android 结合源码深入剖析AsyncTask机制原理
android 结合源码深入剖析AsyncTask机制原理
我们都知道，Android UI线程是不安全的，如果想要在子线程里面进行UI操作，就需要直接Android的异步消息处理机制，前面我写了一篇从源码层面分析了Android异步消息Handler的处理机制。感兴趣的可以去了解下。不过为了更方便我们在子线程中更新UI元素，Android1.5版本就引入了一个AsyncTask类，使用它就可以非常灵活方便地从子线程切换到UI线程。
一、基本用法
AsyncTask是一个抽象类，我们需要创建子类去继承它，并且重写一些方法。AsyncTask接受三个泛型的参数：
- Params：指定传给任务执行时的参数的类型
- Progress：指定后台任务执行时将任务进度返回给UI线程的参数类型
- Result：指定任务完成后返回的结果类型
除了指定泛型参数，还需要根据重写一些方法，常用的如下：
onPreExecute()：这个方法在UI线程调用，用于在任务执行器那做一些初始化操作，如在界面上显示加载进度 空间
onInBackground：在onPreExecute()结束之后立刻在后台线程调用，用于耗时操作。在这个方法中可调用publishProgress方法返回任务的执行进度。
onProgressUpdate：在doInBackground调用publishProgress后被调用，工作在UI线程
onPostExecute：后台任务结束后被调用，工作在UI线程。
二、AsyncTask类源码解析
AsyncTask.java源码地址源码注释大致翻译一下：
AsyncTask可以轻松的正确使用UI线程，该类允许你执行后台操作并在UI线程更新结果，从而避免了无需使用Handler来操作线程
AsyncTask是围绕Thread与Handler而设计的辅助类，所以它并不是一个通用的线程框架。理想情况下，AsyncTask应该用于短操作(最多几秒)。如果你的需求是在长时间保持线程运行，强烈建议您使用由
java.util.concurrent提供的各种API包，比如Executor、ThreadPoolExecutor或者FutureTask。 一个异步任务被定义为：在后台线程上运行，并在UI线程更新结果。一个异步任务通常由三个类型：Params、Progress和Result。以及4个步骤：onPreExecute、doInBackground、onProgressUpdate、onPostExecute。 用法：AsyncTask必须由子类实现后才能使用，它的子类至少重写doInBackground()这个方法，并且通常也会重写onPostExecute()这个方法
java.util.concurrent提供的各种API包，比如Executor、ThreadPoolExecutor或者FutureTask。 一个异步任务被定义为：在后台线程上运行，并在UI线程更新结果。一个异步任务通常由三个类型：Params、Progress和Result。以及4个步骤：onPreExecute、doInBackground、onProgressUpdate、onPostExecute。 用法：AsyncTask必须由子类实现后才能使用，它的子类至少重写doInBackground()这个方法，并且通常也会重写onPostExecute()这个方法
取消任务
在任何时候都可以通过调用cancel(boolean)来取消任务。调用此方法将导致isCancelled()方法的后续调用返回true。调用此方法后，在执行doInBackground(Object [])方法后，将调用onCancelled(object)，而不是onPostExecute(Object)方法。为了尽可能快的取消任务，如果可能的话，你应该在调用doInBackground(Object[])之前检查isCancelled()的返回值。 线程规则，这个类必须遵循有关线程的一些规则才能正常使用，规则如下：
在任何时候都可以通过调用cancel(boolean)来取消任务。调用此方法将导致isCancelled()方法的后续调用返回true。调用此方法后，在执行doInBackground(Object [])方法后，将调用onCancelled(object)，而不是onPostExecute(Object)方法。为了尽可能快的取消任务，如果可能的话，你应该在调用doInBackground(Object[])之前检查isCancelled()的返回值。 线程规则，这个类必须遵循有关线程的一些规则才能正常使用，规则如下：
- 必须在UI线程上加载AsyncTask类，android4.1上自动完成
- 任务实例必须在UI线程上实例化
- execute()方法必须在主线程上调用
- 不要手动去调用onPreExecute()、onPostExecute()、doInBackground()、onProgressUpdate()方法。
- 这个任务只能执行一次(如果尝试第二次执行，将会抛出异常)。
该任务只能执行一次（如果尝试第二次执行，将抛出异常）。
- 在构造函数或者onPreExecute设置成员变量，并且在doInBackground()方法中引用它们。
- 在doInBackground()设置成员字段，并在onProgressUpdate()和onPostExecute()方法中引用他们。
(二)、AsyncTask的结构
AsyncTask的结构如下：
我们看到在AsyncTask有4个自定义类，一个枚举类，一个静态块，然后才是这个类的具体变量和属性，那我们就依次讲解；
(三)、枚举Status
代码在AsyncTask.java 256行
public enum Status {
/**
* Indicates that the task has not been executed yet.
*/
PENDING,
/**
* Indicates that the task is running.
*/
RUNNING,
/**
* Indicates that {@link AsyncTask#onPostExecute} has finished.
*/
FINISHED,
}
- PENDING：表示任务尚未执行的状态
- RUNNING：表示任务正在执行
- FINISHED：任务已完成
(四)、私有的静态类InternalHandler
代码在AsyncTask.java 656行
private static class InternalHandler extends Handler {
public InternalHandler() {
// 这个handler是关联到主线程的
super(Looper.getMainLooper());
}
@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;
}
}
}
InternalHandler继承自Handler，并且在它的构造函数里面调用了Looper.getMainLooper()，所以我们知道这个Handler是关联主线程的。重写了handleMessage(Message)方法，其中这个Message的obj这个类型是AsyncTaskResult(AsyncTaskResult我将在下面讲解)，然后根据msg.what的来区别。我们知道这个Message只有两个标示，一个是
MESSAGE_POST_RESULT 是代表消息的结果，一个是
MESSAGE_POST_PROGRESS代表要执行onProgressUpdate()方法。
通过这段代码我们可以推测AsyncTask内部实现线程切换，即切换到主线程是通过Handler来实现的。
(五)、私有的静态类AsyncTaskResult
代码在AsyncTask.java 682行
@SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})
private static class AsyncTaskResult {
final AsyncTask mTask;
final Data[] mData;
AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
mTask = task;
mData = data;
}
}
通过类名，我们大概可以推测出这一个负责AsyncTask结果的类
AsyncTaskResult这个类 有两个成员变量，一个是AsyncTask一个是泛型的数组。
- mTask参数：是为了AsyncTask是方便在handler的handlerMessage回调中方便调用AsyncTask的本身回调函数，比如onPostExecute()函数、onPreogressUpdata()函数，所以在AsyncTaskResult需要持有AsyncTask。
- mData参数：既然是代表结果，那么肯定要有一个变量持有这个计算结果
(六)、私有静态抽象类WorkerRunnable
代码在AsyncTask.java 677行
private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
Params[] mParams;
}mParams，类型是泛型传进来的数组
(七)、局部变量详解
AsyncTask的局部变量如下：
private static final String LOG_TAG = "AsyncTask";
private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
// We want at least 2 threads and at most 4 threads in the core pool,
// preferring to have 1 less than the CPU count to avoid saturating
// the CPU with background work
private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;
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());
}
};
private static final BlockingQueue sPoolWorkQueue =
new LinkedBlockingQueue(128);
/**
* An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
*/
public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR;
/**
* An {@link Executor} that executes tasks one at a time in serial
* order. This serialization is global to a particular process.
*/
public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;
private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;
private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
private static InternalHandler sHandler;
private final WorkerRunnable mWorker;
private final FutureTask mFuture;
private volatile Status mStatus = Status.PENDING;
private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();
private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();
那我们就来一一解答
String LOG_TAG = "AsyncTask"：打印专用
CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors()：获取当前CPU的核心数
CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4))：线程池的核心容量，通过代码我们知道是一个大于等于2小于等于4的数
MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1：线程池的最大容量是2倍的CPU核心数+1
KEEP_ALIVE_SECONDS = 30：过剩的空闲线程的存活时间，一般是30秒
sThreadFactory：线程工厂，通过new Thread来获取新线程，里面通过使用AtomicInteger原子整数保证超高并发下可以正常工作。
sPoolWorkQueue：静态阻塞式队列，用来存放待执行的任务，初始容量：128个
THREAD_POOL_EXECUTOR：线程池
SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor()：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。
MESSAGE_POST_RESULT = 0x1：消息类型，代表发送结果
MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2：消息类型，代表进度
sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR：默认任务执行器，被赋值为串行任务执行器，就是因为它，AsyncTask变成了串行的了。
sHandler：静态Handler，用来发送上面的两种通知，采用UI线程的Looper来处理消息，这就是为什么AnsyncTask可以在UI线程更新UI
WorkerRunnable mWorke：是一个实现Callback的抽象类，扩展了Callable多了一个Params参数。
mFuture：FutureTask对象
mStatus = Status.PENDING：任务的状态默认为挂起，即等待执行，其类型标示为volatile
mCancelled = new AtomicBoolean()：原子布尔类型，支持高并发访问，标示任务是否被取消
mTaskInvoked = new AtomicBoolean()：原子布尔类型，支持高并发访问，标示任务是否被执行过
(八)、静态代码块
代码在AsyncTask.java 226行
static {
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
THREAD_POOL_EXECUTOR = threadPoolExecutor;
}
(九)、私有的静态类SerialExecutor
代码在AsyncTask.java 226行
private static class SerialExecutor implements Executor {
// 循环数组实现的双向Queue，大小是2的倍数，默认是16，有队头和队尾巴两个下标
final ArrayDeque mTasks = new ArrayDeque();
// 正在运行runnable
Runnable mActive;
public synchronized void execute(final Runnable r) {
// 添加到双向队列中去
mTasks.offer(new Runnable() {
public void run() {
try {
//执行run方法
r.run();
} finally {
//无论执行结果如何都会取出下一个任务执行
scheduleNext();
}
}
});
// 如果没有活动的runnable，则从双端队列里面取出一个runnable放到线程池中运行
// 第一个请求任务过来的时候mActive是空的
if (mActive == null) {
//取出下一个任务来
scheduleNext();
}
}
protected synchronized void scheduleNext() {
//从双端队列中取出一个任务
if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
//线线程池执行取出来的任务，真正的执行任务
THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
}
}
}
首先，注意SerialExecutor的execute是synchronized的，所以无论多个少任务调用execute()都是同步的。
其次，SerialExecutor里面一个ArrayDeque队列，通过代码我们知道，SerialExecutor是通过ArrayDeque来管理Runnable对象的。通过上面我们知道execute()是同步的，所以如果你有10个任务同时调用SerialExecutor的execute()方法，就会把10个Runnable先后放入到mTasks中去，可见mTasks缓存了将要执行的Runnable。
再次1，如果我们第一个执行execute()方法时，会调用ArrayDeque的offer()方法将传入的Runnable对象添加到队列的尾部，然后判断mActive是不是null，因为是第一次调用，此时mActive还没有赋值，所以mActive等于null。所以此时mActive == null成立，所以会调用scheduleNext()方法。
再次2，我们在调用scheduleNext()里面，看到会调用mTasks.poll()，我们知道这是从队列中取出头部元素，然后把这个头部元素赋值给mActive，然后让THREAD_POOL_EXECUTOR这个线程池去执行这个mActive的Runnable对象。
再次3，如果这时候有第二个任务入队，但是此时mActive!=null，不会执行scheduleNext()，所以如果第一个任务比较耗时，后面的任务都会进入队列等待。
再次4，上面知道由于第二个任务入队后，由于mActive!=null，所以不会执行scheduleNext()，那样这样后面的任务岂不是永远得不到处理，当然不是，因为在offer()方法里面传入一个Runnable的匿名类，并且在此使用了finnally代码，意味着无论发生什么情况，这个finnally里面的代码一定会执行，而finnally代码块里面就是调用了scheduleNext()方法，所以说每当一个任务执行完毕后，下一个任务才会执行。
最后，SerialExecutor其实模仿的是单一线程池的效果，如果我们快速地启动了很多任务，同一时刻只会有一个线程正在执行，其余的均处于等待状态。
PS：scheduleNext()方法是synchronized，所以也是同步的
在Android 3.0 之前是并没有SerialExecutor这个类的，那个时候是直接在AsyncTask中构建一个sExecutor常量，并对线程池总大小，同一时刻能够运行的线程数做了规定，代码如下：
private static final ThreadPoolExecutor sExecutor = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS, sWorkQueue, sThreadFactory);
三、AsyncTask类的构造函数
代码如下：
public AsyncTask() {
mWorker = new WorkerRunnable() {
public Result call() throws Exception {
// 设置方法已经被调用
mTaskInvoked.set(true);
// 设定结果变量
Result result = null;
try {
//设置线程优先级
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
//noinspection unchecked
//执行任务
result = doInBackground(mParams);
Binder.flushPendingCommands();
} catch (Throwable tr) {
// 产生异常则设置失败
mCancelled.set(true);
throw tr;
} finally {
// 无论执行成功还是出现异常，最后都会调用PostResult
postResult(result);
}
return result;
}
};
mFuture = new FutureTask(mWorker) {
@Override
protected void done() {
try {
// 就算没有调用让然去设置结果
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);
}
}
};
}
构造函数也比较简单，主要就是给mWorker和mFuture初始化，其中WorkerRunnable实现了Callable接口，在构造函数里面调用了postResult(Result)和postResultIfNotInvoked(Result)，那我们就来分别看下
1、postResult(Result)方法
// doInBackground执行完毕，发送消息
private Result postResult(Result result) {
@SuppressWarnings("unchecked")
// 获取一个Message对象
Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
new AsyncTaskResult(this, result));
// 发送给线程
message.sendToTarget();
return result;
} 通过代码我们知道
这里面调用了 getHandler()，那我们来看下这个方法是怎么写的
- 生成一个Message
- 把这个Message发送出
2、getHandler()方法
private static Handler getHandler() {
synchronized (AsyncTask.class) {
if (sHandler == null) {
sHandler = new InternalHandler();
}
return sHandler;
}
}
我们看到返回的是InternalHandler对象，上面说过了InternalHandler其实是关联主线程的，所以上面方法 message.sendToTarget(); 其实是把消息发送给主线程。
大家注意一下 这里的Message的what值为MESSAGE_POST_RESULT，我们来看下InternalHandler遇到InternalHandler这种消息是怎么处理的
private static class InternalHandler extends Handler {
...
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;
...
}
}
}
我们看到MESSAGE_POST_RESULT对应的是指是执行AsyncTask的finish(Result)方法，所以我们可以这样说，无论AsyncTask是成功了还是失败了，最后都会执行finish(Result)方法。那我们来看下finish(Result)方法里面都干了什么？
2.1、finish(Result result) 方法
private void finish(Result result) {
if (isCancelled()) {
// 如果消息取消了，执行onCancelled方法
onCancelled(result);
} else {
// 如果消息没有取消，则执行onPostExecute方法
onPostExecute(result);
}
// 设置状态值
mStatus = Status.FINISHED;
}
注释写的很清楚了，我这里就不说明了，通过上面的代码和finish方法的分析，我们知道无论成功还是失败，最后一定会调用finish(Result)方法，所以最后状态的值为FINISHED。
3、postResultIfNotInvoked(Result)方法
private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
// 获取mTaskInvoked的值
final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
if (!wasTaskInvoked) {
postResult(result);
}
}
通过上面代码我们知道，如果mTaskInvoked不为true，则执行postResult，但是在mWorker初始化的时候为true，除非在没有执行call方法时候，如果没有执行call，说明这个异步线程还没有开始执行，这个时候mTaskInvoked为false。而这时候调用postResultIfNotInvoked则还是会执行postResult(Result)，这样保证了AsyncTask一定有返回值。
四、AsyncTask类核心方法解析
(一)、void onPreExecute()
/**
* Runs on the UI thread before {@link #doInBackground}.
*
* @see #onPostExecute
* @see #doInBackground
*/
// 在调用doInBackground()方法之前，跑在主线程上
@MainThread
protected void onPreExecute() {
}
(二)、AsyncTask onPreExecute() 方法
@MainThread
public final AsyncTask execute(Params... params) {
return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}
- 使用指定的参数来执行任务，这个方法的返回值是this，也就是它自己，因为这样设计的目的是可以保持对它的引用。
- 注意：它的调度模式是不同的，一种是单个后台线程，一种是通过线程池来实现，具体那种模式是根据android版本的不同而不同，当最开始引入AsyncTask的时候，AsyncTask是单个后台线程上串行执行，从Android DONUT 开始，模式变更为通过线程池多任务并行执行。在Android HONEYCOMB开始，又变回了在单个线程上执行，这样可以避免并行执行的错误。如果你还是想并行执行，你可以使用executeOnExecutor()方法并且第一个参数是THREAD_POOL_EXECUTOR就可以了，不过，请注意有关使用警告。
- 必须在UI主线程上调用此方法。
通过代码我们看到，它的内部其实是调用executeOnExecutor(Executor exec, Params... params)方法，只不过第一个参数传入的是sDefaultExecutor，而sDefaultExecutor是SerialExecutor的对象。上面我们提到了SerialExecutor里面利用ArrayDeque来实现串行的，所以我们可以推测出如果在executeOnExecutor(Executor exec, Params... params)方法里面如果第一个参数是自定义的Executor，AsyncTask就可以实现并发执行。
(三)、executeOnExecutor(Executor exec, Params... params) 方法
@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)");
}
}
//设置状态
mStatus = Status.RUNNING;
从这里我们看出onPreExecute是先执行，并且在UI线程
onPreExecute();
// 设置参数
mWorker.mParams = params;
// 开启了后台线程去计算，这是真正调用doInBackground的地方
exec.execute(mFuture);
// 接着会有onProgressUpdate会被调用，最后是onPostExecute
return this;
}
该方法首先是判断mStatus状态，如果是正在运行(RUNNING)或者已经结束(FINISHED)，就会抛出异常。
接着设置状态为RUNNING，即运行，执行onPreExecute()方法，并把参数的值赋给mWorker.mParams
于是Executor去执行execute的方法，学过Java多线程的都知道，这里方法是开启一个线程去执行mFuture的run()方法(由于mFuture用Callable构造，所以其实是执行的Callable的call()方法，而mWorker是Callable的是实现类，所以最终执行的是mWorker的call()方法)
PS：mFuture和mWorker都是在AsyncTask的构造方法中初始化过的。
主要是设置后台进度，onProgressUpdate会被调用
@WorkerThread
protected final void publishProgress(Progress... values) {
if (!isCancelled()) {
getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
new AsyncTaskResult这个方法内部实现很简单
- 首先判断 任务是否已经被取消，如果已经被取消了，则什么也不做
- 如果任务没有被取消，则通过InternalHandler发送一个what为MESSAGE_POST_PROGRESS的Message
这样就进入了InternalHandler的handleMessage(Message)里面了，而我们知道InternalHandler的Looper是Looper.getMainLooper()，所以处理Message是在主线程中，我们来看下代码
private static class InternalHandler extends Handler {
public InternalHandler() {
super(Looper.getMainLooper());
}
@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;
}
}
}
通过代码，我们看到如果what为MESSAGE_POST_PROGRESS，则会在主线程中调用onProgressUpdate(result.mData)，这也就是为什么我们平时在异步线程调用publishProgress(Progress...)方法后，可以在主线程中的onProgressUpdate(rogress... values)接受数据了。
五、AsyncTask与Handler
AsyncTask：
总之，AsyncTask不失为一个非常好用的异步任务处理类。不过我从事Android开发5年多了，很少会用到AsyncTask，一般异步任务都是Handler。
- 优点：AsyncTask是一个轻量级的异步任务处理类，轻量级体现在，使用方便，代码简洁，而且整个异步任务的过程可以通过cancel()进行控制
- 缺点：不适用处理长时间的异步任务，一般这个异步任务的过程最好控制在几秒以内，如果是长时间的异步任务就需要考虑多线程的控制问题；当处理多个异步任务时，UI更新变得困难。
- 优点：代码结构清晰，容易处理多个异步任务
- 缺点：当有多个异步任务时，由于要配合Thread或Runnable，代码可能会稍显冗余。