Android源码解析——AsyncTask

简介

AsyncTask 在Android API 3引入，是为了使UI线程能被正确和容易地使用。它允许你在后台进行一些操作，并且把结果带到UI线程中，而不用自己去操纵Thread或Handler。它被设计为一个围绕着Thread和Handler的辅助类，而不是一种通用的线程框架。在API文档中，建议你把它用于一些耗时比较短（大部分情况下只有几秒）的操作，如果你需要让线程长期运行，则强烈推荐使用java.util.concurrent里的API来处理。
如上所述，一个异步任务是在后台中进行计算，并把结果带到UI线程中。在这里，一个异步任务定义了三个泛型类型（Params，Progress 和Result），以及四个步骤（onPreExecute，doInBackground，onProgressUpdate和onPostExecute）。

用法

在官方文档中，以下载文件为例，提供了示例代码，先定义一个AsyncTask的子类：

 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");
     }
 }

然后通过调用它的实例的execute(Params…)方法来执行。

 new DownloadFilesTask().execute(url1, url2, url3);

源码解析

下面来看一下这个类的代码，本文以android-23版本的代码为例。

成员变量

首先是这个类的成员变量。

    private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
    private final FutureTask<Result> mFuture;

    private volatile Status mStatus = Status.PENDING;//表示线程的执行状态

    private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();//表示是否被取消
    private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();//表示是否被调用

其中WorkerRunnable是对Callable的封装，包装了一个异步任务的参数。Status是定义的表示异步任务状态的枚举类型，共有三个状态，分别是PENDING（待绪），RUNNING（正在运行），FINISHED（已经完成）。

成员方法

再来看API中提供的所有成员方法：

我们从上面的示例代码中一个异步任务的执行开始，逐步跟踪它的执行过程。

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

    @MainThread
    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;
    }

从上面的代码可以看出，一个异步任务不能被重复执行，否则将会抛异常。当执行它的时候，状态会被设为Status.RUNNING,同时会调用onPreExecute()方法，然后把传进来的参数赋值到所封装的worker中，再调用一个Executor的 execute方法。
onPreExecute是前面所述的一个异步任务的四个步骤之一，它是用在UI线程中的。所以我们要在UI线程中调用execute方法，才能使其在UI线程中被调用。
上面所用的Executor为sDefaultExecutor，我们来看一下它的定义：

    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
    private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
    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);
            }
        }
    }

可以看到，默认的Executor是串行处理后台任务的。然而，需要注意的是，AsyncTask在Android API 11之前曾经被设计为并行的，所以如果你在API 11之后需要并行地执行任务，可以直接调用executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, params)。对此，谷歌在support库提供了封装这个操作的兼容类AsyncTaskCompat，因此你也可以直接调用AsyncTaskCompat.executeParallel(task, params)来使它能够被并行执行。

那么，一个异步任务是如何完成各个步骤的依次调用的？我们再回到它的构造方法来：

    public AsyncTask() {
        mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
            public Result call() throws Exception {
                mTaskInvoked.set(true);

                Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                //noinspection unchecked
                Result result = doInBackground(mParams);
                Binder.flushPendingCommands();
                return postResult(result);
            }
        };

        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 occurred while executing doInBackground()",
                            e.getCause());
                } catch (CancellationException e) {
                    postResultIfNotInvoked(null);
                }
            }
        };
    }

当mFuture被Executor执行时，会执行其mWorker。它在调用的时候，先把mTaskInvoked设置为true表示已调用，设置线程优先级，然后才执行doInBackground()方法，并执行postResult发送其返回的结果。postResult代码如下：

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

如果在执行doInBackground过程中发生异常的话，而上面的代码可能就不会被执行，所以通过重写FutureTask的done方法，在里面调用postResultIfNotInvoked，以确保任务执行完成的步骤被调用。
在前面的代码中，getHandler()返回的是一个InternalHandler单例，该类代码如下：

    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;
            }
        }
    }

也就是消息被绑到主线程的消息队列了。同样，更新进度也是通过这种方法来把消息发送到主线程的消息队列中去执行：

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

而在任务完成的方法中，先判断任务是否被取消，被取消的话则回调被取消的方法，否则回调onPostExecute，最终把任务的状态设为已结束。源码如下：

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

以上就是AsyncTask对后台任务及UI线程之间的交互所做的封装。
AsyncTask还提供了取消任务以及等待任务执行的结果的几个API，它们原是FutureTask所提供的特性，所以也只是通过调用mFuture的对应方法，这里不再赘述。

总结

通过上面的代码可以总结出几条：

• AsyncTask在不同的版本可能是串行执行的，也可能是并行执行的。
• 如果要确保任务被并行执行，可以通过support库的AsyncTaskCompat来执行。
• 一个AsyncTask只能被执行一次，不能被多次执行。
• 取消一个AsyncTask，可以设置是否允许中断它。
• 如果取消了一个AsyncTask，则不会再回调onProgressUpdate。
• 当一个任务完成时，如果它已经被取消，则回调onCancelled方法，否则回调onPostExecute方法。