雜談Android線程優先級

背景：最近在梳理Android線程調度的相關內容。在梳理過程中，閱讀了部分源碼，以及相關的介紹文章，甚至重新翻起了《Linux內核設計與實現》，但是距離理解透徹，並且能夠用自己的語言清晰無誤地闡述出來，感覺還有點遠，還有很多細節需要進一步理論結合實際。爲了避免在忙亂的生活節奏中，梳理的目標又草草結束。希望自己能夠把目標細分一下，先把幾個理解清晰的問題給記錄下來，通過不斷清晰地回答相關的問題，最終能夠完成整個原理的清晰理解與闡述。這篇文章，就是針對Android線程優先級方面，一個一個問題的回答，可能有些凌亂。如果有理解不到位的地方，也希望大家指出來。

問題一：Linux是用什麼來描述進程的優先級的？

Linux中存在實時進程，和普通進程。對於普通進程來講，使用nice來描述進程的優先級，取值範圍是[-20,19]。對於實時進程來講，則有一個實時優先級，取值範圍是[0,99]。如下圖所示，普通進程與實時進程的優先級對齊後，得到了進程的優先級prio。

整體來看，Linux中進程的優先級分爲三類：

靜態優先級：不會時間而改變，內核也不會修改，只能通過系統調用改變nice值的方法區修改。優先級映射公式： static_prio = MAX_RT_PRIO + nice + 20，其中MAX_RT_PRIO = 100，那麼取值區間爲[100, 139]；對應普通進程；
實時優先級：只對實時進程有意義，取值區間爲[0, MAX_RT_PRIO -1]，其中MAX_RT_PRIO = 100，那麼取值區間爲[0, 99]；對應實時進程；
動態優先級：調度程序通過增加或減少進程靜態優先級的值，來達到獎勵IO消耗型或懲罰cpu消耗型的進程，調整後的進程稱爲動態優先級。區間範圍[0, MX_PRIO-1]，其中MX_PRIO = 140，那麼取值區間爲[0,139]；

我們在Android手機上，可以通過adb shell ps -p -t -P來看到進程的優先級，如下所示：RTPRI字段表示real time priority,只對實時進程有有效。而NICE字段，只對普通進程有效。將RTPRI與NICE統一後，得到進程的PRIO，其中值越小，表示優先級越高。

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問題二：java.lang.Thread.setPriority與android.os.Process.setThreadPriority有什麼區別和聯繫？

如何設置進程的優先級呢？一般有兩種方式，一種是通過java.lang.Thread.setPriority，還有一種是通過android.os.Process.setThreadPriority。這兩種方式的參數是有不同的，而且效果也有細微的差別。我們直接通過源碼來分析差別。

1、android.os.Process.setThreadPriority

分析android.os.Process.java的源碼，我們看到setThreadPriority是一個jni接口，最終實現在native層。其參數的定義在Proce3ss.java中定義了一些常量。結合前面的NICE值，我們知道這個接口應該是直接設置進程的nice值了。

具體是不是設置Linux中的nice值，我們可以看看native層的實現，Process.setThreadPriority對應native的實現在core/jni/android_util_Process.cpp中，代碼如下：

最終又調用到libutils中的Threads.cpp,最終到setpriority這個系統調用，可以明確看到就是設置進程的NICE值。

對應Process.java中的getThreadPriority最終也調用了系統調用getpriority。

2、java.lang.Thread.setPriority

通過Thread.java的源碼，我們看到對於priority的設置在MIN_PRIORITY（1），與MAX_PRIORITY（10）之間。按接口的描述，MAX_PRIORITY的優先級應該是大於MIN_PRIORITY，即優先級是遞增的。這個跟Linux的NICE值定義是不同的。其實是這個是java中對於線程優先級的規範，具體的實現是按虛擬機來。Android是運行在Linux的內核之上的，最終也要通過系統調用來設置進程的NICE值來調整進程的優先級的。這裏，我們有疑問的有兩個點，第一個點是，java的線程優先級如何跟NICE對應，第二個點是這個接口，跟前面Process.setThreadPriority除了優先級的定義不同，還有什麼差別嗎？

爲了解決這兩個問題，我們再分析native層的實現nativeSetPriority，代碼如下：我們看到java的priority與nice值之間有一個對應關係，其中MAX_PRIORITY對應了ANDROID_PRIORITY_URGENT_DISPLAY，也就是Process.java中的THREAD_PRIORITY_URGENT_DISPLAY，即-8。而MIN_PRIORITY對應了ANDROID_PRIORITY_LOWEST，也就是Process.java中的THREAD_PRIORITY_LOWEST。

另外，我們細心分析還發現一個問題，Thread的getPriority接口，直接返回了priority變量。而priority變量只有在Thread初始化的時候，補設置爲parent的優先級，以及在調用setPriority時，更新優先級。除此之外，沒有其他的數據同步操作。這意味着，如果不是通過java的Thread.setPriority更新的優先級，通過Thread.getPriority是無法同步更新的。

這個問題小結的結論是：

無論是Thread.setPriority還是Process.setThreadPriority最終都會更新進程的nice值。
Thread.setPriority中的[MAX_PRIORITY,MIN_PRIORITY]對應了NICE值的[-8,19],可見Process.java的setThreadPriority對線程的優先級劃分得更加細。這就是爲什麼有人建議通過Process.setThreadPriority來設置線程的優先級的原因了，可以將優先級劃分的是更加細一些。
在調整線程的優先級的過程中，也會調整線程的cgroups。
在沒有明確設置的情況下，一個線程初始的優先級等於其parent的優先級。如果我們從UI線程來創建一個子線程的，那麼這個子線程的優先級就等於UI線程的優先級。

問題三：Android的一些異步線程組件是如何來設置線程的優先級的呢？

1、Thread

如果沒有給線程設置優先級，線程默認的優先級是調用new Thread的當前線程的優先級。由此可知，在UI線程創建一個子線程時，這個被創建的子線程的優先級直接等於UI線程的優先級。

2、AsyncTask 異步任務

分析AsyncTask的源碼我們看到，最終是通過調用Process.setThreadPriority來設置線程的優先級的，這裏默認的優先級是Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND。再結合前面的代碼可以看到，如果設置的THREAD_PRIORITY_BACKGROUND(nice=10)，最終會調整線程的調度策略，分配到SP_BACKGROUND調度組中，這樣可以避免影響UI主線程的響應。