Android源码分析—带你认识不一样的AsyncTask(串并行)

转载请注明出处：http://blog.csdn.net/singwhatiwanna/article/details/17596225

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：

 private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {
      protected Long doInBackground(URL... urls) {
          int count = urls.length;
          long totalSize = 0;
          for (int i = 0; i < count; i++) {
              totalSize += Downloader.downloadFile(urls[i]);
              publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));
              // Escape early if cancel() is called
              if (isCancelled()) break;
          }
          return totalSize;
      }

      protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {
          setProgressPercent(progress[0]);
      }

      protected void onPostExecute(Long result) {
          showDialog("Downloaded " + result + " bytes");
      }
  }

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。

 @Override
 public void onClick(View v) {
     if (v == mButton) {
         new MyAsyncTask("AsyncTask#1").execute("");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#2").execute("");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#3").execute("");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#4").execute("");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#5").execute("");
     }

 }

 private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

     private String mName = "AsyncTask";

     public MyAsyncTask(String name) {
         super();
         mName = name;
     }

     @Override
     protected String doInBackground(String... params) {
         try {
             Thread.sleep(3000);
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         return mName;
     }

     @Override
     protected void onPostExecute(String result) {
         super.onPostExecute(result);
         SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
         Log.e(TAG, result + "execute finish at " + df.format(new Date()));
     }
 }

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 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

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

 /*
  * Copyright (C) 2008 The Android Open Source Project
  *
  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
  * you may not use this file except in compliance with the License.
  * You may obtain a copy of the License at
  *
  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  *
  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  * See the License for the specific language governing permissions and
  * limitations under the License.
  */

 package android.os;

 import java.util.ArrayDeque;
 import java.util.concurrent.BlockingQueue;
 import java.util.concurrent.Callable;
 import java.util.concurrent.CancellationException;
 import java.util.concurrent.Executor;
 import java.util.concurrent.ExecutionException;
 import java.util.concurrent.FutureTask;
 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
 import java.util.concurrent.ThreadFactory;
 import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
 import java.util.concurrent.TimeUnit;
 import java.util.concurrent.TimeoutException;
 import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
 import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

 public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
     private static final String LOG_TAG = "AsyncTask";

     //获取当前的cpu核心数
     private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
     //线程池核心容量
     private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
     //线程池最大容量
     private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
     //过剩的空闲线程的存活时间
     private static final int KEEP_ALIVE = 1;
     //ThreadFactory 线程工厂，通过工厂方法newThread来获取新线程
     private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
         //原子整数，可以在超高并发下正常工作
         private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

         public Thread newThread(Runnable r) {
             return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
         }
     };
     //静态阻塞式队列，用来存放待执行的任务，初始容量：128个
     private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

     /**
      * 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
      * 但是我们仍然能构造出并行的AsyncTask
      */
     public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
             = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                     TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

     /**
      * 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
      */
     public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
     //消息类型：发送结果
     private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;
     //消息类型：更新进度
     private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;
     /**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
      * 这就是为什么AsyncTask必须在UI线程调用，因为子线程
      * 默认没有Looper无法创建下面的Handler，程序会直接Crash
      */
     private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();
     //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
     private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
     //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
     private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
     private final FutureTask<Result> mFuture;
     //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）
     private volatile Status mStatus = Status.PENDING;
     //原子布尔型，支持高并发访问，标识任务是否被取消
     private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();
     //原子布尔型，支持高并发访问，标识任务是否被执行过
     private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();

     /*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
      *目前我们需要知道，asyncTask.execute(Params ...)实际上会调用
      *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，
      *首先你的task会被加入到任务队列，然后排队，一个个执行
      */
     private static class SerialExecutor implements Executor {
         //线性双向队列，用来存储所有的AsyncTask任务
         final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
         //当前正在执行的AsyncTask任务
         Runnable mActive;

         public synchronized void execute(final Runnable r) {
             //将新的AsyncTask任务加入到双向队列中
             mTasks.offer(new Runnable() {
                 public void run() {
                     try {
                         //执行AsyncTask任务
                         r.run();
                     } finally {
                         //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
                         //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
                         scheduleNext();
                     }
                 }
             });
             //如果当前没有任务在执行，直接进入执行逻辑
             if (mActive == null) {
                 scheduleNext();
             }
         }

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

     /**
      * 任务的三种状态
      */
     public enum Status {
         /**
          * 任务等待执行
          */
         PENDING,
         /**
          * 任务正在执行
          */
         RUNNING,
         /**
          * 任务已经执行结束
          */
         FINISHED,
     }

     /** 隐藏API：在UI线程中调用，用来初始化Handler */
     public static void init() {
         sHandler.getLooper();
     }

     /** 隐藏API：为AsyncTask设置默认执行器 */
     public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {
         sDefaultExecutor = exec;
     }

     /**
      * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
      */
     public AsyncTask() {
         mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
             public Result call() throws Exception {
                 mTaskInvoked.set(true);

                 Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                 //noinspection unchecked
                 return postResult(doInBackground(mParams));
             }
         };

         mFuture = new FutureTask<Result>(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 occured while executing doInBackground()",
                             e.getCause());
                 } catch (CancellationException e) {
                     postResultIfNotInvoked(null);
                 }
             }
         };
     }

     private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
         final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
         if (!wasTaskInvoked) {
             postResult(result);
         }
     }
     //doInBackground执行完毕，发送消息
     private Result postResult(Result result) {
         @SuppressWarnings("unchecked")
         Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
                 new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
         message.sendToTarget();
         return result;
     }

     /**
      * 返回任务的状态
      */
     public final Status getStatus() {
         return mStatus;
     }

     /**
      * 这个方法是我们必须要重写的，用来做后台计算
      * 所在线程：后台线程
      */
     protected abstract Result doInBackground(Params... params);

     /**
      * 在doInBackground之前调用，用来做初始化工作
      * 所在线程：UI线程
      */
     protected void onPreExecute() {
     }

     /**
      * 在doInBackground之后调用，用来接受后台计算结果更新UI
      * 所在线程：UI线程
      */
     protected void onPostExecute(Result result) {
     }

     /**
      * Runs on the UI thread after {@link #publishProgress} is invoked.
      /**
      * 在publishProgress之后调用，用来更新计算进度
      * 所在线程：UI线程
      */
     protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
     }

      /**
      * cancel被调用并且doInBackground执行结束，会调用onCancelled，表示任务被取消
      * 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
      * 所在线程：UI线程
      */
     @SuppressWarnings({"UnusedParameters"})
     protected void onCancelled(Result result) {
         onCancelled();
     }

     protected void onCancelled() {
     }

     public final boolean isCancelled() {
         return mCancelled.get();
     }

     public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
         mCancelled.set(true);
         return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);
     }

     public final Result get() throws InterruptedException, ExecutionException {
         return mFuture.get();
     }

     public final Result get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
             ExecutionException, TimeoutException {
         return mFuture.get(timeout, unit);
     }

     /**
      * 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，
      * 也是可以的，只要稍作修改
      * 必须在UI线程调用此方法
      */
     public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
         //串行执行
         return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
         //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
         //return executeOnExecutor(THREAD_POOL_EXECUTOR, params);
     }

     /**
      * 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
      * 为了实现并行，我们可以在外部这么用AsyncTask：
      * asyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, Params... params);
      * 必须在UI线程调用此方法
      */
     public final AsyncTask<Params, Progress, Result> 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;
         //这里#onPreExecute会最先执行
         onPreExecute();

         mWorker.mParams = params;
         //然后后台计算#doInBackground才真正开始
         exec.execute(mFuture);
         //接着会有#onProgressUpdate被调用，最后是#onPostExecute

         return this;
     }

     /**
      * 这是AsyncTask提供的一个静态方法，方便我们直接执行一个runnable
      */
     public static void execute(Runnable runnable) {
         sDefaultExecutor.execute(runnable);
     }

     /**
      * 打印后台计算进度，onProgressUpdate会被调用
      */
     protected final void publishProgress(Progress... values) {
         if (!isCancelled()) {
             sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                     new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
         }
     }

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

     //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
     private static class InternalHandler extends Handler {
         @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;
             }
         }
     }

     private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
         Params[] mParams;
     }

     @SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})
     private static class AsyncTaskResult<Data> {
         final AsyncTask mTask;
         final Data[] mData;

         AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
             mTask = task;
             mData = data;
         }
     }
 }

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：

 @TargetApi(Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB)
 @Override
 public void onClick(View v) {
     if (v == mButton) {
         new MyAsyncTask("AsyncTask#1").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#2").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#3").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#4").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
         new MyAsyncTask("AsyncTask#5").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
     }

 }

 private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

     private String mName = "AsyncTask";

     public MyAsyncTask(String name) {
         super();
         mName = name;
     }

     @Override
     protected String doInBackground(String... params) {
         try {
             Thread.sleep(3000);
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         return mName;
     }

     @Override
     protected void onPostExecute(String result) {
         super.onPostExecute(result);
         SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
         Log.e(TAG, result + "execute finish at " + df.format(new Date()));
     }
 }

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。