Androidでの非同期処理についての質問です。

Question

Android開発を行っていたところ、処理が重い部分がメインスレッドの進行を遅らせているので、非同期処理について勉強しています。

試しにExecutorServiceのSingleThreadExecutor上で処理を実行してみたところ、メインスレッドはスムーズに動くようになりましたが、Executor上では処理が蓄積されていき数秒遅れで実行されている状態です。
理想としては、メインスレッドから受け取った値を別スレッド上で処理し、処理が完了したらメインスレッドに値を返し、再度受け取った値で同じ処理を行う、これの繰り返しといった感じです。

Executorの処理が完了していない状態で、再度同じExecutorが呼ばれると処理が溜まっていくのでしょうか。
ご教授いただければ幸いです。

”追記”

大まかな流れとしては以下の通りです。
メインスレッド上ではUI更新の他にも処理を行っているので、一連の流れをすべてメインスレッド上で行うとそちらに支障が出てきます。
なので、比較的重い計算処理を2つに分割し、計算が完了次第メインスレッドで受け取るという形にしたいです。

以下の構成だと、メインスレッドは良好ですが、Executor上では過去の処理命令が蓄積されていき、時間が経つにつれて遅延が発生する状態になっています。
理想としては、Executor1, Executor2のそれぞれにおいて、呼び出し時に空き状態であれば最新のセンサーの値を受け取り計算を実行、実行状態であれば命令を無視できるようにしたいです。(Executor1とExecutor2の計算内容は別物です)

理解が浅いので初歩的な間違いがあれば申し訳ないです。

private var sensor1: Float = null  ・・・センサー1の値を格納
private var sensor2: Float = null　・・・センサー2の値を格納
private var result1 : Int = null 　・・・計算処理1の結果を格納
private var result2 : Int = null 　・・・計算処理2の結果を格納

override fun onInitialized(){
    calcExecutor1 = Executors.newSingleThreadExecutor()
    calcExecutor2 = Executors.newSingleThreadExecutor()
}

// ------ここから繰り返し処理--------

・センサーから値を取得しsensor1,sensor2を更新

・値を計算処理するためにExecutorに値を渡す
calcExecutor1.execute {
                            result1 = calculate1( sensor1 )・・・calculate1ではこの引数をもとに計算を実行
                             }
calcExecutor2.execute {
                            result2 = calculate2( sensor2 )・・・calculate2ではこの引数をもとに計算を実行 
　　　　                 }

・result1 , result2がnullでなければ値を処理（軽）した後に画面に表示

// -------ここまで繰り返し処理---------

override fun onDestroyView() {
    calcExecutor1.shutdown()
    calcExecutor2.shutdown()
}

Comments

[hoshi-takanori]

非同期処理の中身は実際に Android 上で何らかの処理というか計算を行ってるのでしょうか？ その場合は非同期かどうかに関わらず計算にかかる時間は変わりません。新しい処理を開始する際に前回（というか実行中）の処理が不要になるなら、その処理をキャンセルできるような作りにすれば良いかと。

[tajama3]

非同期処理の中身は計算処理のみになります。
ただ、これをメインスレッド上で行うとUIの表示やアプリの挙動等に問題がでてくるので、裏で並行して行いたいと考えております。
非同期処理について理解が浅いため認識が間違っていたら申し訳ないですが、例えば重たい計算処理を2つのパーツに分割し、ExcutorA, ExcutorBに割り振って実行するとします。
1.メインスレッド上では、計測したデータをExcutorA,ExcutorBに渡し続けます。
2.ExcutorA, ExcutorB上では、受け取ったデータを処理し、完了次第結果をメインスレッドに返します。
3.メインスレッドが結果を受け取るとUIに結果を反映します。

この3つの処理を繰り返し行うといったイメージになります。
非同期処理を利用すればメインスレッド上の処理は妨げられずに、かつExecutorAに関しては最新の解析結果が表示されると考えたのですが、間違いでしょうか。
宜しくお願い致します。

[tajama3]

ExecutorA,Bでの計算処理は完了が必須で、かつ最新のデータを解析したいので、Executor上での処理が完了の後、最新の計測データをメインスレッド上から受け取るような形にしたいです。

[TakaiY]

コメントへの回答はここではなく、質問を編集して追記するのがいいと思いますよ。

[TakaiY]

> メインスレッドから受け取った値を別スレッド上で処理し、処理が完了したらメインスレッドに値を返し、再度受け取った値で同じ処理を行う

こうなっていない理由がわかりません。
言葉ではわからないので、コードの抜粋など提示できませんか？

[jimbe]

> Executor1, Executor2のそれぞれにおいて、呼び出し時に空き状態であれば最新のセンサーの値を受け取り計算を実行、実行状態であれば命令を無視

大抵は処理のリクエストはキューイングされて、処理スレッドが終わり次第キューから取り出して処理するので、最後の「実行状態であれば命令を無視」というのが本件のキモでしょう。
SingleThreadExecutor は計算するスレッドが1つというだけで、リクエストはキューに溜ります。
もしリスエストは常にされ続けるなら、処理スレッドのほうでキューから取り出せるだけ取り出して最後のリクエストだけ処理をするようにするとか、キュー自体がリクエストされたら既存を消してリクエストされたのだけにする=常に1つしかキューイングしないなどを自分で作ることになるかもしれません。

[tajama3]

"非同期処理 LIFO" 等で調べているのですが、なかなか良い結果が見つかりません。
本来この様な使い方をするのは間違いなのでしょうか。

現在はExecutorの出入り口にBoolでフラグを立てて、処理が開始(False)、処理が完了(True)といった風にしてやり過ごしています。
非同期処理は難しいのでまだまだ勉強が必要なようです。

[jimbe]

キューの操作をちょっと工夫するだけですので、作るにしても大して面倒なことでもないと思います。
1件しかキューイングしないので LIFO はちょっと違う気がしますけど。
kotlin なら Executor でベタにスレッドを使わなくてもテがありそうですが、そこまで詳しくないので…スイマセン。

[tajama3]

あまりにもヒットしないので間違っている気はしていましたが...やはり。
1件だけキューイングですね。
ありがとうございます。

Answer 1

以下のようにするのはどうですかね？

• result1 , result2がnullでなければ
  • 値を処理（軽）した後に画面に表示
  • 値を計算処理するためにExecutorに値を渡す
    calcExecutor1.execute { ... }
    calcExecutor2.execute { ... }
• nullなら、何もしない。

という感じで、スレッドでの処理が終っている = result1,2 に値が入っている かどうかで、executeを実施するかどうかの判定をすればいいのではないかと。
ただ、 thread1 と thread2 が同時に処理が終るわけではないでしょうから、そのあたりの考慮は必要でしょう。

Answer 2

停止も無いやっつけでしかも java で申し訳ないですが、こんな感じは如何でしょう。
勉強中ということで基本と思われる wait - notify です。
process が終わるまでに何度ボタンを押しても、最後のが次に実行されます。

MainActivity.java

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.os.*;
import android.view.View;
import android.widget.*;

import java.time.LocalTime;
import java.util.Random;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
  private Handler handler;
  private TextView textView;
  private ScrollView scrollView;

  @Override
  protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main);

    handler = new Handler(Looper.getMainLooper());
    textView = findViewById(R.id.textView);
    scrollView = findViewById(R.id.scrollView);

    LastExecutor lastExecutor = new LastExecutor();

    Button button = findViewById(R.id.requestButton);
    button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
      Random random = new Random();
      int count = 0;
      @Override
      public void onClick(View v) {
        int c = count ++;
        log("push Button(" + c + ").");

        lastExecutor.request(() -> {
          log("process(" + c + ") start.");
          try {
            Thread.sleep(random.nextInt(3000) + 2000); //2～5秒
          } catch(InterruptedException ignore) {
          }
          log("process(" + c + ") end.");
        });
      }
    });
  }
  private void log(String text) {
    handler.post(() -> {
      textView.append(LocalTime.now() + ": " + text + "\n");
      scrollView.fullScroll(ScrollView.FOCUS_DOWN);
    });
  }
}

class LastExecutor {
  private Runnable queue;
  private Thread worker;
  private Object[] lock = new Object[0];

  void request(Runnable process) {
    synchronized(lock) {
      queue = process;
      lock.notifyAll();
    }
    if(worker == null) startWorker();
  }
  private void startWorker() {
    worker = new Thread(() -> {
      try {
        while(true) {
          Runnable p;
          synchronized(lock) {
            while(queue == null) lock.wait();
            p = queue;
            queue = null;
          }
          p.run();
        }
      } catch(InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    });
    worker.start();
  }
}

res/layout/activity_main.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    tools:context=".MainActivity">

  <Button
      android:id="@+id/requestButton"
      android:layout_width="wrap_content"
      android:layout_height="wrap_content"
      android:text="request"
      app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
      app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
      app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />
  <ScrollView
      android:id="@+id/scrollView"
      android:layout_width="0dp"
      android:layout_height="0dp"
      app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
      app:layout_constraintEnd_toEndOf="parent"
      app:layout_constraintStart_toStartOf="parent"
      app:layout_constraintTop_toBottomOf="@id/requestButton">
    <TextView
        android:id="@+id/textView"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:textAlignment="textStart"
        android:textSize="20dp" />
  </ScrollView>
</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

---

私も AndroidStudio に kotlin 変換してもらって修正したらこんな感じになりました。
こちらはそれこそ参考ということで…。

MainActivity.kt

import android.os.Bundle
import android.os.Handler
import android.os.Looper
import android.view.View
import android.widget.Button
import android.widget.ScrollView
import android.widget.TextView
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import java.time.LocalTime
import java.util.*

class MainActivity : AppCompatActivity() {
  private lateinit var handler: Handler
  private lateinit var textView: TextView
  private lateinit var scrollView: ScrollView

  override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)
    setContentView(R.layout.activity_main)

    handler = Handler(Looper.getMainLooper())
    textView = findViewById(R.id.textView)
    scrollView = findViewById(R.id.scrollView)

    val lastExecutor = LastExecutor()

    val button: Button = findViewById(R.id.requestButton)
    button.setOnClickListener(object : View.OnClickListener {
      val random = Random()
      var count = 0
      override fun onClick(v: View) {
        val c = count++
        log("push Button($c).")

        lastExecutor.request {
          log("process($c) start.")
          try {
            Thread.sleep((random.nextInt(3000) + 2000).toLong()) //2～5秒
          } catch (_: InterruptedException) {
          }
          log("process($c) end.")
        }
      }
    })
  }
  private fun log(text: String) {
    handler.post {
      textView.append("${LocalTime.now()}: $text\n")
      scrollView.fullScroll(ScrollView.FOCUS_DOWN)
    }
  }
}

class LastExecutor {
  private var queue: Runnable? = null
  private var worker: Thread? = null
  private val lock = Object()

  fun request(process: Runnable?) {
    synchronized(lock) {
      queue = process
      lock.notifyAll()
    }
    if (worker == null) startWorker()
  }

  private fun startWorker() {
    worker = Thread {
      try {
        while (true) {
          var p: Runnable
          synchronized(lock) {
            while (queue == null) lock.wait()
            p = queue as Runnable
            queue = null
          }
          p.run()
        }
      } catch (e: InterruptedException) {
        e.printStackTrace()
      }
    }
    worker!!.start()
  }
}

Comments

[tajama3]

とても助かります。
コードはAndroidStudioの方でKotlinに変換してくれたので、大方理解することができました。
数か所書き換えるだけで私の環境に合わせることができました。
ありがとうございました。

[jimbe]

私も AndroidStudio に kotlin に変換して貰ったので一応追記しました。
動いて良かったです。