Android 多线程：AsyncTask的原理 及其源码分析
前言
AsyncTask在Android开发中是十分常见的- 今天，我将全面讲解
AsyncTask的源码，希望你们会喜欢
请先看文章：Android 多线程：AsyncTask最详细使用教程
目录
1. 简介
更详细了解，请看文章：Android 多线程：AsyncTask最详细使用教程
本文主要讲解其工作原理 & 源码分析
2. 工作原理
2.1 储备知识：线程
- 简介
- 与进程的区别
2.2 具体原理介绍
AsyncTask的实现原理 = 线程池 +Handler
其中：线程池用于线程调度、复用 & 执行任务；
Handler用于异步通信
- 其内部封装了2个线程池 + 1个
Handler，具体介绍如下：
3. 类 & 方法介绍
在进行源码分析前，先介绍AsyncTask中的类 & 核心方法
3.1 类定义
AsyncTask类属于抽象类，即使用时需 实现子类
public abstract class AsyncTask {
...
}
// 类中参数为3种泛型类型
// 整体作用：控制AsyncTask子类执行线程任务时各个阶段的返回类型
// 具体说明：
// a. Params：开始异步任务执行时传入的参数类型，对应excute（）中传递的参数
// b. Progress：异步任务执行过程中，返回下载进度值的类型
// c. Result：异步任务执行完成后，返回的结果类型，与doInBackground()的返回值类型保持一致
// 注：
// a. 使用时并不是所有类型都被使用
// b. 若无被使用，可用java.lang.Void类型代替
// c. 若有不同业务，需额外再写1个AsyncTask的子类
}
3.2 核心方法
AsyncTask核心 & 常用的方法如下：
- 方法执行顺序如下
4. 源码分析
- 本次源码分析将根据
AsyncTask的使用步骤讲解
若不熟悉，请务必看文章：Android 多线程：AsyncTask最详细使用教程
AsyncTask的使用步骤有4个：
- 创建
AsyncTask子类 & 根据需求实现核心方法 - 创建
AsyncTask子类的实例对象（即 任务实例） - 手动调用
execute(（）从而执行异步线程任务
- 具体介绍如下
/**
* 步骤1：创建AsyncTask子类
* 注：
* a. 继承AsyncTask类
* b. 为3个泛型参数指定类型；若不使用，可用java.lang.Void类型代替
* c. 根据需求，在AsyncTask子类内实现核心方法
*/
private class MyTask extends AsyncTask {
....
// 方法1：onPreExecute（）
// 作用：执行 线程任务前的操作
// 注：根据需求复写
@Override
protected void onPreExecute() {
...
}
// 方法2：doInBackground（）
// 作用：接收输入参数、执行任务中的耗时操作、返回 线程任务执行的结果
// 注：必须复写，从而自定义线程任务
@Override
protected String doInBackground(String... params) {
...// 自定义的线程任务
// 可调用publishProgress（）显示进度, 之后将执行onProgressUpdate（）
publishProgress(count);
}
// 方法3：onProgressUpdate（）
// 作用：在主线程 显示线程任务执行的进度
// 注：根据需求复写
@Override
protected void onProgressUpdate(Integer... progresses) {
...
}
// 方法4：onPostExecute（）
// 作用：接收线程任务执行结果、将执行结果显示到UI组件
// 注：必须复写，从而自定义UI操作
@Override
protected void onPostExecute(String result) {
...// UI操作
}
// 方法5：onCancelled()
// 作用：将异步任务设置为：取消状态
@Override
protected void onCancelled() {
...
}
}
/**
* 步骤2：创建AsyncTask子类的实例对象（即 任务实例）
* 注：AsyncTask子类的实例必须在UI线程中创建
*/
MyTask mTask = new MyTask();
/**
* 步骤3：手动调用execute(Params... params) 从而执行异步线程任务
* 注：
* a. 必须在UI线程中调用
* b. 同一个AsyncTask实例对象只能执行1次，若执行第2次将会抛出异常
* c. 执行任务中，系统会自动调用AsyncTask的一系列方法：onPreExecute() 、doInBackground()、onProgressUpdate() 、onPostExecute()
* d. 不能手动调用上述方法
*/
mTask.execute()；
- 下面，我将根据上述使用步骤进行源码分析
步骤1：创建AsyncTask子类
在该步骤中，只需知道 “该类中复写的方法将在后续源码中调用” 即可
步骤2：创建AsyncTask子类的实例对象（即 任务实例）
/**
* 具体使用
*/
MyTask mTask = new MyTask();
/**
* 源码分析：AsyncTask的构造函数
*/
public AsyncTask() {
// 1. 初始化WorkerRunnable变量 = 一个可存储参数的Callable对象 ->>分析1
mWorker = new WorkerRunnable() {
// 在任务执行线程池中回调：THREAD_POOL_EXECUTOR.execute（）
// 下面会详细讲解
public Result call() throws Exception {
// 添加线程的调用标识
mTaskInvoked.set(true);
Result result = null;
try {
// 设置线程的优先级
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
// 执行异步操作 = 耗时操作
// 即 我们使用过程中复写的耗时任务
result = doInBackground(mParams);
Binder.flushPendingCommands();
} catch (Throwable tr) {
mCancelled.set(true);// 若运行异常,设置取消的标志
throw tr;
} finally {
// 把异步操作执行的结果发送到主线程
// 从而更新UI，下面会详细讲解
postResult(result);
}
return result;
}
};
// 2. 初始化FutureTask变量 = 1个FutureTask ->>分析2
mFuture = new FutureTask(mWorker) {
// done（）简介：FutureTask内的Callable执行完后的调用方法
// 作用：复查任务的调用、将未被调用的任务的结果通过InternalHandler传递到UI线程
@Override
protected void done() {
try {
// 在执行完任务后检查,将没被调用的Result也一并发出 ->>分析3
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) {
//若 发生异常,则将发出null
postResultIfNotInvoked(null);
}
}
};
}
/**
* 分析1：WorkerRunnable类的构造函数
*/
private static abstract class WorkerRunnable implements Callable {
// 此处的Callable也是任务；
// 与Runnable的区别：Callable存在返回值 = 其泛型
Params[] mParams;
}
/**
* 分析2：FutureTask类的构造函数
* 定义：1个包装任务的包装类
* 注：内部包含Callable 、增加了一些状态标识 & 操作Callable的接口
*/
public FutureTask(Callable callable) {
if (callable == null)
throw new NullPointerException();
this.callable = callable;
this.state = NEW;
}
// 回到调用原处
/**
* 分析3：postResultIfNotInvoked()
*/
private void postResultIfNotInvoked()(Result result) {
// 取得任务标记
final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
// 若任务无被执行,将未被调用的任务的结果通过InternalHandler传递到UI线程
if (!wasTaskInvoked) {
postResult(result);
}
}
总结：
- 创建了1个
WorkerRunnable类 的实例对象 & 复写了call()方法 - 创建了1个
FutureTask类 的实例对象 & 复写了done()
步骤3：手动调用execute(Params… params)
/**
* 具体使用
*/
mTask.execute()；
/**
* 源码分析：AsyncTask的execute()
*/
public final AsyncTask execute(Params... params) {
return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
// ->>分析1
}
/**
* 分析1：executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params)
* 参数说明：sDefaultExecutor = 任务队列 线程池类（SerialExecutor）的对象
*/
public final AsyncTask executeOnExecutor(Executor exec,Params... params) {
// 1. 判断 AsyncTask 当前的执行状态
// PENDING = 初始化状态
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)");
}
}
// 2. 将AsyncTask状态设置为RUNNING状态
mStatus = Status.RUNNING;
// 3. 主线程初始化工作
onPreExecute();
// 4. 添加参数到任务中
mWorker.mParams = params;
// 5. 执行任务
// 此处的exec = sDefaultExecutor = 任务队列 线程池类（SerialExecutor）的对象
// ->>分析2
exec.execute(mFuture);
return this;
}
/**
* 分析2：exec.execute(mFuture)
* 说明：属于任务队列 线程池类（SerialExecutor）的方法
*/
private static class SerialExecutor implements Executor {
// SerialExecutor = 静态内部类
// 即 是所有实例化的AsyncTask对象公有的
// SerialExecutor 内部维持了1个双向队列；
// 容量根据元素数量调节
final ArrayDeque mTasks = new ArrayDeque();
Runnable mActive;
// execute（）被同步锁synchronized修饰
// 即说明：通过锁使得该队列保证AsyncTask中的任务是串行执行的
// 即 多个任务需1个个加到该队列中；然后 执行完队列头部的再执行下一个，以此类推
public synchronized void execute(final Runnable r) {
// 将实例化后的FutureTask类 的实例对象传入
// 即相当于：向队列中加入一个新的任务
mTasks.offer(new Runnable() {
public void run() {
try {
r.run();
} finally {
scheduleNext();->>分析3
}
}
});
// 若当前无任务执行，则去队列中取出1个执行
if (mActive == null) {
scheduleNext();
}
}
// 分析3
protected synchronized void scheduleNext() {
// 1. 取出队列头部任务
if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
// 2. 执行取出的队列头部任务
// 即 调用执行任务线程池类（THREAD_POOL_EXECUTOR）->>继续往下看
THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
}
}
}
总结：
- 执行任务前，通过 任务队列 线程池类（SerialExecutor）将任务按顺序放入到队列中；
通过同步锁 修饰
execute（）从而保证AsyncTask中的任务是串行执行的
- 之后的线程任务执行是 通过任务线程池类（THREAD_POOL_EXECUTOR） 进行的。
继续往下分析：THREAD_POOL_EXECUTOR.execute（）
/**
* 源码分析：THREAD_POOL_EXECUTOR.execute（）
* 说明：
* a. THREAD_POOL_EXECUTOR实际上是1个已配置好的可执行并行任务的线程池
* b. 调用THREAD_POOL_EXECUTOR.execute（）实际上是调用线程池的execute()去执行具体耗时任务
* c. 而该耗时任务则是步骤2中初始化WorkerRunnable实例对象时复写的call（）
* 注：下面先看任务执行线程池的线程配置过程，看完后请回到步骤2中的源码分析call（）
*/
// 步骤1：参数设置
//获得当前CPU的核心数
private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
//设置线程池的核心线程数2-4之间,但是取决于CPU核数
private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
//设置线程池的最大线程数为 CPU核数*2+1
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
//设置线程池空闲线程存活时间30s
private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;
//初始化线程工厂
private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
public Thread newThread(Runnable r) {
return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
}
};
//初始化存储任务的队列为LinkedBlockingQueue 最大容量为128
private static final BlockingQueue sPoolWorkQueue =
new LinkedBlockingQueue(128);
// 步骤2： 根据参数配置执行任务线程池，即 THREAD_POOL_EXECUTOR
public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR;
static {
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
// 设置核心线程池的 超时时间也为30s
threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
THREAD_POOL_EXECUTOR = threadPoolExecutor;
}
// 请回到步骤2中的源码分析call（）
至此，我们回到步骤2中的源码分析call（）
/**
* 步骤2的源码分析：AsyncTask的构造函数
*/
public AsyncTask() {
// 1. 初始化WorkerRunnable变量 = 一个可存储参数的Callable对象
mWorker = new WorkerRunnable() {
public Result call() throws Exception {
// 添加线程的调用标识
mTaskInvoked.set(true);
Result result = null;
try {
// 设置线程的优先级
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
// 执行异步操作 = 耗时操作
// 即 我们使用过程中复写的耗时任务
result = doInBackground(mParams);
Binder.flushPendingCommands();
} catch (Throwable tr) {
mCancelled.set(true);// 若运行异常,设置取消的标志
throw tr;
} finally {
// 把异步操作执行的结果发送到主线程
// 从而更新UI ->>分析1
postResult(result);
}
return result;
}
};
.....// 省略
}
/**
* 分析1：postResult(result)
*/
private Result postResult(Result result) {
@SuppressWarnings("unchecked")
// 创建Handler对象 ->> 源自InternalHandler类—>>分析2
Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
new AsyncTaskResult(this, result));
// 发送消息到Handler中
message.sendToTarget();
return result;
}
/**
* 分析2：InternalHandler类
*/
private static class InternalHandler extends Handler {
// 构造函数
public InternalHandler() {
super(Looper.getMainLooper());
// 获取的是主线程的Looper()
// 故 AsyncTask的实例创建 & execute（）必须在主线程使用
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj;
switch (msg.what) {
// 若收到的消息 = MESSAGE_POST_RESULT
// 则通过finish() 将结果通过Handler传递到主线程
case MESSAGE_POST_RESULT:
result.mTask.finish(result.mData[0]); ->>分析3
break;
// 若收到的消息 = MESSAGE_POST_PROGRESS
// 则回调onProgressUpdate()通知主线程更新进度的操作
case MESSAGE_POST_PROGRESS:
result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
break;
}
}
}
/**
* 分析3：result.mTask.finish(result.mData[0])
*/
private void finish(Result result) {
// 先判断是否调用了Cancelled()
// 1. 若调用了则执行我们复写的onCancelled（）
// 即 取消任务时的操作
if (isCancelled()) {
onCancelled(result);
} else {
// 2. 若无调用Cancelled()，则执行我们复写的onPostExecute(result)
// 即更新UI操作
onPostExecute(result);
}
// 注：不管AsyncTask是否被取消，都会将AsyncTask的状态变更为：FINISHED
mStatus = Status.FINISHED;
}
总结
- 任务线程池类
（THREAD_POOL_EXECUTOR）实际上是1个已配置好的可执行并行任务的线程池 - 调用
THREAD_POOL_EXECUTOR.execute（）实际上是调用线程池的execute()去执行具体耗时任务 - 而该耗时任务则是步骤2中初始化
WorkerRunnable实例对象时复写的call（）内容 - 在
call（）方法里，先调用 我们复写的doInBackground(mParams)执行耗时操作 - 再调用
postResult(result)， 通过InternalHandler类 将任务消息传递到主线程；根据消息标识（MESSAGE_POST_RESULT）判断，最终通过finish(）调用我们复写的onPostExecute(result)，从而实现UI更新操作
至此，关于AsyncTask的源码 分析完毕，附上一份最终总结：
9. 总结
- 本文介绍了多线程中的
AsyncTask的 工作原理 & 源码分析，总结如下：
- 接下来，我会继续讲解
Android中多线程知识，感兴趣的同学可以继续关注carson_ho的微信公众号
