Android线程—AsyncTask的使用及原理

本文内容基于《Android开发艺术探索》，强烈推荐，值得一看。
参考: http://blog.csdn.net/honeybaby201314/article/details/42680607

AsyncTask是一个抽象类，它是由Android封装的一个轻量级异步类（轻量体现在使用方便、代码简洁），它的内部封装了两个线程池(SerialExecutor和THREAD_POOL_EXECUTOR)和一个Handler(InternalHandler)，其中SerialExecutor线程池用于任务的排队，THREAD_POOL_EXECUTOR线程池才真正地执行任务，InternalHandler用于从工作线程切换到主线程。

1.与Handler+Thread比较

1). AsyncTask

• 优点：
  1.使用简单，代码简洁；
  2.过程可控，可调用cancel()取消任务。
• 缺点:
  1.执行多个异步操作并需要更新UI时就变得复杂起来。

2). Handler+Thread

• 优点:
  1.代码结构清晰，功能定义明确；
  2.执行多个异步操作时，结构清晰，功能明确。
• 缺点:
  1.执行单一异步处理时，实现起来相对来说代码过多，结构复杂。

2.使用方法

public abstract class AsyncTask

1). 三个泛型参数:

• Params: 传入参数类型，即doInBackground()方法中的参数类型;
• Progress: 异步任务执行过程中返回的下载进度类型，即publishProgress()和onProgressUpdate()方法中传入的参数类型；
• Result: 异步任务执行完返回的结果类型，即doInBackground()方法中返回值的类型。

2). 四个回调方法:

• onPreExecute(): 在主线程中执行，异步任务执行前，此方法会调用，可做一些准备工作；

• doInBackground(): 在线程池中执行，核心方法，用于执行异步操作，此方法中可调用publishProgress()方法来更新进度，publishProgress()方法会调用onProgressUpdate()方法，此方法的返回结果会传给onPostExecute()方法；

• onProgressUpdate(): 在主线程中执行，publishProgress()方法会调用此方法，用于更新进度；

• onPostExecute(): 在主线程中执行，在异步任务执行结束后，此方法会调用，一般用于处理返回结果。

  上面几个方法的调用顺序：onPreExecute() --> doInBackground() --> publishProgress() --> onProgressUpdate() --> onPostExecute()，如果不需要执行更新进度则为onPreExecute() --> doInBackground() --> onPostExecute(),除了上面四个方法，AsyncTask还提供了onCancelled()方法，它同样在主线程中执行，当异步任务取消时，onCancelled()会被调用，这个时候onPostExecute()则不会被调用，但是要注意的是，AsyncTask中的cancel()方法并不是真正去取消任务，只是设置这个任务为取消状态，我们需要在doInBackground()判断终止任务。

注意：

• 1). AsyncTask必须在主线程中创建实例，execute()方法也必须在主线程中调用；
• 2). 每个AsyncTask实例只能执行一次execute()，多次执行会报错，如需执行多次，则需创建多个实例。
• 3). AsyncTask是采用一个线程来串行执行任务，如需并行执行任务，需调用executeOnExecutor()方法来执行任务

3.工作原理

本部分我将从asyncTask.execute(params)、asyncTask.executeOnExecutor(exec, params)、AsyncTask.execute(runnable)三种执行方式入手来分析源码部分，不考虑通过setDefaultExecutor设置自定义线程池是的情况(可参考asyncTask.executeOnExecutor(exec, params)方式)，最下面贴有源码分析

1).asyncTask.execute(params)：

2).asyncTask.executeOnExecutor(exec, params)：

3).AsyncTask.execute(runnable)：

源码分析来自http://blog.csdn.net/honeybaby201314/article/details/42680607

public abstract class AsyncTask {  
    private static final String LOG_TAG = AsyncTask;  
  
    //获取当前的cpu核心数  
    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
    //线程池核心容量  
    private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;  
    //线程池最大容量  
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;  
    //过剩的空闲线程的存活时间  
    private static final int KEEP_ALIVE = 1;  
    //ThreadFactory 线程工厂，通过工厂方法newThread来获取新线程  
    private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {  
        //原子整数，可以在超高并发下正常工作  
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);  
  
        public Thread newThread(Runnable r) {  
            return new Thread(r, AsyncTask # + mCount.getAndIncrement());  
        }  
    };  
    //静态阻塞式队列，用来存放待执行的任务，初始容量：128个  
    private static final BlockingQueue sPoolWorkQueue =  
            new LinkedBlockingQueue(128);  
  
    /** 
     * 静态并发线程池，可以用来并行执行任务，尽管从3.0开始，AsyncTask默认是串行执行任务 
     * 但是我们仍然能构造出并行的AsyncTask 
     */  
    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR  
            = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,  
                    TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);  
  
    /** 
     * 静态串行任务执行器，其内部实现了串行控制， 
     * 循环的取出一个个任务交给上述的并发线程池去执行 
     */  
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();  
    //消息类型：发送结果  
    private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;  
    //消息类型：更新进度  
    private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;  
    /**静态Handler，用来发送上述两种通知，采用UI线程的Looper来处理消息 
     * 这就是为什么AsyncTask必须在UI线程调用，因为子线程 
     * 默认没有Looper无法创建下面的Handler，程序会直接Crash 
     */  
    private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();  
    //默认任务执行器，被赋值为串行任务执行器，就是它，AsyncTask变成串行的了  
    private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;  
    //如下两个变量我们先不要深究，不影响我们对整体逻辑的理解  
    private final WorkerRunnable mWorker;  
    private final FutureTask mFuture;  
    //任务的状态 默认为挂起，即等待执行，其类型标识为易变的（volatile）  
    private volatile Status mStatus = Status.PENDING;  
    //原子布尔型，支持高并发访问，标识任务是否被取消  
    private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();  
    //原子布尔型，支持高并发访问，标识任务是否被执行过  
    private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();  
  
    /*串行执行器的实现，我们要好好看看，它是怎么把并行转为串行的 
     *目前我们需要知道，asyncTask.execute(Params ...)实际上会调用 
     *SerialExecutor的execute方法，这一点后面再说明。也就是说：当你的asyncTask执行的时候， 
     *首先你的task会被加入到任务队列，然后排队，一个个执行 
     */  
    private static class SerialExecutor implements Executor {  
        //线性双向队列，用来存储所有的AsyncTask任务  
        final ArrayDeque mTasks = new ArrayDeque();  
        //当前正在执行的AsyncTask任务  
        Runnable mActive;  
  
        public synchronized void execute(final Runnable r) {  
            //将新的AsyncTask任务加入到双向队列中  
            mTasks.offer(new Runnable() {  
                public void run() {  
                    try {  
                        //执行AsyncTask任务  
                        r.run();  
                    } finally {  
                        //当前AsyncTask任务执行完毕后，进行下一轮执行，如果还有未执行任务的话  
                        //这一点很明显体现了AsyncTask是串行执行任务的，总是一个任务执行完毕才会执行下一个任务  
                        scheduleNext();  
                    }  
                }  
            });  
            //如果当前没有任务在执行，直接进入执行逻辑  
            if (mActive == null) {  
                scheduleNext();  
            }  
        }  
  
        protected synchronized void scheduleNext() {  
            //从任务队列中取出队列头部的任务，如果有就交给并发线程池去执行  
            if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {  
                THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);  
            }  
        }  
    }  
  
    /** 
     * 任务的三种状态 
     */  
    public enum Status {  
        /** 
         * 任务等待执行 
         */  
        PENDING,  
        /** 
         * 任务正在执行 
         */  
        RUNNING,  
        /** 
         * 任务已经执行结束 
         */  
        FINISHED,  
    }  
  
    /** 隐藏API：在UI线程中调用，用来初始化Handler */  
    public static void init() {  
        sHandler.getLooper();  
    }  
  
    /** 隐藏API：为AsyncTask设置默认执行器 */  
    public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {  
        sDefaultExecutor = exec;  
    }  
  
    /** 
     * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread. 
     */  
    public AsyncTask() {  
        mWorker = new WorkerRunnable() {  
            public Result call() throws Exception {  
                mTaskInvoked.set(true);  
  
                Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);  
                //noinspection unchecked  
                return postResult(doInBackground(mParams));  
            }  
        };  
  
        mFuture = new FutureTask(mWorker) {  
            @Override  
            protected void done() {  
                try {  
                    postResultIfNotInvoked(get());  
                } catch (InterruptedException e) {  
                    android.util.Log.w(LOG_TAG, e);  
                } catch (ExecutionException e) {  
                    throw new RuntimeException(An error occured while executing doInBackground(),  
                            e.getCause());  
                } catch (CancellationException e) {  
                    postResultIfNotInvoked(null);  
                }  
            }  
        };  
    }  
  
    private void postResultIfNotInvoked(Result result) {  
        final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();  
        if (!wasTaskInvoked) {  
            postResult(result);  
        }  
    }  
    //doInBackground执行完毕，发送消息  
    private Result postResult(Result result) {  
        @SuppressWarnings(unchecked)  
        Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,  
                new AsyncTaskResult(this, result));  
        message.sendToTarget();  
        return result;  
    }  
  
    /** 
     * 返回任务的状态 
     */  
    public final Status getStatus() {  
        return mStatus;  
    }  
  
    /** 
     * 这个方法是我们必须要重写的，用来做后台计算 
     * 所在线程：后台线程 
     */  
    protected abstract Result doInBackground(Params... params);  
  
    /** 
     * 在doInBackground之前调用，用来做初始化工作 
     * 所在线程：UI线程 
     */  
    protected void onPreExecute() {  
    }  
  
    /** 
     * 在doInBackground之后调用，用来接受后台计算结果更新UI 
     * 所在线程：UI线程 
     */  
    protected void onPostExecute(Result result) {  
    }  
  
    /** 
     * Runs on the UI thread after {@link #publishProgress} is invoked. 
     /** 
     * 在publishProgress之后调用，用来更新计算进度 
     * 所在线程：UI线程 
     */  
    protected void onProgressUpdate(Progress... values) {  
    }  
  
     /** 
     * cancel被调用并且doInBackground执行结束，会调用onCancelled，表示任务被取消 
     * 这个时候onPostExecute不会再被调用，二者是互斥的，分别表示任务取消和任务执行完成 
     * 所在线程：UI线程 
     */  
    @SuppressWarnings({UnusedParameters})  
    protected void onCancelled(Result result) {  
        onCancelled();  
    }      
      
    protected void onCancelled() {  
    }  
  
    public final boolean isCancelled() {  
        return mCancelled.get();  
    }  
  
    public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {  
        mCancelled.set(true);  
        return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);  
    }  
  
    public final Result get() throws InterruptedException, ExecutionException {  
        return mFuture.get();  
    }  
  
    public final Result get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,  
            ExecutionException, TimeoutException {  
        return mFuture.get(timeout, unit);  
    }  
  
    /** 
     * 这个方法如何执行和系统版本有关，在AsyncTask的使用规则里已经说明，如果你真的想使用并行AsyncTask， 
     * 也是可以的，只要稍作修改 
     * 必须在UI线程调用此方法 
     */  
    public final AsyncTask execute(Params... params) {  
        //串行执行  
        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);  
        //如果我们想并行执行，这样改就行了，当然这个方法我们没法改  
        //return executeOnExecutor(THREAD_POOL_EXECUTOR, params);  
    }  
  
    /** 
     * 通过这个方法我们可以自定义AsyncTask的执行方式，串行or并行，甚至可以采用自己的Executor 
     * 为了实现并行，我们可以在外部这么用AsyncTask： 
     * asyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, Params... params); 
     * 必须在UI线程调用此方法 
     */  
    public final AsyncTask executeOnExecutor(Executor exec,  
            Params... params) {  
        if (mStatus != Status.PENDING) {  
            switch (mStatus) {  
                case RUNNING:  
                    throw new IllegalStateException(Cannot execute task:  
                            +  the task is already running.);  
                case FINISHED:  
                    throw new IllegalStateException(Cannot execute task:  
                            +  the task has already been executed   
                            + (a task can be executed only once));  
            }  
        }  
  
        mStatus = Status.RUNNING;  
        //这里#onPreExecute会最先执行  
        onPreExecute();  
  
        mWorker.mParams = params;  
        //然后后台计算#doInBackground才真正开始  
        exec.execute(mFuture);  
        //接着会有#onProgressUpdate被调用，最后是#onPostExecute  
  
        return this;  
    }  
  
    /** 
     * 这是AsyncTask提供的一个静态方法，方便我们直接执行一个runnable 
     */  
    public static void execute(Runnable runnable) {  
        sDefaultExecutor.execute(runnable);  
    }  
  
    /** 
     * 打印后台计算进度，onProgressUpdate会被调用 
     */  
    protected final void publishProgress(Progress... values) {  
        if (!isCancelled()) {  
            sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,  
                    new AsyncTaskResult(this, values)).sendToTarget();  
        }  
    }  
  
    //任务结束的时候会进行判断，如果任务没有被取消，则onPostExecute会被调用  
    private void finish(Result result) {  
        if (isCancelled()) {  
            onCancelled(result);  
        } else {  
            onPostExecute(result);  
        }  
        mStatus = Status.FINISHED;  
    }  
  
    //AsyncTask内部Handler，用来发送后台计算进度更新消息和计算完成消息  
    private static class InternalHandler extends Handler {  
        @SuppressWarnings({unchecked, RawUseOfParameterizedType})  
        @Override  
        public void handleMessage(Message msg) {  
            AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj;  
            switch (msg.what) {  
                case MESSAGE_POST_RESULT:  
                    // There is only one result  
                    result.mTask.finish(result.mData[0]);  
                    break;  
                case MESSAGE_POST_PROGRESS:  
                    result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);  
                    break;  
            }  
        }  
    }  
  
    private static abstract class WorkerRunnable implements Callable {  
        Params[] mParams;  
    }  
  
    @SuppressWarnings({RawUseOfParameterizedType})  
    private static class AsyncTaskResult {  
        final AsyncTask mTask;  
        final Data[] mData;  
  
        AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {  
            mTask = task;  
            mData = data;  
        }  
    }  
}  

本人技术有限，欢迎指正，谢谢！