从源码角度一步步分析AsyncTask的用法与原理

    • 前言
    • AsyncTask特点
    • AsyncTask简单使用
    • 原理分析
    • 总结

AsyncTask 是Android特有的一个轻量级异步抽象类,在类中通过doInBackground()在子线程执行耗时操作,执行完毕在主线程调用onPostExecute()

前言

众所周知,Android视图的绘制、监听、事件等都UI线程(主线程,Main Thread)执行,如果执行访问网络请求、数据库等耗时操作,可能会阻塞主线程,若阻塞时间超过5秒,可能会引起系统的ANR异常(Application Not Responding)。所以耗时操作需要放在子线程(也称为Worker Thread)执行,这样就避免了主线程的阻塞,然而在线程是不能有更新UI的操作的,比如在子线程调用TextView.setText()就会引发以下错误:

Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.

故而可以用 “Handle + Thread”的方式,子线程执行耗时操作,通过Handler通知主线程更新UI。但是这个方式略微麻烦,于是便引入了AsyncTask。

AsyncTask特点

AsyncTask

AsyncTask简单使用

public void request() {

    AsyncTask task = new AsyncTask() {

        @Override
        protected void onPreExecute() {
            super.onPreExecute();
            Log.i("AsyncTask", "准备执行后台任务");
        }

        @Override
        protected Integer doInBackground(String... params) {
            String url_1 = params[0];

            doRequest(url_1);

            publishProgress(50);

            String url_2 = params[1];

            doRequest(url_2);

            publishProgress(100);

            return 1;
        }

        @Override
        protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
            super.onProgressUpdate(values);
            Log.i("AsyncTask", "当前进度" + values[0] + "%");
        }

        @Override
        protected void onPostExecute(Integer ret) {
            super.onPostExecute(ret);
            Log.i("AsyncTask", "执行完毕,执行结果" + ret);
        }
    };

    String url_1 = "https://api.github.com/users/smuyyh";
    String url_2 = "https://api.github.com/users/smuyyh/followers";

    task.execute(url_1, url_2); // 开启后台任务
}

代码较为简单,就不做过多的解释了。后面着重介绍AsyncTask的内部实现机制。

原理分析

这一节将从源码的角度来分析一下AsyncTask。以下源码基于Android-23.

  • 开启后台任务之前,首先需要创建AsyncTask的实例,所以还得从构造函数说起。
public AsyncTask() {
    mWorker = new WorkerRunnable() {
        public Result call() throws Exception {
            mTaskInvoked.set(true);

            Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
            Result result = doInBackground(mParams);
            Binder.flushPendingCommands();
            return postResult(result); // 任务的具体实现
        }
    };

    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 occurred while executing doInBackground()",
                        e.getCause());
            } catch (CancellationException e) {
                postResultIfNotInvoked(null);
            }
        }
    };
}

在构造函数中,初始化了两个变量,分别是mWorker与mFuture,mFuture创建的时候传入了mWorker参数,而mWorker本身是一个Callable对象。那么,mFutrue是个什么东西呢?

mFuture是一个FutureTask对象,FutureTask实际上是一个任务的操作类,它并不启动新线程,并且只负责任务调度。任务的具体实现是构造FutureTask时提供的,实现自Callable接口,也就是刚才的mWorker。

  • AsyncTask对象穿件完毕之后调用execute(Params...)执行,跟进看看
@MainThread
public final AsyncTask execute(Params... params) {
    return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}

只有一句话,可知是调用executeOnExecutor进行执行。这里就有个疑问了,sDefaultExecutor是个什么东西?在说这个之前,需要明确一下一下三个事:

1、Android3.0之前部分代码

private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;  
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = 128;  
private static final int KEEP_ALIVE = 10;  

private static final ThreadPoolExecutor sExecutor = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,  MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                TimeUnit.SECONDS, sWorkQueue, sThreadFactory); 

2、在Android3.0之前,AsyncTask执行中最终触发的是把任务交给线池THREAD_POOL_EXECUTOR来执行,提交的任务并行的在线程池中运行,但这些规则在3.0之后发生了变化,3.0之后提交的任务是默认串行运行的,执行完一个任务才执行下一个!

3、在Android3.0以前线程池里核心线程有5个,任务队列的任务数最大不能超过128个,线程池里的线程都是并行运行的,在3.0以后,直接调用execute(params)触发的是sDefaultExecutor的execute(runnable)方法,而不是原来的THREAD_POOL_EXECUTOR。在Android4.4以后,线程池大小等于 cpu核心数 + 1,最大值为cpu核心数 * 2 + 1。这些变化大家可以自行对比一下。

跟进源码不难发现,sDefaultExecutor实际上是指向SerialExecutor的一个实例,从名字上看是一个顺序执行的executor,并且它在AsyncTask中是以常量的形式存在的,因此在整个应用程序中的所有AsyncTask实例都会共用同一个SerialExecutor。

private static class SerialExecutor implements Executor {
    final ArrayDeque mTasks = new ArrayDeque();
    Runnable mActive;

    public synchronized void execute(final Runnable r) {
        mTasks.offer(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    r.run();
                } finally {
                    scheduleNext();
                }
            }
        });
        if (mActive == null) {
            scheduleNext();
        }
    }

    protected synchronized void scheduleNext() {
        if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
            THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
        }
    }
}

SerialExecutor是使用ArrayDeque这个队列来管理Runnable对象的。当Executor提交一个任务,执行一次execute(),在这里向mTasks队列添加一个Runnable对象。初次添加任务时mActive为null,故接下来会执行scheduleNext(),将mActive指向刚刚添加的runbale,并提交到THREAD_POOL_EXECUTOR中执行。

当AsyncTask不断提交任务时,那么此时mActive不为空了,所以后续添加的任务能得到执行的唯一条件,就是前一个任务执行完毕,也就是r.run()。所以这就保证了SerialExecutor的顺序执行。这个地方其实也是一个坑,初学者很容易在这里踩坑,同时提交多个任务,却无法同步执行。

如果想让其并行执行怎么办?AsyncTask提供了一下两种方式:

task.setDefaultExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR); 

task.executeOnExecutor(executor, params); //可以自己指定线程池
  • 继续跟进executeOnExecutor(Executor exec, Params... params)代码
@MainThread
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;

    onPreExecute();

    mWorker.mParams = params;
    exec.execute(mFuture);

    return this;
}

不难看出,最后是调用Executor的execute(Runnable command)方法启动mFuture。默认情况下,sDefaultExecutor就是SerialExecutor类,所以为串行执行。当然用户也可以提供自己的Executor来改变AsyncTask的运行方式。最后在THREAD_POOL_EXECUTOR真正启动任务执行的Executor。

上面已经提到,Execute执行是调用Runnable的run()方法,也就是mFuture的run方法,继续跟进代码

public void run() {
    if (state != NEW || !U.compareAndSwapObject(this, RUNNER, null, Thread.currentThread()))
        return;
    try {
        Callable c = callable;
        if (c != null && state == NEW) {
            V result;
            boolean ran;
            try {
                result = c.call();
                ran = true;
            } catch (Throwable ex) {
                result = null;
                ran = false;
                setException(ex);
            }
            if (ran)
                set(result);
        }
    } finally {
        runner = null;
        int s = state;
        if (s >= INTERRUPTING)
            handlePossibleCancellationInterrupt(s);
    }
}

从第10行代码可发现,最后是调用callable的call()方法。那么这个callable是什么呢?就是初始化mFuture传入的mWorker对象。在前面的构造函数那边可以发现call()方法,我们单独分析一下这个方法

public Result call() throws Exception {
    mTaskInvoked.set(true);

    Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
    Result result = doInBackground(mParams);
    Binder.flushPendingCommands();
    return postResult(result);
}

看了这么久,终于发现了doInBackground(),深深松了一口气。执行完之后得到的结果,传给postResult(result)。继续跟进

private Result postResult(Result result) {
    Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
            new AsyncTaskResult(this, result));
    message.sendToTarget();
    return result;
}

可以发现,最后是通过Handler的方式,把消息发送出去,消息中携带了MESSAGE_POST_RESULT常量和一个表示任务执行结果的AsyncTaskResult对象。而getHandler()返回的sHandler是一个InternalHandler对象,InternalHandler源码如下所示:

private static class InternalHandler extends Handler {
    public InternalHandler() {
        super(Looper.getMainLooper());
    }

    @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;
        }
    }
}

这里对消息的类型进行了判断,如果是MESSAGE_POST_RESULT,就执行finish(),如果是MESSAGE_POST_PROGRESS,就onProgressUpdate()方法。那么什么时候触发如果是MESSAGE_POST_PROGRESS消息呢?就是在publishProgress()方法调用的时候,publishProgress()方法用finial标记,说明子类不能重写他,不过可以手动调用,通知进度更新,这就表明了publishProgress可在子线程执行。

protected final void publishProgress(Progress... values) {  
    if (!isCancelled()) {  
        sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,  
                new AsyncTaskResult(this, values)).sendToTarget();  
    }  
} 

然后看一下finish()的代码。

private void finish(Result result) {
    if (isCancelled()) {
        onCancelled(result);
    } else {
        onPostExecute(result);
    }
    mStatus = Status.FINISHED;
}

不难发现,如果当前任务被取消掉了,就会调用onCancelled()方法,如果没有被取消,则调用onPostExecute()方法,这样当前任务的执行就全部结束了。并且,当你再次调用execute的时候,这个时候mStatus的状态为Status.FINISHED,表示已经执行过了,那么此时就会抛异常,这也就是为什么一个AsyncTask对象只能执行一次的原因。

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)");
}

到这里,就非常清晰了吧。彻底的了解了AsyncTask内部实现的逻辑。

总结

可以看出,在使用AsyncTask的过程中,有许多需要注意的地方。

  1. 由于Handler需要和主线程交互,而Handler又是内置于AsnycTask中的,所以,AsyncTask的创建必须在主线程,execute的执行也应该在主线程。
  2. AsyncTask的doInBackground(Params… Params)方法运行在子线程中,其他方法运行在主线程中,可以操作UI组件。
  3. 尽量不要手动的去调用AsyncTask的onPreExecute, doInBackground, publishProgress, onProgressUpdate, onPostExecute 这些方法,避免发生不可预知的问题。
  4. 一个任务AsyncTask任务只能被执行一次。否则会抛IllegalStateException异常
  5. 在doInBackground()中要检查isCancelled()的返回值,如果你的异步任务是可以取消的话。cancel()仅仅是给AsyncTask对象设置了一个标识位,虽然运行中可以随时调用cancel(boolean mayInterruptIfRunning)方法取消任务,如果成功调用isCancelled()会返回true,并且不会执行 onPostExecute() 方法了,取而代之的是调用 onCancelled() 方法。但是!!!值得注意的一点是,如果这个任务在执行之后调用cancel()方法是不会真正的把任务结束的,而是继续执行,只不过改变的是执行之后的回调方法是 onPostExecute还是onCancelled。可以在doInBackground里面去判断isCancle,如果取消了,那就直接return result; 当然,这种方式也并非非常完美。
  6. Asynctask的生命周期和它所在的activity的生命周期并非一致的,当Activity终止时,它会以它自有的方式继续运行,即使你退出了整个应用程序。另一方面,要注意Android屏幕切换问题,因为这时候Activity会重新创建。

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