AsyncTask详解

在Android中有多种实现多线程的方式，比如AsyncTask、HandlerThread、IntentService等，其实从本质上讲，它们都是对传统线程Thread的封装。AsyncTask是一种轻量级的异步任务类，它可以在线程池中执行后台任务，然后把执行的进度和结果传递给主线程并在主线程中更新UI。从实现上讲，AsyncTask封装了Thread和Handler，通过AsyncTask可以更加方便地执行后台任务以及在主线程中访问UI，但是AsyncTask并不适合进行特别耗时的后台任务，对特别耗时的任务来说，建议使用其他形式的线程池。

AsyncTask是一个抽象的泛型类，它提供了Params、Progress、Result这三个泛型参数，其中Params表示参数的类型，Progress表示进度的类型，Result表示返回结果的类型，如果不需要传递具体的参数，那么这三个泛型参数可以用Void来代替。AsyncTask声明如下：

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result>

AsyncTask提供了4个核心方法，分别如下：

onPreExecute(),在主线程中执行，在异步任务执行之前，此方法会被调用，一般可用于做一些准备工作。
doInBackground(Params... params)，在线程池中执行，此方法用于执行异步任务，Params参数表示异步任务的输入参数。在此方法中可以通过publishProgress方法来更新任务进度。publishProgress方法会调用onProgressUpdate方法。另外此方法需要返回结果给onPostExecute(Result result)方法。
onProgressUpdate(Progress progress)，在主线程中执行，当后台任务的执行进度发生改变时，此方法会被调用。
onPostExecute(Result result)，在主线程中执行，在异步任务执行之后，此方法会被调用，其中result参数是后台任务的返回值，即doInbackground方法的返回值。

上面四个方法的执行顺序是 onPreExecute-> doInBackground-> onProgressUpdate-> onPostExecute。

除了上述四个方法外，还提供了onCanceled方法，同样是在主线程中执行，当异步任务被取消时，onCanceled方法会被调用，这个时候onPostExecute则不会被调用。下面是示例代码：

public class DownloadFileTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {@Overrideprotected void onPreExecute() {super.onPreExecute();}@Overrideprotected Long doInBackground(URL... urls) {int count = urls.length;long totalSize = 0;for (int i = 0; i < count; i++) {totalSize += Downloader.downloadFile(urls[0]);publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));if(isCancelled()) {break;}}return totalSize;}@Overrideprotected void onProgressUpdate(Integer... values) {setProgressPercent(values[0]);}@Overrideprotected void onPostExecute(Long aLong) {showDialog("Downloaded" + result + "bytes");}
}

在上面的代码块中，实现了一个具体的AsyncTask类，。这个类主要用于模拟文件的下载过程，它的输入类型为URL，后台任务的进度参数类型是Interger，返回结果的类型是Long。doInBackground用来执行具体的下载任务并通过publish方法来更新下载的进度，同事还要判断任务是否被取消。当下载任务完成后，doInBackground返回结果，它是在线程池中执行的。onProgressUpdate用于更新下载进度显示，运行在主线程中,当publishProgess方法被执行时这个方法就会被调用。当下载任务完成后，onPostExecute方法就会被调用，也是运行在主线程中，在这里可以做下载完成的提示。

AsyncTask在具体的使用过程中也有一些条件显示，主要又如下几点：

AsyncTask的类必须在主线程中加载，这就意味着第一次访问AsyncTask必须发生在主线程
AsyncTask对象必须在主线程中创建
execute方法必须在UI线程中调用
不要再程序中直接调用onPreExecute、doInBackground、onProgressUpdate、onPostExecute方法
一个AsyncTask对象只能执行一次，即只能调用一次execute方法，否则抛出异常
为了避免并发错误，AsyncTask默认采用一个线程串行执行任务，但仍然可以通过executeOnExecutor方法来并行执行任务。

其实，从Android5.1后，已经AsyncTask的初始化可以不用再主线程中执行，这是因为Android5.1后InternalHandler的实现已经发生改变，之前是这么定义的sHandler和InternalHandler：

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;
}
}
}

由于sHandler的作用是将执行环境切换到主线程，所以sHandler构建的时候需要MainLooper，而静态成员会在类加载的时候进行初始化，因此变相要求AsyncTask的类必须在主线程中加载，否则同一进程的AsyncTask都无法正常工作，所以在ActivityThread的main()方法中有调用AsyncTask.init()方法，来强制sHandler被创建。在5.1版本后，getHandler方法是一个静态方法，其中保证了sHandler是单例的，在sHandler初始化是传入了Looper.getMainLooper(),保证了sHandler中looper就是主线程的looper,从而保证sHandler能够将执行环境切换到主线程中：

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

private static class InternalHandler extends Handler {public InternalHandler(Looper looper) {super(looper);}@SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"})@Overridepublic void handleMessage(Message msg) {AsyncTaskResult<?> result = (AsyncTaskResult<?>) msg.obj;switch (msg.what) {case MESSAGE_POST_RESULT:// There is only one resultresult.mTask.finish(result.mData[0]);break;case MESSAGE_POST_PROGRESS:result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);break;}}
}

为了分析AsyncTask的工作原理，需要从execute方法开始分析，execute方法又会调用executeOnExecutor方法，如下：

@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;
}

在上面的代码中，sDefaultExector实际上是一个串行的线程池，一个进程中所有的AsyncTask全部在这个串行的线程池中排队执行，这个排队执行的过程后面会再进行分析。在executeOnExector方法中，AsyncTask的onPreExecutor方法最先执行，然后线程池开始执行。下面是线程池的执行过程：

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SerialExecutor的实现可以分析AsyncTask的排队执行的过程。首先系统会把AsyncTask的Params参数封装到FutureTask对象，FutureTask是一个并发类，在这里它充当了Runnable角色。接着这个FutureTask会交割SerialExector的execute方法去处理，SerialExecutor的execute方法首先会把FutureTask对象插入到任务队列mTasks中，如果这个时候没有正在活动的AsyncTask任务，那么就会调用SerialExecutor的scheduleNext方法来执行下一个任务，同时当一个AsyncTask任务执行完后，AsyncTask会继续执行其他任务直到所有的任务都被执行为止，在默认情况下AsyncTask是串行执行的。

从上面代码可以看出，SerialExecutor这个线程池使用存储任务队列的，真正执行任务的是THREAD_POOL_EXECUTOR，AsyncTask的内部类InnerHandler用于切换到UI线程。

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

从上面代码可以看到，doInBackground方法最终是在WorkerRunnable方法的run()方法中调用的，而WorkerRunnable的call方法又在上面说到的FutureTask的run方法中被调用。在mWorker的call方法中，首先将mTaskInvoked设置为true，表示当前任务已经被调用过了，然后执行doInBackground方法，接着将其结果传递给postResult(result),可以看到，postResult其实是发送了个消息到InnerHandler中：

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

看下Handler中是怎么处理的：

private static class InternalHandler extends Handler {public InternalHandler(Looper looper) {super(looper);}@SuppressWarnings({"unchecked", "RawUseOfParameterizedType"})@Overridepublic void handleMessage(Message msg) {AsyncTaskResult<?> result = (AsyncTaskResult<?>) msg.obj;switch (msg.what) {case MESSAGE_POST_RESULT:// There is only one resultresult.mTask.finish(result.mData[0]);break;case MESSAGE_POST_PROGRESS:result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);break;}}
}

收到消息后，会执行finish方法，代码如下，最终onPostExecute被调用，如果任务被取消的话则会调用onCancelled方法

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

publishProgress过程类似，也是通过sHandler切换到主线程中的。

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