Android查缺补漏（线程篇）-- AsyncTask的使用及原理详细分析

在这里插入图片描述

一、AsyncTask的使用

AsyncTask是一种轻量级的异步任务类，可以很方便的在线程池中执行异步任务，并且将进度和结果传递给主线程。其底层由Thread+handler实现。

AsyncTask是一个抽象的泛型类，其类的声明如下：

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result>

其中三个泛型参数代表的意义如下：

Parmas：参数类型
Progress：异步任务的执行进度类型
Result：异步任务执行完毕后返回结果的类型

在使用AsyncTask执行异步任务需要创建一个类，让这个类继承AsyncTask，并实现相关方法，具体形式如下，在下面代码中实现了几个重要的方法，每个方法代表的意义可以见注释：

/**
 * Created by liuwei on 18/2/28.
 */
public class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

    /**
     * 在异步任务执行之前调用
     * 执行在主线程中
     */
    @Override
    protected void onPreExecute() {
        super.onPreExecute();
    }

    /**
     * 执行异步任务
     * 执行在线程池中
     * @param params
     * @return
     */
    @Override
    protected String doInBackground(String... params) {
        return null;
    }

    /**
     * 当异步任务被取消时执行此方法，此时将不会再调用onPostExecute方法
     */
    @Override
    protected void onCancelled() {
        super.onCancelled();
    }

    /**
     * 当异步任务执行进度改变时执行此方法
     * 执行在主线程中
     * @param values
     */
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        super.onProgressUpdate(values);
    }

    /**
     * 当异步任务执行完成后执行此方法
     * 执行在主线程中
     * @param s
     */
    @Override
    protected void onPostExecute(String s) {
        super.onPostExecute(s);
    }
}

要注意的时，需要在doInBackground方法中调用publishProgress()发送任务执行进度，onProgressUpdate才能被回调。

执行AsyncTask是需要在主线程中调用:

new MyAsyncTask().execute();

在使用AsyncTask时有一些限制我们要注意：

AsyncTask类必须在主线程中加载。这是因为在AsyncTask中存在这个一个静态类型的Handler对象成员，在AsyncTask被加载时，该静态类型的Handler对象就会被初始化，所以这就要求了首次访问AsyncTask要发送在主线程中。这一点在Android 4.1及以上版本中已经被系统自动完成。
AsyncTask的对象必须在主线程中创建。
AsyncTask的execute必须在主线程中调用。
不能直接调用onPreExecute()、doInBackground()、onProgressUpdate()、onPostExecute()方法。
一个AsyncTask对象只能调用一次execute，即每个对象只能被执行一次，否则会出异常。

1、使用AsyncTask执行异步任务的小例子

接下类使用AsyncTask，借助循环模拟一个耗时任务的小例子，还是用上面的MyAsyncTask类，并在其相关方法上面添加一些辅助代码，详细代码如下：

public class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

    private final static String TAG = MyAsyncTask.class.getSimpleName();

    private int taskSize = 10;

    /**
     * 在异步任务执行之前调用
     * 执行在主线程中
     */
    @Override
    protected void onPreExecute() {
        super.onPreExecute();
        Log.i(TAG, "onPreExecute: ");
    }

    /**
     * 执行异步任务
     * 执行在线程池中
     * @param params
     * @return
     */
    @Override
    protected String doInBackground(String... params) {
        Log.i(TAG, "doInBackground: ");
        int i;
        for (i = 0; i < taskSize; i++) {
            SystemClock.sleep(1000);
            int progress = (int)((i / (float)taskSize) * 100);
            publishProgress(progress);

            if (isCancelled()) {
                break;
            }
        }
        return "执行结果：" + (i / (float)taskSize) * 100 + "%";
    }

    /**
     * 当异步任务被取消时执行此方法，此时将不会再调用onPostExecute方法
     */
    @Override
    protected void onCancelled() {
        super.onCancelled();
        Log.i(TAG, "onCancelled: ");
    }

    @Override
    protected void onCancelled(String s) {
        super.onCancelled(s);
        Log.i(TAG, "onCancelled: result=" + s);
    }

    /**
     * 当异步任务执行进度改变时执行此方法
     * 执行在主线程中
     * @param values
     */
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        super.onProgressUpdate(values);
        Log.i(TAG, "onProgressUpdate: 执行进度：" + values[0] + "%");
    }

    /**
     * 当异步任务执行完成后执行此方法
     * 执行在主线程中
     * @param s
     */
    @Override
    protected void onPostExecute(String s) {
        super.onPostExecute(s);
        Log.i(TAG, "onPostExecute: result=" + s);
    }
}

在Activity中调用new MyAsyncTask().execute();执行Log如下：

.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onPreExecute: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: doInBackground: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：10%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：20%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：30%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：40%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：50%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：60%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：70%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：80%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onProgressUpdate: 执行进度：90%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: onPostExecute: result=执行结果：100.0%

2、多个AsyncTask对象在执行异步任务时，默认是串行执行的，也可以通过executeOnExecutor让其并发执行。

在Android 1.6之前，AsyncTask处理任务时是采用串行方式，Android 1.6时，AsyncTask处理任务时是在线程池中并行处理任务。但在Android 3.0开始，AsyncTask又开始采用串行方式处理任务。

我们稍加改造一下上面的示例，在构造方法中传入一个taskId，然后在关键log中输出这个taskId，以便于区分：

private int taskId;

public MyAsyncTask(int taskId) {
    this.taskId = taskId;
}

/**
 * 在异步任务执行之前调用
 * 执行在主线程中
 */
@Override
protected void onPreExecute() {
    super.onPreExecute();
    Log.i(TAG, "taskId= " + taskId + ": onPreExecute: ");
}

// 其他方法类比onPreExecute方法中的log增加taskId，就不贴出了

在Activity中初始化两个AsyncTask对象，并调用excute执行任务：

public class AsyncTaskActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_async_task);
        MyAsyncTask task1 = new MyAsyncTask(1);
        MyAsyncTask task2 = new MyAsyncTask(2);
        task1.execute();
        task2.execute();
    }
}

log如下：

.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onPreExecute: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onPreExecute: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: doInBackground: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：10%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：20%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：30%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：40%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：50%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：60%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：70%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：80%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：90%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onPostExecute: result=taskId= 1: 执行结果：100.0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: doInBackground: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：10%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：20%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：30%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：40%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：50%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：60%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：70%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：80%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：90%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onPostExecute: result=taskId= 2: 执行结果：100.0%

可以看到两个任务是串行执行的。

使用executeOnExecutor方法

AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec, Params… params)

executorOnExecutor方法有两个参数，第一个是Executor，第二个是任务参数。

第一个参数有两种类型：

AsyncTask.SERIAL_EXECUTOR : 表示串行执行
AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR ：表示并发执行

在执行task2时调用executeOnExecutor，观察执行结果：

public class AsyncTaskActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_async_task);
        MyAsyncTask task1 = new MyAsyncTask(1);
        MyAsyncTask task2 = new MyAsyncTask(2);
        task1.execute();
        task2.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR);
    }
}

log如下：

.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onPreExecute: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onPreExecute: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: doInBackground: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: doInBackground: 
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：10%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：10%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：20%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：20%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：30%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：30%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：40%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：40%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：50%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：50%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：60%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：60%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：70%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：70%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：80%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：80%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onProgressUpdate: 执行进度：90%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 2: onPostExecute: result=taskId= 2: 执行结果：100.0%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onProgressUpdate: 执行进度：90%
.../cn.codingblock.thread I/MyAsyncTask: taskId= 1: onPostExecute: result=taskId= 1: 执行结果：100.0%

从log可以看到，两个任务在并发执行。

二、AsyncTask的原理

1、首先在AsyncTask被初始化时构建一个WorkerRunnable（mWorker）和一个FutureTask（mFuture），后面在执行的过程中会将封装好的mFuture放入一个线程池中执行。
2、在外界调用AsyncTask.execute方法之后，开始启动AsyncTask任务，根据代码查看调用过程如下：

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

3、在execute方法中又调用了executeOnExecutor方法：

@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;
}

我们需要了解的是，一个AsyncTask任务有三种状态：PENDING（未开始）、RUNNING（运行中）、FINISHED（已完成）。从上面源码我们可以看到，一个AsyncTask实例任务只能运行一次，只有是在PENDING状态下，任务才能正常运行，否则就会抛出异常。

接着在执行任务前先调用了onPreExecute方法，并将参数赋值给mWorker的参数数组，然后使用exec执行在AsyncTask初始化阶段封装好的mFuture。

4、从第二步可以知道exec就是sDefaultExecutor，它是一个Executor对象，相关的源码如下：

private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

/**
 * An {@link Executor} that executes tasks one at a time in serial
 * order.  This serialization is global to a particular process.
 */
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);
        }
    }
}

从源码可以进一步看出，sDefaultExecutor是SerialExecutor对象，是一个串行的线程池，同一个进程中的所有的AsyncTask任务都在这个线程池中排队执行。

SerialExecutor的execute方法首先会将FutureTask任务加入到mTasks队列中，此时如果没有正在活动的任务就会调用scheduleNext执行下一个AsyncTask任务。

5、接下来我们再回过头来看AsyncTask的构造器中在创建mWorker和mFuture时都做了些什么：

public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
    mHandler = callbackLooper == null || callbackLooper == Looper.getMainLooper()
        ? getMainHandler()
        : new Handler(callbackLooper);

    mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
        public Result call() throws Exception {
            mTaskInvoked.set(true);
            Result result = null;
            try {
                Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                //noinspection unchecked
                result = doInBackground(mParams);
                Binder.flushPendingCommands();
            } catch (Throwable tr) {
                mCancelled.set(true);
                throw tr;
            } finally {
                postResult(result);
            }
            return 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); 
            }
        }
    };
}

6、先来分析一下上面源码中的WorkerRunnable的call方法：

WorkerRunnable的call方法中的代码很好理解，首先调用了mTaskInvoked.set(true)，将任务的设为已调用状态。接着调用了doInBackground方法并获取了返回值，然后将返回值传递给postResult()方法，再看postResult方法的源码如下：

private Result postResult(Result result) {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
            new AsyncTaskResult<Result>(this, result));// 在这里将doInBackground的返回结果result封装到AsyncTaskReuslt对象里面通过handler发送给主线程
    message.sendToTarget();
    return result;
}

在此方法中通过handler发送了一条MESSAGE_POST_RESULT的消息。此handler的相关代码如下（为方便查看，适当调整了代码顺序）：

private final Handler mHandler;

private Handler getHandler() {
    return mHandler;
}

/**
 * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
 */
public AsyncTask() {
    this((Looper) null);  // 在这里传入了null
}

/**
 * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
 *
 * @hide
 */
public AsyncTask(@Nullable Handler handler) {
    this(handler != null ? handler.getLooper() : null); // 根据上一步调用可知，handler为null
}

/**
 * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
 *
 * @hide
 */
public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
    mHandler = callbackLooper == null || callbackLooper == Looper.getMainLooper()
        ? getMainHandler()                              // 根据上一步调用可知，callbackLooper为null，在此会调用getMainHandler()
        : new Handler(callbackLooper);
        ...
}

private static Handler getMainHandler() {
    synchronized (AsyncTask.class) {
        if (sHandler == null) {
            sHandler = new InternalHandler(Looper.getMainLooper());
        }
        return sHandler;
    }
}

private static InternalHandler sHandler;

在上面的源码中可知，最终getHandler()方法最终是为sHandler，而sHandler是一个静态的Handler对象，sHandler的作用是将执行环境切换到主线程中，所以这就要求sHandler要在主线程中被初始化，而由于静态成员会在类加载时被初始化，这就又要求了AsyncTask类必须在主线程中加载，否则该进程中的AsyncTask任务都无法正常工作。InternalHandler相关的源码如下：

private static class InternalHandler extends Handler {
    public InternalHandler(Looper looper) {
        super(looper);
    }

    @SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"})
    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        AsyncTaskResult<?> result = (AsyncTaskResult<?>) msg.obj;
        switch (msg.what) {
        
            case MESSAGE_POST_RESULT:               // (看这里)
                // There is only one result
                result.mTask.finish(result.mData[0]); // 调用AsyncTask的finish方法。
                break;
            ...
        }
    }
}

private void finish(Result result) {
    if (isCancelled()) {
        onCancelled(result);     // 如果任务被取消了就去调用onCancelled方法。
    } else {
        onPostExecute(result);   // 任务完成后就将执行结果传递给onPostExecute方法
    }
    mStatus = Status.FINISHED;   // 最后将状态置为FINISHED
}

7、接着再来看一下第五步中的FutureTask的源码

mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
    @Override
    protected void done() {     // 1、在执行完mWorker的call方法之后会执行done方法。2、或者在FutureTask任务被取消后也会执行done方法
        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); // 在Future任务被取消时，在此段代码中就会抛出CancellationException异常，即会执行此方法。
        }
    }
};

我们知道Future被执行后，会调用传入的mWorker的call方法，在执行完mWorker的call方法之后或者FutureTask被取消时会调用done方法，我们看到源码中在done方法中调用postResultIfNotInvoked():

private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
    final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
    if (!wasTaskInvoked) {
        postResult(result);
    }
}

在这个方法中可以看到，只有当wasTaskInvoked为false是才会发送结果，也就是说，这一步是在WorkerRunnable任务未被执行并取消的情况下才发送结果给主线程，在前几步中我们就已经知道了postResult()方法中的调用过程，最终会调用到finish方法。

private void finish(Result result) {
    if (isCancelled()) {
        onCancelled(result);     // 如果任务被取消了就去调用onCancelled方法。
    } else {
        onPostExecute(result);   // 任务完成后就将执行结果传递给onPostExecute方法
    }
    mStatus = Status.FINISHED;   // 最后将状态置为FINISHED
}

在任务被取消的情况下回调了onCancelled方法，至此AsyncTask异步任务执行流程基本分析完了。

三、小结

最后简单总结一下AsyncTask的原理：

在AsyncTask类中有两个线程池（SerialExecutor、THREAD_POOL_EXECUTOR）和一个Handler（InternalHandler），其中SerialExecutor线程池用于对任务排队，THREAD_POOL_EXECUTOR用于真正的执行任务，InternalHandler的作用是将执行环境切换到主线程中，而AsyncTask类中的InternalHandler变量是一个静态类型的变量，这也就决定了AsyncTask类必须在主线程中加载。
在调用AsyncTask的executor方法开始执行异步任务时，会首先调用onPreExecute方法通知外界任务已经开始，接着使用线程池执行前面FutureTask任务。
前面所说的这个FutureTask任务是在AsyncTask初始化时被封装好的，在该任务中调用了doInBackground方法用于异步执行我们添加的耗时任务，doInBackground方法执行完毕会通过InternalHandler将返回结果发送到onPostExecute中，该方法是运行在主线程中。

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