Android异步任务AsyncTask的使用与原理分析

在了解了 Android缓存机制后我准备自己动手写一个LruCache和DiskLruCache二级缓存的轻量级的图片请求框架，在思考如何搭建这个框架时，纠结于用何种方式去下载图片，是直接new出一个线程呢，还是用看起来稍微高大上档次一点的AsyncTask异步任务来处理？思来想去，还是虚荣心作怪，还是用AsyncTask吧，正好这个工具类我之前用的也比较少，对它的原理也不是很清楚，趁这个机会，好好学一下AsyncTask的使用，并分析一下其 源码实现。待分析完AsyncTask之后，接着完成图片请求框架的编写。 

1、AsyncTask的使用

分析AsyncTask原理之前，还是好好学习一下它的具体使用方法。

1.1 AsyncTask简介

在Android中，我们更新UI的操作必须要在主线程（UI线程）中进行，而下载图片、文件这种操作必须要在子线程中进行，Android为我们提供了Handler机制，实现了子线程与主线程之间的通信。通常做法就是先new出一个子线程Thread，在子线程中完成下载操作后，通过handler发送一条Message给主线程，主线程收到消息后，就可以进行UI的更新工作了，如下：

Handler mHadler = new Handler(){
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super .handleMessage(msg);
        if (msg.what == 1 ){
            Bitmap bitmap = (Bitmap) msg.obj;
            //更新UI...
        }
    }
};

private void download(){
    new Thread( new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 这里进行下载操作...获得了图片的bitmap
            //下载完后才，向主线程发送Message
            Message msg = Message.obtain();
            msg.obj = bitmap;
            msg.what = 1 ; //区分哪一个线程发送的消息
            mHadler.sendMessage(msg);
        }
    }).start();
}

可以看到，每次要进行下载工作，我们就得先创建出Thread，然后在主线程中写好handler，为了对这个过程进行封装，Android提供了AsyncTask异步任务，AsyncTask对线程和handler进行了封装，使得我们可以直接在AsyncTask中进行UI的更新操作，就好像是在子线程进行UI更新一样。 

1.2 创建AsyncTask子类

AsyncTask是一个抽象类，我们必须写一个子类继承它，在子类中完成具体的业务下载操作。为了对各种情况更好的封装，AsyncTask抽象类指定了三个泛型参数类型，如下：

public abstract class AsyncTask "" >{ ... }

其中，三个泛型类型参数的含义如下：  Params：开始异步任务执行时传入的参数类型，即doInBackground()方法中的参数类型； Progress：异步任务执行过程中，返回下载进度值的类型，即在doInBackground中调用publishProgress()时传入的参数类型； Result：异步任务执行完成后，返回的结果类型，即doInBackground()方法的返回值类型；  有了这三个参数类型之后，也就控制了这个AsyncTask子类各个阶段的返回类型，如果有不同业务，我们就需要再另写一个AsyncTask的子类进行处理。 

1.3 AsyncTask的回调方法

前面我们说过，AsyncTask对线程和handler进行了封装，那它的封装性体现在哪里呢？其实，AsyncTask的几个回调方法正是这种封装性的体现，使得我们感觉在子线程进行UI更新一样。一个基本的AsyncTask有如下几个回调方法：  （1）onPreExecute()：在执行后台下载操作之前调用，运行在主线程中； （2）doInBackground()：核心方法，执行后台下载操作的方法，必须实现的一个方法，运行在子线程中；  （3）onPostExecute()：后台下载操作完成后调用，运行在主线程中；   因此，AsyncTask的基本生命周期过程为： onPreExecute() --> doInBackground() --> onPostExecute()。其中，onPreExecute()和onPostExecute()分别在下载操作前和下载操作后调用，同时它们是在主线程中进行调用，因此可以在这两个方法中进行UI的更新操作，比如，在onPreExecute()方法中，将下载等待动画显示出来，在onPostExecute()方法中，将下载等待动画进行隐藏。 如果我们想向用户展示文件的下载进度情况，这时，我们可以在doInBackground()下载操作中，调用publishProgress()，将当前进度值传入该方法，而publishProgress()内部会去调用AsyncTask的另一个回调方法： （4）onProgressUpdate()：在下载操作doInBackground()中调用publishProgress()时的回调方法，用于更新下载进度，运行在主线程中； 因此，在需要更新进度值时，AsyncTask的基本生命周期过程为： onPreExecute() --> doInBackground() --> publishProgress() -->onProgressUpdate()--> onPostExecute()。可以看到，AsyncTask的优秀之处在于几个回调方法的设置上，只有donInBackground()是运行在子线程的，其他三个回调方法都是在主线程中运行，因此，只要在AsyncTask中，就可以实现文件的后台下载、UI的更新操作。 好了，明白了如何创建一个AsyncTask，以及AsyncTask的几个回调方法的调用时机，我们就可以来实战体验一下。在例子中，我们去下载一张图片，并通过进度条显示下载的进度。首先实现一个AsyncTask的具体实现类，进行图片的下载，如下：  

public class MyAsyncTask extends AsyncTask "" >{
    private ProgressBar mPreogressBar; //进度条
    private ImageView mImageView; //图片显示控件

    public MyAsyncTask(ProgressBar pb,ImageView iv){
        mPreogressBar = pb;
        mImageView = iv;
    }

    @Override
    protected void onPreExecute() {
        super .onPreExecute();
        mPreogressBar.setVisibility(View.VISIBLE);
    }

    @Override
    protected Bitmap doInBackground(String... params) {
        String urlParams = params[ 0 ]; //拿到execute()传过来的图片url
        Bitmap bitmap = null ;
        URLConnection conn = null ;
        InputStream is = null ;
        try {
            URL url = new URL(urlParams);
            conn = url.openConnection();
            is = conn.getInputStream();

            //这里只是为了演示更新进度的功能，实际的进度值需要在从输入流中读取时逐步获取
            for ( int i = 0 ; i < 100 ; i++){
                publishProgress(i);
                Thread.sleep( 50 ); //为了看清效果，睡眠一段时间
            }
            //将获取到的输入流转成Bitmap
            BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);
            bitmap = BitmapFactory.decodeStream(bis);

            is.close();
            bis.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return bitmap;
    }

    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        super .onProgressUpdate(values);
        mPreogressBar.setProgress(values[ 0 ]);
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(Bitmap bitmap) {
        super .onPostExecute(bitmap);
        mPreogressBar.setVisibility(View.GONE);
        mImageView.setImageBitmap(bitmap);
    }
}

上面doInBackground()中获取进度值时，我们只是为了做一个进度值更新调用的演示，实际项目文件下载中，我们可能会对拿到的输入流进行处理，比如读取输入流将文件保存到本地，在读取输入流的时候，我们就可以获取到已经读取的输入流大小作为进度值了，如下：

//实际项目中如何获取文件大小作为进度值及更新进度值
            int totalSize = conn.getContentLength(); //获取文件总大小
            int size = 0 ; //保存当前下载文件的大小，作为进度值
            int count = 0 ;
            byte [] buffer = new byte [ 1024 ];
            while ((count = is.read(buffer)) != - 1 ){
                size += count; //获取已下载的文件大小
                //调用publishProgress更新进度，它内部会回调onProgressUpdate()方法
                publishProgress(size,totalSize);
                Thread.sleep( 100 ); //为了看清效果，睡眠一段时间
            }

在MainActivity中使用：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private ImageView mImageView;
    private ProgressBar mProgressBar;
    private static String URL = "http://c.hiphotos.baidu.com/baike/s%3D220/sign=86442af5a6c27d1ea1263cc62bd4adaf/42a98226cffc1e17d8f914604890f603738de919.jpg" ;
    private MyAsyncTask asyncTask;

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

        mImageView = (ImageView) findViewById(R.id.id_image);
        mProgressBar = (ProgressBar) findViewById(R.id.pb);

        asyncTask = new MyAsyncTask(mProgressBar, mImageView);
        asyncTask.execute(URL); //将图片url作为参数传入到doInBackground()中
    }
}

布局文件如下：

"" xmlns:android= "http://schemas.android.com/apk/res/android" >    android:padding= "16dp"
    android:layout_width= "match_parent"
    android:layout_height= "match_parent" >
            android:id= "@+id/id_image"
        android:layout_width= "match_parent"
        android:layout_height= "match_parent" />
            android:id= "@+id/pb"
        style= "@style/Widget.AppCompat.ProgressBar.Horizontal"
        android:layout_centerInParent= "true"
        android:layout_width= "match_parent"
        android:layout_height= "30dp" />

效果如下：  由于需要联网，注意在AndroidManifest.xml中加入网络访问权限。 

1.4 取消下载任务

我们先来看两个现象。 我们在布局中加一个按钮，点击这个按钮再加载一次图片，布局如下：

"" xmlns:android= "http://schemas.android.com/apk/res/android" >    android:padding= "16dp"
    android:layout_width= "match_parent"
    android:layout_height= "match_parent" >
            android:id= "@+id/id_image"
        android:layout_width= "match_parent"
        android:layout_height= "match_parent" />
            android:id= "@+id/pb"
        style= "@style/Widget.AppCompat.ProgressBar.Horizontal"
        android:layout_centerInParent= "true"
        android:layout_width= "match_parent"
        android:layout_height= "30dp" />
            android:layout_width= "match_parent"
        android:layout_height= "wrap_content"
        android:padding= "15dp"
        android:id= "@+id/id_btn"
        android:text= "加载图片"
        android:textSize= "16sp"
        android:layout_alignParentBottom= "true"
        android:onClick= "loadImage" />

因此，在MainActivity中，我们就需要加入loadImage方法，如下：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    private ImageView mImageView;
    private ProgressBar mProgressBar;
    private static String url = "http://c.hiphotos.baidu.com/baike/s%3D220/sign=86442af5a6c27d1ea1263cc62bd4adaf/42a98226cffc1e17d8f914604890f603738de919.jpg" ;
    private MyAsyncTask asyncTask;

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

        mImageView = (ImageView) findViewById(R.id.id_image);
        mProgressBar = (ProgressBar) findViewById(R.id.pb);

        asyncTask = new MyAsyncTask(mProgressBar, mImageView);
        asyncTask.execute(url);
}

    public void loadImage(View v){
        asyncTask.execute(url);
    }
}

现象一：在loadImage()方法中，我们直接再次通过asyncTask.execute()执行加载。看看此时效果如何： onCreate中初始加载完一次图片后，我们点击“加载图片”按钮，此时程序直接崩溃了！这是因为，每一个new出的AsyncTask只能执行一次execute()，如果同一个AsyncTask多次执行execute()执行将会报错。 现象二：我们来修改loadImage()方法，在该方法中，我们在打开自身MainActivity，使得多次初始化的时候进行加载，如下：

public void loadImage(View v){
    Intent i = new Intent( this ,MainActivity. class );
    startActivity(i);
}

此时效果如下： 在第一次运行程序进入MainActivity，执行execute但在显示出图片之前，立即点击“加载图片”按钮，新打开一个MainActivity，我们发现这个MainActivity的进度条没有立即展示出进度出来，说明这个MainActivity的AsyncTask没有立即执行doInBackground()，这是因为AsyncTask内部使用的是线程池，相当于里面有一个线程队列，执行一次execute时会将一个下载任务加入到线程队列，只有前一个任务完成了，下一个下载任务才会开始执行。为了达到我们想要的效果，我们自然想到把上一个任务给取消掉。的确，AsyncTask为我们提供了cancel()方法来取消一个任务的执行，但是要注意的是，cancel方法并没有能力真正去取消一个任务，其实只是设置这个任务的状态为取消状态，我们需要在doInBackground()下载中进行检测，一旦检测到该任务被用户取消了，立即停止doInBackground()方法的执行。我们先修改MainActivity，根据不同业务需求，在不同地方进行任务的取消，我们这里在onPause()中进行任务的取消，在MainActivity方法中加入onPause()方法，如下：

@Override
protected void onPause() {
    super .onPause();
    if (asyncTask != null && asyncTask.getStatus() == AsyncTask.Status.RUNNING){
        //cancel只是将对应的任务标记为取消状态
        asyncTask.cancel( true );
    }
}

继续修改AsyncTask，在这里面进行任务是否被取消的检测，这里我们只简单修改下doInBackground()和onProgressUpdae()方法，实际项目中开自己的业务逻辑来控制，如下：

@Override
protected Bitmap doInBackground(String... params) {
    String urlParams = params[ 0 ]; //拿到execute()传过来的图片url
    Bitmap bitmap = null ;
    URLConnection conn = null ;
    InputStream is = null ;
    try {
        URL url = new URL(urlParams);
        conn = url.openConnection();
        is = conn.getInputStream();

        for ( int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            if (isCancelled()){ //通过isCancelled()判断任务任务是否被取消
                break ;
            }
            publishProgress(i);
            Thread.sleep( 50 ); //为了看清效果，睡眠一段时间
        }
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);
        bitmap = BitmapFactory.decodeStream(bis);

        is.close();
        bis.close();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return bitmap;
}

@Override
protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
    super .onProgressUpdate(values);
    if (isCancelled()){ //通过isCancelled()判断任务任务是否被取消
        return ;
    }
    mPreogressBar.setProgress(values[ 0 ]);
}

在doInBackground()的for循环更新进度过程中，我们持续不断的监听任务十分被取消，一旦取消了，尽快退出doInBackground的执行，现在运行效果如下： 可以看到，现在每次点击“加载图片”按钮，新的界面都会立即更新进度条，我们就业把前面的任务给取消掉了。  使用小结：（1）AsyncTask中，只有doInBackground()方法是处于子线程中运行的，其他三个回调onPreExecute()、onPostExecute()、onProgressUpdate()都是在UI线程中进行，因此在这三个方法里面可以进行UI的更新工作；（2）每一个new出的AsyncTask只能执行一次execute()方法，多次运行将会报错，如需多次，需要新new一个AsyncTask；（3）AsyncTask必须在UI线程中创建实例，execute()方法也必须在UI线程中调用； 

2、AsyncTask内部实现原理

进入AsyncTask源码，简单分析一下AsyncTask的内部实现。前面说到，AsyncTask内部封装了异步任务队列和Handler，那我们就从这两块入手。 

2.1 AsyncTask的内部异步队列

在我们上面那个例子中，讲到第二个现象时，就可以直观的看到，AsyncTask的内部肯定是基于工作队列这种方式的，每次执行execute()就会把当前的任务加入到工作队列中。但是大家有没有发现这么个问题，我每次点击“加载图片”按钮，都会进入MainActivity的onCreate方法中去新建一个AsyncTask的对象，既然对象都是新的了，为什么AsyncTask中的工作队列还是能够正常管理呢？这就说明，AsyncTask内部的线程池、工作队列的定义都应该是static的，而static定义的变量是属于进程范围内的，只有这样，这些static的变量才能交给AsyncTask这个类来管理，而不是AsyncTask的具体子类对象。如下部分变量声明：

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 );

    /**
     * 真正用来执行任务的的线程池
     */
    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
            = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                    TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

    /**
     * 定义一个线程池，在线程池中有一个Runnable任务队列，用来存放、顺序执行任务
     */
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();

    //AsyncTask内部默认使用的线程池
    private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
    //自定义的一个Handler
    private static InternalHandler sHandler;

可以看到，优线程池有关的都定义为了static类型，其中，SERIAL_EXECUTOR内部就定义了一个任务队列ArrayDequemTasks，当我们调用AsyncTask的execute()时，就会将当前任务加入到该队列中。先来看执行AsyncTask的execute()时的情景：

@MainThread
public final AsyncTask "" > execute(Params... params) {
return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}

AsyncTask的execute()交给了executeOnExecutor()方法，将将默认的线程池作为参数传进来，进入executeOnExecutor方法中：

@MainThread
public final AsyncTask "" > executeOnExecutor(Executor exec,
        Params... params) {
    if (mStatus != Status.PENDING) { //1、这里判断当前AsyncTask是否正在执行或已执行完毕
        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; //2、设置正在执行的状态
    onPreExecute(); //3、回调onPreExecute()方法
    mWorker.mParams = params;
    exec.execute(mFuture); //4、放到前面默认构造的线程池中去执行
    return this ;
}

上面第一步，先判断当前AsyncTask是否正在运行或已经执行完毕，如果正在执行或执行完毕再次执行将抛出异常，这也正是我们前面在使用的时候谈到，同一个AsyncTask不能多次进行execute()的原因！到了第三步的时候，先去调用一下onPreExecute()方法，因为executeOnExecutor方法本身就是在UI线程中运行的，所以onPreExecute也会在UI线程中运行。第四步，才会开始讲当前AsyncTask任务加入到队列中，我们进入默认的线程池中去看一下：

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);
        }
    }
}

在第四步执行execute时，实际就是调用的SerialExecutor中的execute方法，在这里面，先创建了一个Runnable对象，然后将这个Runnable对象添加到任务队列mTasks中，在当执行到这个Runnable时调用scheduleNext去队列中取出一个任务，然后交给另一个线程池去真正执行这个任务。 

2.2 与UI线程进行交互-handler

AsyncTask内部通过自定义的static类型的InternalHandler和UI线程进行交互。InternalHandler实现如下：

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 ;
        }
    }
}

每当收到子线程发来的和UI线程进行通信的handler请求时，先从Message中拿到子线程发来的结果参数AsyncTaskResult，AsyncTaskResult里面封装了AsyncTask对象和数据信息，如下：

private static class AsyncTaskResult {
    final AsyncTask mTask;
    final Data[] mData;
    AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
        mTask = task;
        mData = data;
    }
}

然后根据不同状态调用不同方法，如果是MESSAGE_POST_RESULT状态，就调用AsyncTask的finish()方法，finish方法中会去判断当前任务十分被cancel，如果没有cancel则开始回调onPostExecute()方法；如果状态是MESSAGE_POST_PROGRESS，则回调onProgressUpdate()方法。当子线程需要和UI线程进行通信时，就会通过这个handler，往UI线程发送消息。需要通过handler来发送消息，肯定是在子线程异步任务的时候才需要，在AsyncTask中需要handler的地方其实就是两个地方，一个是doInBackground()在运行过程中，需要更新进度值的时候；一个是doInBackground()运行完成后，需要回到到UI线程中的onPostExecute()方法的时候。 对于一：我们在doInBackground()中调用publicProgress()进行进度值的更新，因此在publicProgress()中肯定会有handler的身影，如下：

protected final void publishProgress(Progress... values) {
    if (!isCancelled()) {
        getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                new AsyncTaskResult

(this, values)).sendToTarget();}} 对于二：其实就是一个异步任务执行完后后的返回处理，而FutureTask正是处理处理Runnable运行返回结果的。在2.1部分的executeOnExecutor方法中第四步，我们在执行execute(mFuture)，传入了一个mFuture，mFuture是在初始化AsyncTask的时候进行构建的，如下：

mFuture = new FutureTask(mWorker) {
    @Override
    protected void done() {
        try {
            postResultIfNotInvoked(get()); //这里面通过handler往UI线程发送消息
        } 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 );
        }
    }
};

在上面的postResultIfNotInvoked()中会通过handler进行消息的发送。  AsyncTask原理总结：AsyncTask主要是对异步任务和handler的封装，在处理异步任务时，AsyncTask内部使用了两个线程池，一个线程池sDefaultExecutor是用来处理用户提交（执行AsyncTask的execute时）过来的异步任务，这个线程池中有一个Runnable异步任务队列ArrayDequemTasks，把提交过来的异步任务放到这个队列中；另一个线程池THREAD_POOL_EXECUTOR，用来真正执行异步任务的。在处理handler时，自定义了一个InternalHandler，在publicProgress()和doInBackground()运行完成后，会通过这个handler往UI线程发送Message。 

3、AsyncTask在使用中的一个特殊情况

我们在使用AsyncTask的时候，一般会在onPreExecute()和onPostExecute()中进行UI的更新，比如等待图片的显示、进度条的显示...当我们一个Activity中正在使用AsyncTask进行文件的下载时，如果此时屏幕发生了旋转，Activity会进行re-onCreate，又会创建一个AsyncTask进行文件的下载，这个正是我们前面将取消任务的时候谈到的第二个现象，我们只需要在onPause()中进行取消cancel()即可。但是这样仅仅是解决了发生等待的情况，因为Activity再次进入了onCreate()方法，还是会进行文件的下载，为了解决这个问题，一种方案是通过判断onCreate(Bundle savedInstanceState)方法参数中的savedInstanceState==null？来判断是哪种情况，只有savedInstanceState==null时才去创建新的AsyncTask。 

4、AsyncTask和Handler的比较

AsyncTask：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、代码简洁上，而且整个异步任务的过程可以通过cancel()进行控制；缺点：不适用于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。 Handler: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。 总之，AsyncTask不失为一个非常好用的异步任务处理类，只要不是频繁对大量UI进行更新，可以考虑使用；而Handler在处理大量UI更新时可以考虑使用。