Android源码分析—带你认识不一样的AsyncTask(串并行)

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前言

什么是AsyncTask,相信搞过android开发的朋友们都不陌生。AsyncTask内部封装了Thread和Handler,可以让我们在后台进行计算并且把计算的结果及时更新到UI上,而这些正是Thread+Handler所做的事情,没错,AsyncTask的作用就是简化Thread+Handler,让我们能够通过更少的代码来完成一样的功能,这里,我要说明的是:AsyncTask只是简化Thread+Handler而不是替代,实际上它也替代不了。同时,AsyncTask从最开始到现在已经经过了几次代码修改,任务的执行逻辑慢慢地发生了改变,并不是大家所想象的那样:AsyncTask是完全并行执行的就像多个线程一样,其实不是的,所以用AsyncTask的时候还是要注意,下面会一一说明。另外本文主要是分析AsyncTask的源代码以及使用时候的一些注意事项,如果你还不熟悉AsyncTask,请先阅读android之AsyncTask 来了解其基本用法。

这里先给出AsyncTask的一个例子:

[java]  view plain copy
  1. private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {  
  2.      protected Long doInBackground(URL... urls) {  
  3.          int count = urls.length;  
  4.          long totalSize = 0;  
  5.          for (int i = 0; i < count; i++) {  
  6.              totalSize += Downloader.downloadFile(urls[i]);  
  7.              publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));  
  8.              // Escape early if cancel() is called  
  9.              if (isCancelled()) break;  
  10.          }  
  11.          return totalSize;  
  12.      }  
  13.   
  14.      protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {  
  15.          setProgressPercent(progress[0]);  
  16.      }  
  17.   
  18.      protected void onPostExecute(Long result) {  
  19.          showDialog("Downloaded " + result + " bytes");  
  20.      }  
  21.  }  

使用AsyncTask的规则

  • AsyncTask的类必须在UI线程加载(从4.1开始系统会帮我们自动完成)
  • AsyncTask对象必须在UI线程创建
  • execute方法必须在UI线程调用
  • 不要在你的程序中去直接调用onPreExecute(), onPostExecute, doInBackground, onProgressUpdate方法
  • 一个AsyncTask对象只能执行一次,即只能调用一次execute方法,否则会报运行时异常
  • AsyncTask不是被设计为处理耗时操作的,耗时上限为几秒钟,如果要做长耗时操作,强烈建议你使用Executor,ThreadPoolExecutor以及FutureTask
  • 在1.6之前,AsyncTask是串行执行任务的,1.6的时候AsyncTask开始采用线程池里处理并行任务,但是从3.0开始,为了避免AsyncTask所带来的并发错误,AsyncTask又采用一个线程来串行执行任务

AsyncTask到底是串行还是并行?

给大家做一下实验,请看如下实验代码:代码很简单,就是点击按钮的时候同时执行5个AsyncTask,每个AsyncTask休眠3s,同时把每个AsyncTask执行结束的时间打印出来,这样我们就能观察出到底是串行执行还是并行执行。

[java]  view plain copy
  1. @Override  
  2. public void onClick(View v) {  
  3.     if (v == mButton) {  
  4.         new MyAsyncTask("AsyncTask#1").execute("");  
  5.         new MyAsyncTask("AsyncTask#2").execute("");  
  6.         new MyAsyncTask("AsyncTask#3").execute("");  
  7.         new MyAsyncTask("AsyncTask#4").execute("");  
  8.         new MyAsyncTask("AsyncTask#5").execute("");  
  9.     }  
  10.   
  11. }  
  12.   
  13. private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {  
  14.   
  15.     private String mName = "AsyncTask";  
  16.   
  17.     public MyAsyncTask(String name) {  
  18.         super();  
  19.         mName = name;  
  20.     }  
  21.   
  22.     @Override  
  23.     protected String doInBackground(String... params) {  
  24.         try {  
  25.             Thread.sleep(3000);  
  26.         } catch (InterruptedException e) {  
  27.             e.printStackTrace();  
  28.         }  
  29.         return mName;  
  30.     }  
  31.   
  32.     @Override  
  33.     protected void onPostExecute(String result) {  
  34.         super.onPostExecute(result);  
  35.         SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");  
  36.         Log.e(TAG, result + "execute finish at " + df.format(new Date()));  
  37.     }  
  38. }  
我找了2个手机,系统分别是4.1.1和2.3.3,按照我前面的描述,AsyncTask在4.1.1应该是串行的,在2.3.3应该是并行的,到底是不是这样呢?请看Log

Android 4.1.1上执行:从下面Log可以看出,5个AsyncTask共耗时15s且时间间隔为3s,很显然是串行执行的

Android源码分析—带你认识不一样的AsyncTask(串并行)_第1张图片

Android 2.3.3上执行:从下面Log可以看出,5个AsyncTask的结束时间是一样的,很显然是并行执行

Android源码分析—带你认识不一样的AsyncTask(串并行)_第2张图片
结论:从上面的两个Log可以看出,我前面的描述是完全正确的。下面请看源码,让我们去了解下其中的原理。

源码分析

[java]  view plain copy
  1. /* 
  2.  * Copyright (C) 2008 The Android Open Source Project 
  3.  * 
  4.  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); 
  5.  * you may not use this file except in compliance with the License. 
  6.  * You may obtain a copy of the License at 
  7.  * 
  8.  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0 
  9.  * 
  10.  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software 
  11.  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, 
  12.  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. 
  13.  * See the License for the specific language governing permissions and 
  14.  * limitations under the License. 
  15.  */  
  16.   
  17. package android.os;  
  18.   
  19. import java.util.ArrayDeque;  
  20. import java.util.concurrent.BlockingQueue;  
  21. import java.util.concurrent.Callable;  
  22. import java.util.concurrent.CancellationException;  
  23. import java.util.concurrent.Executor;  
  24. import java.util.concurrent.ExecutionException;  
  25. import java.util.concurrent.FutureTask;  
  26. import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;  
  27. import java.util.concurrent.ThreadFactory;  
  28. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
  29. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  30. import java.util.concurrent.TimeoutException;  
  31. import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;  
  32. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
  33.   
  34. public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {  
  35.     private static final String LOG_TAG = "AsyncTask";  
  36.   
  37.     //获取当前的cpu核心数  
  38.     private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();  
  39.     //线程池核心容量  
  40.     private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;  
  41.     //线程池最大容量  
  42.     private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;  
  43.     //过剩的空闲线程的存活时间  
  44.     private static final int KEEP_ALIVE = 1;  
  45.     //ThreadFactory 线程工厂,通过工厂方法newThread来获取新线程  
  46.     private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {  
  47.         //原子整数,可以在超高并发下正常工作  
  48.         private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);  
  49.   
  50.         public Thread newThread(Runnable r) {  
  51.             return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());  
  52.         }  
  53.     };  
  54.     //静态阻塞式队列,用来存放待执行的任务,初始容量:128个  
  55.     private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =  
  56.             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);  
  57.   
  58.     /** 
  59.      * 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 
  60.      * 但是我们仍然能构造出并行的AsyncTask 
  61.      */  
  62.     public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR  
  63.             = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,  
  64.                     TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);  
  65.   
  66.     /** 
  67.      * 静态串行任务执行器,其内部实现了串行控制, 
  68.      * 循环的取出一个个任务交给上述的并发线程池去执行 
  69.      */  
  70.     public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();  
  71.     //消息类型:发送结果  
  72.     private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;  
  73.     //消息类型:更新进度  
  74.     private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;  
  75.     /**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 
  76.      * 这就是为什么AsyncTask必须在UI线程调用,因为子线程 
  77.      * 默认没有Looper无法创建下面的Handler,程序会直接Crash 
  78.      */  
  79.     private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();  
  80.     //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  
  81.     private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;  
  82.     //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  
  83.     private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;  
  84.     private final FutureTask<Result> mFuture;  
  85.     //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)  
  86.     private volatile Status mStatus = Status.PENDING;  
  87.     //原子布尔型,支持高并发访问,标识任务是否被取消  
  88.     private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();  
  89.     //原子布尔型,支持高并发访问,标识任务是否被执行过  
  90.     private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();  
  91.   
  92.     /*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 
  93.      *目前我们需要知道,asyncTask.execute(Params ...)实际上会调用 
  94.      *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, 
  95.      *首先你的task会被加入到任务队列,然后排队,一个个执行 
  96.      */  
  97.     private static class SerialExecutor implements Executor {  
  98.         //线性双向队列,用来存储所有的AsyncTask任务  
  99.         final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();  
  100.         //当前正在执行的AsyncTask任务  
  101.         Runnable mActive;  
  102.   
  103.         public synchronized void execute(final Runnable r) {  
  104.             //将新的AsyncTask任务加入到双向队列中  
  105.             mTasks.offer(new Runnable() {  
  106.                 public void run() {  
  107.                     try {  
  108.                         //执行AsyncTask任务  
  109.                         r.run();  
  110.                     } finally {  
  111.                         //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  
  112.                         //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  
  113.                         scheduleNext();  
  114.                     }  
  115.                 }  
  116.             });  
  117.             //如果当前没有任务在执行,直接进入执行逻辑  
  118.             if (mActive == null) {  
  119.                 scheduleNext();  
  120.             }  
  121.         }  
  122.   
  123.         protected synchronized void scheduleNext() {  
  124.             //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  
  125.             if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {  
  126.                 THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);  
  127.             }  
  128.         }  
  129.     }  
  130.   
  131.     /** 
  132.      * 任务的三种状态 
  133.      */  
  134.     public enum Status {  
  135.         /** 
  136.          * 任务等待执行 
  137.          */  
  138.         PENDING,  
  139.         /** 
  140.          * 任务正在执行 
  141.          */  
  142.         RUNNING,  
  143.         /** 
  144.          * 任务已经执行结束 
  145.          */  
  146.         FINISHED,  
  147.     }  
  148.   
  149.     /** 隐藏API:在UI线程中调用,用来初始化Handler */  
  150.     public static void init() {  
  151.         sHandler.getLooper();  
  152.     }  
  153.   
  154.     /** 隐藏API:为AsyncTask设置默认执行器 */  
  155.     public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {  
  156.         sDefaultExecutor = exec;  
  157.     }  
  158.   
  159.     /** 
  160.      * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread. 
  161.      */  
  162.     public AsyncTask() {  
  163.         mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {  
  164.             public Result call() throws Exception {  
  165.                 mTaskInvoked.set(true);  
  166.   
  167.                 Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);  
  168.                 //noinspection unchecked  
  169.                 return postResult(doInBackground(mParams));  
  170.             }  
  171.         };  
  172.   
  173.         mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {  
  174.             @Override  
  175.             protected void done() {  
  176.                 try {  
  177.                     postResultIfNotInvoked(get());  
  178.                 } catch (InterruptedException e) {  
  179.                     android.util.Log.w(LOG_TAG, e);  
  180.                 } catch (ExecutionException e) {  
  181.                     throw new RuntimeException("An error occured while executing doInBackground()",  
  182.                             e.getCause());  
  183.                 } catch (CancellationException e) {  
  184.                     postResultIfNotInvoked(null);  
  185.                 }  
  186.             }  
  187.         };  
  188.     }  
  189.   
  190.     private void postResultIfNotInvoked(Result result) {  
  191.         final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();  
  192.         if (!wasTaskInvoked) {  
  193.             postResult(result);  
  194.         }  
  195.     }  
  196.     //doInBackground执行完毕,发送消息  
  197.     private Result postResult(Result result) {  
  198.         @SuppressWarnings("unchecked")  
  199.         Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,  
  200.                 new AsyncTaskResult<Result>(this, result));  
  201.         message.sendToTarget();  
  202.         return result;  
  203.     }  
  204.   
  205.     /** 
  206.      * 返回任务的状态 
  207.      */  
  208.     public final Status getStatus() {  
  209.         return mStatus;  
  210.     }  
  211.   
  212.     /** 
  213.      * 这个方法是我们必须要重写的,用来做后台计算 
  214.      * 所在线程:后台线程 
  215.      */  
  216.     protected abstract Result doInBackground(Params... params);  
  217.   
  218.     /** 
  219.      * 在doInBackground之前调用,用来做初始化工作 
  220.      * 所在线程:UI线程 
  221.      */  
  222.     protected void onPreExecute() {  
  223.     }  
  224.   
  225.     /** 
  226.      * 在doInBackground之后调用,用来接受后台计算结果更新UI 
  227.      * 所在线程:UI线程 
  228.      */  
  229.     protected void onPostExecute(Result result) {  
  230.     }  
  231.   
  232.     /** 
  233.      * Runs on the UI thread after {@link #publishProgress} is invoked. 
  234.      /** 
  235.      * 在publishProgress之后调用,用来更新计算进度 
  236.      * 所在线程:UI线程 
  237.      */  
  238.     protected void onProgressUpdate(Progress... values) {  
  239.     }  
  240.   
  241.      /** 
  242.      * cancel被调用并且doInBackground执行结束,会调用onCancelled,表示任务被取消 
  243.      * 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 
  244.      * 所在线程:UI线程 
  245.      */  
  246.     @SuppressWarnings({"UnusedParameters"})  
  247.     protected void onCancelled(Result result) {  
  248.         onCancelled();  
  249.     }      
  250.       
  251.     protected void onCancelled() {  
  252.     }  
  253.   
  254.     public final boolean isCancelled() {  
  255.         return mCancelled.get();  
  256.     }  
  257.   
  258.     public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {  
  259.         mCancelled.set(true);  
  260.         return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);  
  261.     }  
  262.   
  263.     public final Result get() throws InterruptedException, ExecutionException {  
  264.         return mFuture.get();  
  265.     }  
  266.   
  267.     public final Result get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,  
  268.             ExecutionException, TimeoutException {  
  269.         return mFuture.get(timeout, unit);  
  270.     }  
  271.   
  272.     /** 
  273.      * 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, 
  274.      * 也是可以的,只要稍作修改 
  275.      * 必须在UI线程调用此方法 
  276.      */  
  277.     public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {  
  278.         //串行执行  
  279.         return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);  
  280.         //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  
  281.         //return executeOnExecutor(THREAD_POOL_EXECUTOR, params);  
  282.     }  
  283.   
  284.     /** 
  285.      * 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 
  286.      * 为了实现并行,我们可以在外部这么用AsyncTask: 
  287.      * asyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, Params... params); 
  288.      * 必须在UI线程调用此方法 
  289.      */  
  290.     public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec,  
  291.             Params... params) {  
  292.         if (mStatus != Status.PENDING) {  
  293.             switch (mStatus) {  
  294.                 case RUNNING:  
  295.                     throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"  
  296.                             + " the task is already running.");  
  297.                 case FINISHED:  
  298.                     throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"  
  299.                             + " the task has already been executed "  
  300.                             + "(a task can be executed only once)");  
  301.             }  
  302.         }  
  303.   
  304.         mStatus = Status.RUNNING;  
  305.         //这里#onPreExecute会最先执行  
  306.         onPreExecute();  
  307.   
  308.         mWorker.mParams = params;  
  309.         //然后后台计算#doInBackground才真正开始  
  310.         exec.execute(mFuture);  
  311.         //接着会有#onProgressUpdate被调用,最后是#onPostExecute  
  312.   
  313.         return this;  
  314.     }  
  315.   
  316.     /** 
  317.      * 这是AsyncTask提供的一个静态方法,方便我们直接执行一个runnable 
  318.      */  
  319.     public static void execute(Runnable runnable) {  
  320.         sDefaultExecutor.execute(runnable);  
  321.     }  
  322.   
  323.     /** 
  324.      * 打印后台计算进度,onProgressUpdate会被调用 
  325.      */  
  326.     protected final void publishProgress(Progress... values) {  
  327.         if (!isCancelled()) {  
  328.             sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,  
  329.                     new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();  
  330.         }  
  331.     }  
  332.   
  333.     //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  
  334.     private void finish(Result result) {  
  335.         if (isCancelled()) {  
  336.             onCancelled(result);  
  337.         } else {  
  338.             onPostExecute(result);  
  339.         }  
  340.         mStatus = Status.FINISHED;  
  341.     }  
  342.   
  343.     //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  
  344.     private static class InternalHandler extends Handler {  
  345.         @SuppressWarnings({"unchecked""RawUseOfParameterizedType"})  
  346.         @Override  
  347.         public void handleMessage(Message msg) {  
  348.             AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj;  
  349.             switch (msg.what) {  
  350.                 case MESSAGE_POST_RESULT:  
  351.                     // There is only one result  
  352.                     result.mTask.finish(result.mData[0]);  
  353.                     break;  
  354.                 case MESSAGE_POST_PROGRESS:  
  355.                     result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);  
  356.                     break;  
  357.             }  
  358.         }  
  359.     }  
  360.   
  361.     private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {  
  362.         Params[] mParams;  
  363.     }  
  364.   
  365.     @SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})  
  366.     private static class AsyncTaskResult<Data> {  
  367.         final AsyncTask mTask;  
  368.         final Data[] mData;  
  369.   
  370.         AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {  
  371.             mTask = task;  
  372.             mData = data;  
  373.         }  
  374.     }  
  375. }  

让你的AsyncTask在3.0以上的系统中并行起来

通过上面的源码分析,我已经给出了在3.0以上系统中让AsyncTask并行执行的方法,现在,让我们来试一试,代码还是之前采用的测试代码,我们要稍作修改,调用AsyncTask的executeOnExecutor方法而不是execute,请看:

[java]  view plain copy
  1. @TargetApi(Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB)  
  2. @Override  
  3. public void onClick(View v) {  
  4.     if (v == mButton) {  
  5.         new MyAsyncTask("AsyncTask#1").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");  
  6.         new MyAsyncTask("AsyncTask#2").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");  
  7.         new MyAsyncTask("AsyncTask#3").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");  
  8.         new MyAsyncTask("AsyncTask#4").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");  
  9.         new MyAsyncTask("AsyncTask#5").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");  
  10.     }  
  11.   
  12. }  
  13.   
  14. private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {  
  15.   
  16.     private String mName = "AsyncTask";  
  17.   
  18.     public MyAsyncTask(String name) {  
  19.         super();  
  20.         mName = name;  
  21.     }  
  22.   
  23.     @Override  
  24.     protected String doInBackground(String... params) {  
  25.         try {  
  26.             Thread.sleep(3000);  
  27.         } catch (InterruptedException e) {  
  28.             e.printStackTrace();  
  29.         }  
  30.         return mName;  
  31.     }  
  32.   
  33.     @Override  
  34.     protected void onPostExecute(String result) {  
  35.         super.onPostExecute(result);  
  36.         SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");  
  37.         Log.e(TAG, result + "execute finish at " + df.format(new Date()));  
  38.     }  
  39. }  
下面是系统为4.1.1手机打印出的Log:很显然,我们的目的达到了,成功的让AsyncTask在4.1.1的手机上并行起来了,很高兴吧!希望这篇文章对你有用。

Android源码分析—带你认识不一样的AsyncTask(串并行)_第3张图片

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