[学习总结]7、Android AsyncTask完全解析,带你从源码的角度彻底理解

我们都知道,Android UI是线程不安全的,如果想要在子线程里进行UI操作,就需要借助Android的异步消息处理机制。之前我也写过了一篇文章从源码层面分析了Android的异步消息处理机制,感兴趣的朋友可以参考 Android Handler、Message完全解析,带你从源码的角度彻底理解 。

不过为了更加方便我们在子线程中更新UI元素,Android从1.5版本就引入了一个AsyncTask类,使用它就可以非常灵活方便地从子线程切换到UI线程,我们本篇文章的主角也就正是它了。

AsyncTask很早就出现在Android的API里了,所以我相信大多数朋友对它的用法都已经非常熟悉。不过今天我还是准备从AsyncTask的基本用法开始讲起,然后我们再来一起分析下AsyncTask源码,看看它是如何实现的,最后我会介绍一些关于AsyncTask你所不知道的秘密。

 

AsyncTask的基本用法

 

首先来看一下AsyncTask的基本用法,由于AsyncTask是一个抽象类,所以如果我们想使用它,就必须要创建一个子类去继承它。在继承时我们可以为AsyncTask类指定三个泛型参数,这三个参数的用途如下:

1. Params

在执行AsyncTask时需要传入的参数,可用于在后台任务中使用。

2. Progress

后台任务执行时,如果需要在界面上显示当前的进度,则使用这里指定的泛型作为进度单位。

3. Result

当任务执行完毕后,如果需要对结果进行返回,则使用这里指定的泛型作为返回值类型。

因此,一个最简单的自定义AsyncTask就可以写成如下方式:

1 class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {
2     ……
3 }

这里我们把AsyncTask的第一个泛型参数指定为Void,表示在执行AsyncTask的时候不需要传入参数给后台任务。第二个泛型参数指定为Integer,表示使用整型数据来作为进度显示单位。第三个泛型参数指定为Boolean,则表示使用布尔型数据来反馈执行结果。

 

当然,目前我们自定义的DownloadTask还是一个空任务,并不能进行任何实际的操作,我们还需要去重写AsyncTask中的几个方法才能完成对任务的定制。经常需要去重写的方法有以下四个:

1. onPreExecute()

这个方法会在后台任务开始执行之间调用,用于进行一些界面上的初始化操作,比如显示一个进度条对话框等。

2. doInBackground(Params...)

这个方法中的所有代码都会在子线程中运行,我们应该在这里去处理所有的耗时任务。任务一旦完成就可以通过return语句来将任务的执行结果进行返回,如果AsyncTask的第三个泛型参数指定的是Void,就可以不返回任务执行结果。注意,在这个方法中是不可以进行UI操作的,如果需要更新UI元素,比如说反馈当前任务的执行进度,可以调用publishProgress(Progress...)方法来完成。

3. onProgressUpdate(Progress...)

当在后台任务中调用了publishProgress(Progress...)方法后,这个方法就很快会被调用,方法中携带的参数就是在后台任务中传递过来的。在这个方法中可以对UI进行操作,利用参数中的数值就可以对界面元素进行相应的更新。

4. onPostExecute(Result)

当后台任务执行完毕并通过return语句进行返回时,这个方法就很快会被调用。返回的数据会作为参数传递到此方法中,可以利用返回的数据来进行一些UI操作,比如说提醒任务执行的结果,以及关闭掉进度条对话框等。

因此,一个比较完整的自定义AsyncTask就可以写成如下方式:

 1 class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {
 2 
 3     @Override
 4     protected void onPreExecute() {
 5         progressDialog.show();
 6     }
 7 
 8     @Override
 9     protected Boolean doInBackground(Void... params) {
10         try {
11             while (true) {
12                 int downloadPercent = doDownload();
13                 publishProgress(downloadPercent);
14                 if (downloadPercent >= 100) {
15                     break;
16                 }
17             }
18         } catch (Exception e) {
19             return false;
20         }
21         return true;
22     }
23 
24     @Override
25     protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
26         progressDialog.setMessage("当前下载进度:" + values[0] + "%");
27     }
28 
29     @Override
30     protected void onPostExecute(Boolean result) {
31         progressDialog.dismiss();
32         if (result) {
33             Toast.makeText(context, "下载成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
34         } else {
35             Toast.makeText(context, "下载失败", Toast.LENGTH_SHORT).show();
36         }
37     }
38 }

这里我们模拟了一个下载任务,在doInBackground()方法中去执行具体的下载逻辑,在onProgressUpdate()方法中显示当前的下载进度,在onPostExecute()方法中来提示任务的执行结果。如果想要启动这个任务,只需要简单地调用以下代码即可:

1 new DownloadTask().execute();

以上就是AsyncTask的基本用法,怎么样,是不是感觉在子线程和UI线程之间进行切换变得灵活了很多?我们并不需求去考虑什么异步消息处理机制,也不需要专门使用一个Handler来发送和接收消息,只需要调用一下publishProgress()方法就可以轻松地从子线程切换到UI线程了。

 

 

分析AsyncTask的源码

 

虽然AsyncTask这么简单好用,但你知道它是怎样实现的吗?那么接下来,我们就来分析一下AsyncTask的源码,对它的实现原理一探究竟。注意这里我选用的是Android 4.0的源码,如果你查看的是其它版本的源码,可能会有一些出入。

从之前DownloadTask的代码就可以看出,在启动某一个任务之前,要先new出它的实例,因此,我们就先来看一看AsyncTask构造函数中的源码,如下所示:

 1 public AsyncTask() {
 2     mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
 3         public Result call() throws Exception {
 4             mTaskInvoked.set(true);
 5             Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
 6             return postResult(doInBackground(mParams));
 7         }
 8     };
 9     mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
10         @Override
11         protected void done() {
12             try {
13                 final Result result = get();
14                 postResultIfNotInvoked(result);
15             } catch (InterruptedException e) {
16                 android.util.Log.w(LOG_TAG, e);
17             } catch (ExecutionException e) {
18                 throw new RuntimeException("An error occured while executing doInBackground()",
19                         e.getCause());
20             } catch (CancellationException e) {
21                 postResultIfNotInvoked(null);
22             } catch (Throwable t) {
23                 throw new RuntimeException("An error occured while executing "
24                         + "doInBackground()", t);
25             }
26         }
27     };
28 }

这段代码虽然看起来有点长,但实际上并没有任何具体的逻辑会得到执行,只是初始化了两个变量,mWorker和mFuture,并在初始化mFuture的时候将mWorker作为参数传入。mWorker是一个Callable对象,mFuture是一个FutureTask对象,这两个变量会暂时保存在内存中,稍后才会用到它们。

 

接着如果想要启动某一个任务,就需要调用该任务的execute()方法,因此现在我们来看一看execute()方法的源码,如下所示:

1 public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
2     return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
3 }

简单的有点过分了,只有一行代码,仅是调用了executeOnExecutor()方法,那么具体的逻辑就应该写在这个方法里了,快跟进去瞧一瞧:

 1 public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec,
 2         Params... params) {
 3     if (mStatus != Status.PENDING) {
 4         switch (mStatus) {
 5             case RUNNING:
 6                 throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
 7                         + " the task is already running.");
 8             case FINISHED:
 9                 throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
10                         + " the task has already been executed "
11                         + "(a task can be executed only once)");
12         }
13     }
14     mStatus = Status.RUNNING;
15     onPreExecute();
16     mWorker.mParams = params;
17     exec.execute(mFuture);
18     return this;
19 }

果然,这里的代码看上去才正常点。可以看到,在第15行调用了onPreExecute()方法,因此证明了onPreExecute()方法会第一个得到执行。可是接下来的代码就看不明白了,怎么没见到哪里有调用doInBackground()方法呢?别着急,慢慢找总会找到的,我们看到,在第17行调用了Executor的execute()方法,并将前面初始化的mFuture对象传了进去,那么这个Executor对象又是什么呢?查看上面的execute()方法,原来是传入了一个sDefaultExecutor变量,接着找一下这个sDefaultExecutor变量是在哪里定义的,源码如下所示:

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

可以看到,这里先new出了一个SERIAL_EXECUTOR常量,然后将sDefaultExecutor的值赋值为这个常量,也就是说明,刚才在executeOnExecutor()方法中调用的execute()方法,其实也就是调用的SerialExecutor类中的execute()方法。那么我们自然要去看看SerialExecutor的源码了,如下所示:

 1 private static class SerialExecutor implements Executor {
 2     final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
 3     Runnable mActive;
 4 
 5     public synchronized void execute(final Runnable r) {
 6         mTasks.offer(new Runnable() {
 7             public void run() {
 8                 try {
 9                     r.run();
10                 } finally {
11                     scheduleNext();
12                 }
13             }
14         });
15         if (mActive == null) {
16             scheduleNext();
17         }
18     }
19 
20     protected synchronized void scheduleNext() {
21         if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
22             THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
23         }
24     }
25 }

SerialExecutor类中也有一个execute()方法,这个方法里的所有逻辑就是在子线程中执行的了,注意这个方法有一个Runnable参数,那么目前这个参数的值是什么呢?当然就是mFuture对象了,也就是说在第9行我们要调用的是FutureTask类的run()方法,而在这个方法里又会去调用Sync内部类的innerRun()方法,因此我们直接来看innerRun()方法的源码:

 1 void innerRun() {
 2     if (!compareAndSetState(READY, RUNNING))
 3         return;
 4     runner = Thread.currentThread();
 5     if (getState() == RUNNING) { // recheck after setting thread
 6         V result;
 7         try {
 8             result = callable.call();
 9         } catch (Throwable ex) {
10             setException(ex);
11             return;
12         }
13         set(result);
14     } else {
15         releaseShared(0); // cancel
16     }
17 }

可以看到,在第8行调用了callable的call()方法,那么这个callable对象是什么呢?其实就是在初始化mFuture对象时传入的mWorker对象了,此时调用的call()方法,也就是一开始在AsyncTask的构造函数中指定的,我们把它单独拿出来看一下,代码如下所示:

1 public Result call() throws Exception {
2     mTaskInvoked.set(true);
3     Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
4     return postResult(doInBackground(mParams));
5 }

在postResult()方法的参数里面,我们终于找到了doInBackground()方法的调用处,虽然经过了很多周转,但目前的代码仍然是运行在子线程当中的,所以这也就是为什么我们可以在doInBackground()方法中去处理耗时的逻辑。接着将doInBackground()方法返回的结果传递给了postResult()方法,这个方法的源码如下所示:

1 private Result postResult(Result result) {
2     Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
3             new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
4     message.sendToTarget();
5     return result;
6 }

如果你已经熟悉了异步消息处理机制,这段代码对你来说一定非常简单吧。这里使用sHandler对象发出了一条消息,消息中携带了MESSAGE_POST_RESULT常量和一个表示任务执行结果的AsyncTaskResult对象。这个sHandler对象是InternalHandler类的一个实例,那么稍后这条消息肯定会在InternalHandler的handleMessage()方法中被处理。InternalHandler的源码如下所示:

 1 private static class InternalHandler extends Handler {
 2     @SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"})
 3     @Override
 4     public void handleMessage(Message msg) {
 5         AsyncTaskResult result = (AsyncTaskResult) msg.obj;
 6         switch (msg.what) {
 7             case MESSAGE_POST_RESULT:
 8                 // There is only one result
 9                 result.mTask.finish(result.mData[0]);
10                 break;
11             case MESSAGE_POST_PROGRESS:
12                 result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
13                 break;
14         }
15     }
16 }

这里对消息的类型进行了判断,如果这是一条MESSAGE_POST_RESULT消息,就会去执行finish()方法,如果这是一条MESSAGE_POST_PROGRESS消息,就会去执行onProgressUpdate()方法。那么finish()方法的源码如下所示:

1 private void finish(Result result) {
2     if (isCancelled()) {
3         onCancelled(result);
4     } else {
5         onPostExecute(result);
6     }
7     mStatus = Status.FINISHED;
8 }

可以看到,如果当前任务被取消掉了,就会调用onCancelled()方法,如果没有被取消,则调用onPostExecute()方法,这样当前任务的执行就全部结束了。

 

我们注意到,在刚才InternalHandler的handleMessage()方法里,还有一种MESSAGE_POST_PROGRESS的消息类型,这种消息是用于当前进度的,调用的正是onProgressUpdate()方法,那么什么时候才会发出这样一条消息呢?相信你已经猜到了,查看publishProgress()方法的源码,如下所示:

1 protected final void publishProgress(Progress... values) {
2     if (!isCancelled()) {
3         sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
4                 new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
5     }
6 }

非常清晰了吧!正因如此,在doInBackground()方法中调用publishProgress()方法才可以从子线程切换到UI线程,从而完成对UI元素的更新操作。其实也没有什么神秘的,因为说到底,AsyncTask也是使用的异步消息处理机制,只是做了非常好的封装而已。

 

读到这里,相信你对AsyncTask中的每个回调方法的作用、原理、以及何时会被调用都已经搞明白了吧。

 

关于AsyncTask你所不知道的秘密

 

不得不说,刚才我们在分析SerialExecutor的时候,其实并没有分析的很仔细,仅仅只是关注了它会调用mFuture中的run()方法,但是至于什么时候会调用我们并没有进一步地研究。其实SerialExecutor也是AsyncTask在3.0版本以后做了最主要的修改的地方,它在AsyncTask中是以常量的形式被使用的,因此在整个应用程序中的所有AsyncTask实例都会共用同一个SerialExecutor。下面我们就来对这个类进行更加详细的分析,为了方便阅读,我把它的代码再贴出来一遍:

 1 private static class SerialExecutor implements Executor {
 2     final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
 3     Runnable mActive;
 4 
 5     public synchronized void execute(final Runnable r) {
 6         mTasks.offer(new Runnable() {
 7             public void run() {
 8                 try {
 9                     r.run();
10                 } finally {
11                     scheduleNext();
12                 }
13             }
14         });
15         if (mActive == null) {
16             scheduleNext();
17         }
18     }
19 
20     protected synchronized void scheduleNext() {
21         if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
22             THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
23         }
24     }
25 }

可以看到,SerialExecutor是使用ArrayDeque这个队列来管理Runnable对象的,如果我们一次性启动了很多个任务,首先在第一次运行execute()方法的时候,会调用ArrayDeque的offer()方法将传入的Runnable对象添加到队列的尾部,然后判断mActive对象是不是等于null,第一次运行当然是等于null了,于是会调用scheduleNext()方法。在这个方法中会从队列的头部取值,并赋值给mActive对象,然后调用THREAD_POOL_EXECUTOR去执行取出的取出的Runnable对象。之后如何又有新的任务被执行,同样还会调用offer()方法将传入的Runnable添加到队列的尾部,但是再去给mActive对象做非空检查的时候就会发现mActive对象已经不再是null了,于是就不会再调用scheduleNext()方法。

 

那么后面添加的任务岂不是永远得不到处理了?当然不是,看一看offer()方法里传入的Runnable匿名类,这里使用了一个try finally代码块,并在finally中调用了scheduleNext()方法,保证无论发生什么情况,这个方法都会被调用。也就是说,每次当一个任务执行完毕后,下一个任务才会得到执行,SerialExecutor模仿的是单一线程池的效果,如果我们快速地启动了很多任务,同一时刻只会有一个线程正在执行,其余的均处于等待状态。Android照片墙应用实现,再多的图片也不怕崩溃 这篇文章中例子的运行结果也证实了这个结论。

不过你可能还不知道,在Android 3.0之前是并没有SerialExecutor这个类的,那个时候是直接在AsyncTask中构建了一个sExecutor常量,并对线程池总大小,同一时刻能够运行的线程数做了规定,代码如下所示:

1 private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;
2 private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = 128;
3 private static final int KEEP_ALIVE = 10;
4 ……
5 private static final ThreadPoolExecutor sExecutor = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
6         MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS, sWorkQueue, sThreadFactory);

可以看到,这里规定同一时刻能够运行的线程数为5个,线程池总大小为128。也就是说当我们启动了10个任务时,只有5个任务能够立刻执行,另外的5个任务则需要等待,当有一个任务执行完毕后,第6个任务才会启动,以此类推。而线程池中最大能存放的线程数是128个,当我们尝试去添加第129个任务时,程序就会崩溃。

 

因此在3.0版本中AsyncTask的改动还是挺大的,在3.0之前的AsyncTask可以同时有5个任务在执行,而3.0之后的AsyncTask同时只能有1个任务在执行。为什么升级之后可以同时执行的任务数反而变少了呢?这是因为更新后的AsyncTask已变得更加灵活,如果不想使用默认的线程池,还可以自由地进行配置。比如使用如下的代码来启动任务:

1 Executor exec = new ThreadPoolExecutor(15, 200, 10,
2         TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
3 new DownloadTask().executeOnExecutor(exec);

这样就可以使用我们自定义的一个Executor来执行任务,而不是使用SerialExecutor。上述代码的效果允许在同一时刻有15个任务正在执行,并且最多能够存储200个任务。

 

好了,到这里我们就已经把关于AsyncTask的所有重要内容深入浅出地理解了一遍,相信在将来使用它的时候能够更加得心应手。

转载地址:http://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/11711405

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