[置顶] Android AsyncTask的源码分析

1. AsyncTask的实现原理简介

首先抛出一个问题，如何在不用AsyncTask的情况下实现异步下载一张图片并在一个ImageView中显示？
可以这么做，创建一个线程，在这个线程中下载图片，然后通过Handler消息机制在UI主线程中显示这张图片。大致代码如下：

public class MainActivity extends Activity {

    private ImageView mImageView;

    private Handler mHandler = new Handler() {

        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            Bitmap result = (Bitmap) msg.obj;
            switch (msg.what) {
                case MESSAGE_POST_RESULT:
                    // There is only one result
                    mImageView.setImageBitmap(result);
                    break;
            }
        }
    }

    private void executeDownloadImageTask(Uri uri) {
        new Thread(new Runnable() {

            public void run() {
                Bitmap bitmap = downloadImage(uri);
                Message msg = Message.obtain();
                msg.what = MESSAGE_POST_RESULT;
                msg.obj = bitmap;
                mHandler.sendMessage(msg);
            }
        }).start();
    }
}

上述实现有一个缺陷，每次执行executeDownloadImageTask方法都会创建一个新的线程，当有大量的图片下载请求时，线程的数量就不可控，大量的线程之间可能因为互相抢占系统资源而导致阻塞，同时线程的创建和销毁都会带来性能开销。AsyncTask的实现与上述方法唯一不同的地方正是使用了线程池来管理线程。AsyncTask类中的方法onPostExecute(Result result)能在UI线程中处理结果，正是利用了Handler消息机制将执行doInBackground方法的返回结果传递到了UI线程。

在学习AsyncTask源码前，请先了解以下概念

• Callable<V>
• FutureTask<>
• Executor
• 线程池

若不了解，请参考博文Java Executor。
下面就来具体分析一下AsyncTask的源码。

2. AsyncTask源码分析

整个AsyncTask由3部分组成，任务FutureTask，线程池Executor，与UI线程关联的Handler，结构示意图如下：

2.1 创建任务

AsyncTask中的doInBackground方法会在非UI线程中执行，如何将其封装为一个任务类。源码如下：

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);
            }
        }
    };
}

可以看到在AsyncTask的构造方法中初始化了两个成员变量，mWorker是一个WorkerRunnable对象，mFuture是一个FutureTask对象。这些两个对象正代表了要执行的异步任务。FutureTask其实只是WorkerRunnable的包装类，真正在后台线程执行的方法正是WorkerRunnable中的call方法。最终放入线程池执行的就是mFuture这个对象。

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

2.2 将任务放入线程池执行

AsyncTask一开始就初始化了两个线程池SerialExecutor和THREAD_POOL_EXECUTOR。源码如下：

/** * 用于并行执行任务. */
public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
        = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

/** * 用于串行执行任务. */
public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();

private static class SerialExecutor implements Executor {
    final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
    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);
        }
    }
}

SerialExecutor用于任务的排队，真正执行任务的还是THREAD_POOL_EXECUTOR。
THREAD_POOL_EXECUTOR的初始化参数如下：

private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
private static final int KEEP_ALIVE = 1;
private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

参数跟CPU数量有关，以四核CPU为例，那么该线程池有5个核心线程，最大线程数为9，线程闲置超时时间为1s，任务队列的容量为128。这说明当任务队列中任务数量为128即满时，无法再向线程池提交任务，所以当使用AsyncTask并使用默认线程池时存在这样一个缺陷。

注意：这几个配置线程池的参数在不同SDK版本中不一样。

AsyncTask提供了两个方法来执行异步任务。源码如下：

private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
    return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}

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;

    onPreExecute();

    mWorker.mParams = params;
    exec.execute(mFuture);

    return this;
}

由第一个方法可以看出默认情况下使用的是SerialExecutor。
第二个方法则可以使用自定义线程池。同时，可以看到当任务状态为RUNNING或FINISHED时，执行任务会抛出 IllegalStateException，所以AsyncTask对象只能被execute一次。
AsyncTask的状态有以下三种：

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,
}

当状态为PENDING时，才会正常执行。接着看executeOnExecutor方法。将mStatus设为RUNNING，表示正在执行。执行大家很熟悉的onPreExecute方法，此时还在UI线程，最后exec.execute(mFuture)，将上一步创建的任务对象mFuture提交给线程池exec。

public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec,
            Params... params) {
    ...

    mStatus = Status.RUNNING;

    onPreExecute();

    mWorker.mParams = params;
    exec.execute(mFuture);

    return this;
}

这样，mWorker中的call方法就会在线程中执行了。

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));
    }
};

mTaskInvoked为一个AtomicBoolean对象，设为true表示call方法被调用
postResult(doInBackground(mParams))，这里终于看到了我们熟悉的doInBackground方法，此时正处于线程池中的执行，执行结果被postResult方法传递到了UI线程。

2.3 将异步任务执行结果传递到UI线程

正如文章开头所述，将异步任务执行结果传递到UI线程使用了Handler。

private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();

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 Result postResult(Result result) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
    Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
            new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
    message.sendToTarget();
    return result;
}

protected final void publishProgress(Progress... values) {
    if (!isCancelled()) {
        sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
    }
}

在InternalHandler处理MESSAGE_POST_RESULT消息时，调用了AsyncTask的finish方法。

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

finish方法首先判断任务是否被Cancel，如果被Cancel，则执行onCancelled回调方法，反之，则执行我们熟悉的onPostExecute。最后将状态设置为FINISHED，防止再次执行该任务。

2.4 如何确保onPostExecute方法在UI线程中执行？

根据Handler消息机制可知，要想使onPostExecute方法在UI线程中执行，sHandler必须与UI线程Looper绑定，那么根据AsyncTask的源码分析，第一次使用AsyncTask必须在UI线程，不然在非UI线程new InternalHandler()则有可能报错，因为普通thread没有Looper，所以会抛出RuntimeException(
“Can’t create handler inside thread that has not called Looper.prepare()”)。那么AsyncTask是如何保证第一次使用Async是在UI线程的呢？请看ActivityThread类中的main方法，AsyncTask的init方法会被调用，目的就是为了在主线程加载AsyncTask类，从而是InternalHandler在UI线程中初始化，源代码如下：

public static void main(String[] args) {
    ...

    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false);

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    AsyncTask.init();

    if (false) {
        Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
    }

    Looper.loop();

    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

3. AsyncTask中的设计模式

3.1 模板方法模式

AsyncTask中的模板方法

protected abstract Result doInBackground(Params... params);

protected void onPreExecute() {}

@SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
protected void onPostExecute(Result result) {}

@SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
protected void onProgressUpdate(Progress... values) {}

@SuppressWarnings({"UnusedParameters"})
protected void onCancelled(Result result) {
    onCancelled();
}    

protected void onCancelled() {}

3.2 策略模式

不同的线程池相当于不同的策略。

3.3 Half-Sync/Half-Async模式

将系统中的服务分为Async和Sync两层，Async中的任务不能阻塞，相当于UI线程，Sync中的任务可以阻塞，相后台线程池。然后添加队列层实现Async层与Sync层的通信，即线程池使用的BlockingQueue<Runnable>。