详解Android中用于线程处理的AsyncTask类的用法及源码

为什么要用AsyncTask
我们写App都有一个原则，主线程不能够运行需要占用大量CPU时间片的任务，如大量复杂的浮点运算，较大的磁盘IO操作，网络socket等，这些都会导致我们的主线程对用户的响应变得迟钝，甚至ANR，这些会使应用的用户体验变差，但是有时又的确需要执行这些耗时的任务，那么我们通常可以使用AsyncTask或者new Thread
来处理，这样把任务放入工作线程中执行，不会占用主线程的时间片，所以主线程会及时响应用户的操作，如果使用new Thread来执行任务，那么如果需要中途取消任务执行或者需要返回任务执行结果，就需要我们自己维护很多额外的代码，而AsyncTask是基于concurrent架包提供的并发类实现的，上面的二个需求都已经帮我们封装了，这也是我们选择AsyncTask的原因。

怎么用AsyncTask
我们还是简单介绍下AsyncTask一些使用示例。我们先新建一个类DemoAsyncTask继承AsyncTask，因为AsyncTask是抽象类，其中doInBackground方法必须重写。

private class DemoAsyncTask extends AsyncTask<String, Void, Void> {
 @Override
 protected void onPreExecute() {
  super.onPreExecute();
 }

 @Override
 protected Void doInBackground(String... params) {
  return null;
 } 

 @Override
 protected void onPostExecute(Void aVoid) {
  super.onPostExecute(aVoid);
 }

 @Override
 protected void onProgressUpdate(Void... values) {
  super.onProgressUpdate(values);
 }

 @Override
 protected void onCancelled(Void aVoid) {
  super.onCancelled(aVoid);
 }

 @Override
 protected void onCancelled() {
  super.onCancelled();
 }
}

DemoAsyncTask task = new DemoAsyncTask();
task.execute("demo test AsyncTask");
//task.executeOnExecutor(AsyncTask.SERIAL_EXECUTOR, "test");
//myTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, "test");

简单分析下
上面就是AsyncTask最简单的使用方法，我们上面重写的方法中，onInBackground方法运行在工作线程，其他的方法全部运行在主线程，另外它的运行方式Android提供给我们2个方法，上面都列出了。

1.第一个方法会使用默认的Executor执行我们的任务, 其实也就是SERIAL_EXECUTOR，SERIAL_EXECUTOR我们其实也是可以通过方法去自定义的，Android帮我们的默认实现是逐个执行任务，也就是单线程的，关于AsyncTask的任务执行是单线程实现还是多线程实现还有一段很有意思的历史，较早的版本是单线程实现，从Android2.X开始，Google又把它改为多线程实现，后来Google发现，多线程实现的话，会有很多需要保证线程安全的额外工作留给开发者，所以从Android3.0开始，又把默认实现改为单线程了，今天我们演示的是Framwork代码版本是21(Android5.0)。
2.同时也提供了多线程实现的接口，即我们上面写的最后一行代码 AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR。

public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
 return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}
private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

其实相信大家平时工作学习中经常使用AsyncTask，我们直接去看AsyncTask类源码（插一句题外话，平时大家也可以把自己工作学习中的心得体会总结一下，记下来~~）

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
....
}

AsyncTask抽象类，有三个泛型参数类型，第一个是你需要传递进来的参数类型，第二个是任务完成进度的类型一般是Integer，第三个是任务完成结果的返回类型，有时这些参数不是全部需要，不需要的设为Void即可，另外Result只有一个，但Params可以有多个。
我们可以看到AsyncTask的默认构造器初始化了二个对象，mWorker和mFuture。

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

mWoker实现了Callback接口，Callback接口是JDK1.5加入的高级并发架包里面的一个接口，它可以有一个泛型返回值。

public interface Callable<V> {
/**
 * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
 *
 * @return computed result
 * @throws Exception if unable to compute a result
 */
V call() throws Exception;
}

FutureTask实现了RunnableFuture接口，RunnableFuture接口是JDK提供的，看名称就知道它继承了Runnable和Future接口，mFuture是FutureTask的一个实例，可以直接被Executor类实例execute。我们来继续看AsyncTask的execute方法。

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;
}

先调用onPreExecute()方法，此时还在主线程(严格来说是调用AsyncTask执行的线程)，然后exec.execute(mFuture)，把任务交给exec处理，execute mFuture其实就是invoke mWoker，然后调用postResult(doInBackground(mParams))，此时已经运行在工作线程池，不会阻塞主线程。然后给mHandler发送MESSAGE_POST_RESULT消息，然后调用finish方法，如果isCancelled，回调onCancelled，否则回调onPostExecute。

private Result postResult(Result result) {
 @SuppressWarnings("unchecked")
 Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
   new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
 message.sendToTarget();
 return result;
}
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 void finish(Result result) {
 if (isCancelled()) {
  onCancelled(result);
 } else {
  onPostExecute(result);
 }
 mStatus = Status.FINISHED;
}

现在其实我们已经把AsyncTask整个执行任务的过程走完了，其中暴露给我们的那几个回调方法也都走到了。现在我们回过头来看，AsyncTask其实只是对JDK 1.5提供的高级并发特性，concurrent架包做的一个封装，方便开发者来处理异步任务，当然里面还有很多细节处理的方法值得大家学习，如任务执行进度的反馈，任务执行原子性的保证等，这些留给大家自己学习了。

源码分析
下面我们再深入一些，来看AsyncTask的源码。下面分析这个类的实现，主要有线程池以及Handler两部分。

线程池
当执行一个AsyncTask的时候调用的是execute()方法，就从这个开始看：

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;
 //先执行 onPreExecute
 onPreExecute(); 

 mWorker.mParams = params; 

 exec.execute(mFuture);
 return this;
}

execute方法会调用executeOnExecutor。在这个方法中先检查任务是否已经执行或者执行结束，然后把任务标记为running。最开始执行的是onPreExecute，接着把参数赋值给mWorker对象。这个mWorker是一个Callable对象，最终被包装为FutureTask，代码如下：

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

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);
  }
 }
};

从上面的代码可以看出，在mWorker对象中的call()方法会调用doInbackground，返回值交给postResult方法，这个方法通过Handler发送消息，这一点稍后再详细分析。

在mWorker对象被封装成FutureTask之后交由线程池执行，从execute方法可以看出，使用的是sDefaultExecutor，它的值默认为SERIAL_EXECUTOR，也就是串行执行器，实现如下：

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 {
     //当前任务执行结束后执行下一个任务
     scheduleNext();
    }
   }
  });
  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);
  }
 }
}

public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
  = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
    TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

在上面的代码中，如果有任务执行，那么SerialExecutor的execute方法会被调用，它的逻辑是把Runnable对象加入ArrayDeque队列中，然后判断mActivie是否为空。第一次执行时mActive当然为空，所以执行scheduleNext，其实就是取出任务队列中的第一个任务交给线程池(THREAD_POOL_EXECUTOR)执行。加入mTask队列的Runnable对象的run方法里最终一定会调用scheduleNext，那么又会从任务队列中取出队头任务执行。这样便实现了单线程顺序执行任务，所以在AsyncTask中默认启用的是单线程执行，只有上一个任务执行后才会执行下一个任务。如果想要启用多线程执行任务，可以直接调用 executeOnExecutor(Executor exec, Params... params)，这里的Executor参数可以使用AsyncTask自带的THREAD_POOL_EXECUTOR，也可以自己定义。

Handler
AsyncTask内部用Handler传递消息，它的实现如下：

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;
  }
 }
}

如果消息类型是任务执行后的返回值(MESSAGE_POST_RESULT)将调用finish()方法：

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

从上面可以知道，如果任务取消了，将调用onCancelled，否则调用onPostExecute，所以一个AsyncTask任务如果取消了，那么onPostExecute将不会得到执行。

如果消息类型是执行进度(MESSAGE_POST_PROGRESS)将调用onProgressUpdate，这个方法默认是空方法，我们可以根据自己的需要重写。

总结
AsyncTask的主要逻辑就如上面所分析的，总结几个需要注意的地方：

• 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
• 不要手动调用onPreExecute()、doInBackground、onProgressUpdate方法
• 一个任务只能被调用一次（第二次调用会抛出异常）