Android AsyncTask完全解析，帶你從源碼的角度徹底理解

轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/11711405
我們都知道，Android UI是線程不安全的，如果想要在子線程裏進行UI操作，就需要藉助Android的異步消息處理機制。
不過爲了更加方便我們在子線程中更新UI元素，Android從1.5版本就引入了一個AsyncTask類，使用它就可以非常靈活方便地從子線程切換到UI線程，我們本篇文章的主角也就正是它了。
AsyncTask很早就出現在Android的API裏了，所以我相信大多數朋友對它的用法都已經非常熟悉。不過今天我還是準備從AsyncTask的基本用法開始講起，然後我們再來一起分析下AsyncTask源碼，看看它是如何實現的，最後我會介紹一些關於AsyncTask你所不知道的祕密。

AsyncTask的基本用法

首先來看一下AsyncTask的基本用法，由於AsyncTask是一個抽象類，所以如果我們想使用它，就必須要創建一個子類去繼承它。在繼承時我們可以爲AsyncTask類指定三個泛型參數，這三個參數的用途如下：
1. Params
在執行AsyncTask時需要傳入的參數，可用於在後臺任務中使用。
2. Progress
後臺任務執行時，如果需要在界面上顯示當前的進度，則使用這裏指定的泛型作爲進度單位。
3. Result
當任務執行完畢後，如果需要對結果進行返回，則使用這裏指定的泛型作爲返回值類型。
因此，一個最簡單的自定義AsyncTask就可以寫成如下方式：

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

這裏我們把AsyncTask的第一個泛型參數指定爲Void，表示在執行AsyncTask的時候不需要傳入參數給後臺任務。第二個泛型參數指定爲Integer，表示使用整型數據來作爲進度顯示單位。第三個泛型參數指定爲Boolean，則表示使用布爾型數據來反饋執行結果。
當然，目前我們自定義的DownloadTask還是一個空任務，並不能進行任何實際的操作，我們還需要去重寫AsyncTask中的幾個方法才能完成對任務的定製。經常需要去重寫的方法有以下四個：
1. onPreExecute()
這個方法會在後臺任務開始執行之間調用，用於進行一些界面上的初始化操作，比如顯示一個進度條對話框等。
2. doInBackground(Params…)
這個方法中的所有代碼都會在子線程中運行，我們應該在這裏去處理所有的耗時任務。任務一旦完成就可以通過return語句來將任務的執行結果進行返回，如果AsyncTask的第三個泛型參數指定的是Void，就可以不返回任務執行結果。注意，在這個方法中是不可以進行UI操作的，如果需要更新UI元素，比如說反饋當前任務的執行進度，可以調用publishProgress(Progress…)方法來完成。
3. onProgressUpdate(Progress…)
當在後臺任務中調用了publishProgress(Progress…)方法後，這個方法就很快會被調用，方法中攜帶的參數就是在後臺任務中傳遞過來的。在這個方法中可以對UI進行操作，利用參數中的數值就可以對界面元素進行相應的更新。
4. onPostExecute(Result)
當後臺任務執行完畢並通過return語句進行返回時，這個方法就很快會被調用。返回的數據會作爲參數傳遞到此方法中，可以利用返回的數據來進行一些UI操作，比如說提醒任務執行的結果，以及關閉掉進度條對話框等。
因此，一個比較完整的自定義AsyncTask就可以寫成如下方式：

class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {

    @Override
    protected void onPreExecute() {
        progressDialog.show();
    }

    @Override
    protected Boolean doInBackground(Void... params) {
        try {
            while (true) {
                int downloadPercent = doDownload();
                publishProgress(downloadPercent);
                if (downloadPercent >= 100) {
                    break;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            return false;
        }
        return true;
    }

    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        progressDialog.setMessage("當前下載進度：" + values[0] + "%");
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(Boolean result) {
        progressDialog.dismiss();
        if (result) {
            Toast.makeText(context, "下載成功", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        } else {
            Toast.makeText(context, "下載失敗", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    }
}

這裏我們模擬了一個下載任務，在doInBackground()方法中去執行具體的下載邏輯，在onProgressUpdate()方法中顯示當前的下載進度，在onPostExecute()方法中來提示任務的執行結果。如果想要啓動這個任務，只需要簡單地調用以下代碼即可：

new DownloadTask().execute();

以上就是AsyncTask的基本用法，怎麼樣，是不是感覺在子線程和UI線程之間進行切換變得靈活了很多？我們並不需求去考慮什麼異步消息處理機制，也不需要專門使用一個Handler來發送和接收消息，只需要調用一下publishProgress()方法就可以輕鬆地從子線程切換到UI線程了。

分析AsyncTask的源碼

雖然AsyncTask這麼簡單好用，但你知道它是怎樣實現的嗎？那麼接下來，我們就來分析一下AsyncTask的源碼，對它的實現原理一探究竟。注意這裏我選用的是Android 4.0的源碼，如果你查看的是其它版本的源碼，可能會有一些出入。
從之前DownloadTask的代碼就可以看出，在啓動某一個任務之前，要先new出它的實例，因此，我們就先來看一看AsyncTask構造函數中的源碼，如下所示：

public AsyncTask() {
    mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
        public Result call() throws Exception {
            mTaskInvoked.set(true);
            Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
            return postResult(doInBackground(mParams));
        }
    };
    mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
        @Override
        protected void done() {
            try {
                final Result result = get();
                postResultIfNotInvoked(result);
            } 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);
            } catch (Throwable t) {
                throw new RuntimeException("An error occured while executing "
                        + "doInBackground()", t);
            }
        }
    };
}

這段代碼雖然看起來有點長，但實際上並沒有任何具體的邏輯會得到執行，只是初始化了兩個變量，mWorker和mFuture，並在初始化mFuture的時候將mWorker作爲參數傳入。mWorker是一個Callable對象，mFuture是一個FutureTask對象，這兩個變量會暫時保存在內存中，稍後纔會用到它們。
接着如果想要啓動某一個任務，就需要調用該任務的execute()方法，因此現在我們來看一看execute()方法的源碼，如下所示：

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

簡單的有點過分了，只有一行代碼，僅是調用了executeOnExecutor()方法，那麼具體的邏輯就應該寫在這個方法裏了，快跟進去瞧一瞧：

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;
}

果然，這裏的代碼看上去才正常點。可以看到，在第15行調用了onPreExecute()方法，因此證明了onPreExecute()方法會第一個得到執行。可是接下來的代碼就看不明白了，怎麼沒見到哪裏有調用doInBackground()方法呢？彆着急，慢慢找總會找到的，我們看到，在第17行調用了Executor的execute()方法，並將前面初始化的mFuture對象傳了進去，那麼這個Executor對象又是什麼呢？查看上面的execute()方法，原來是傳入了一個sDefaultExecutor變量，接着找一下這個sDefaultExecutor變量是在哪裏定義的，源碼如下所示：

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

可以看到，這裏先new出了一個SERIAL_EXECUTOR常量，然後將sDefaultExecutor的值賦值爲這個常量，也就是說明，剛纔在executeOnExecutor()方法中調用的execute()方法，其實也就是調用的SerialExecutor類中的execute()方法。那麼我們自然要去看看SerialExecutor的源碼了，如下所示：

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);
        }
    }
}

SerialExecutor類中也有一個execute()方法，這個方法裏的所有邏輯就是在子線程中執行的了，注意這個方法有一個Runnable參數，那麼目前這個參數的值是什麼呢？當然就是mFuture對象了，也就是說在第9行我們要調用的是FutureTask類的run()方法，而在這個方法裏又會去調用Sync內部類的innerRun()方法，因此我們直接來看innerRun()方法的源碼：

void innerRun() {
    if (!compareAndSetState(READY, RUNNING))
        return;
    runner = Thread.currentThread();
    if (getState() == RUNNING) { // recheck after setting thread
        V result;
        try {
            result = callable.call();
        } catch (Throwable ex) {
            setException(ex);
            return;
        }
        set(result);
    } else {
        releaseShared(0); // cancel
    }
}

可以看到，在第8行調用了callable的call()方法，那麼這個callable對象是什麼呢？其實就是在初始化mFuture對象時傳入的mWorker對象了，此時調用的call()方法，也就是一開始在AsyncTask的構造函數中指定的，我們把它單獨拿出來看一下，代碼如下所示：

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

在postResult()方法的參數裏面，我們終於找到了doInBackground()方法的調用處，雖然經過了很多週轉，但目前的代碼仍然是運行在子線程當中的，所以這也就是爲什麼我們可以在doInBackground()方法中去處理耗時的邏輯。接着將doInBackground()方法返回的結果傳遞給了postResult()方法，這個方法的源碼如下所示：

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

如果你已經熟悉了異步消息處理機制，這段代碼對你來說一定非常簡單吧。這裏使用sHandler對象發出了一條消息，消息中攜帶了MESSAGE_POST_RESULT常量和一個表示任務執行結果的AsyncTaskResult對象。這個sHandler對象是InternalHandler類的一個實例，那麼稍後這條消息肯定會在InternalHandler的handleMessage()方法中被處理。InternalHandler的源碼如下所示：

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;
        }
    }
}

這裏對消息的類型進行了判斷，如果這是一條MESSAGE_POST_RESULT消息，就會去執行finish()方法，如果這是一條MESSAGE_POST_PROGRESS消息，就會去執行onProgressUpdate()方法。那麼finish()方法的源碼如下所示：

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

可以看到，如果當前任務被取消掉了，就會調用onCancelled()方法，如果沒有被取消，則調用onPostExecute()方法，這樣當前任務的執行就全部結束了。
我們注意到，在剛纔InternalHandler的handleMessage()方法裏，還有一種MESSAGE_POST_PROGRESS的消息類型，這種消息是用於當前進度的，調用的正是onProgressUpdate()方法，那麼什麼時候纔會發出這樣一條消息呢？相信你已經猜到了，查看publishProgress()方法的源碼，如下所示：

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

非常清晰了吧！正因如此，在doInBackground()方法中調用publishProgress()方法纔可以從子線程切換到UI線程，從而完成對UI元素的更新操作。其實也沒有什麼神祕的，因爲說到底，AsyncTask也是使用的異步消息處理機制，只是做了非常好的封裝而已。
讀到這裏，相信你對AsyncTask中的每個回調方法的作用、原理、以及何時會被調用都已經搞明白了吧。

關於AsyncTask你所不知道的祕密

不得不說，剛纔我們在分析SerialExecutor的時候，其實並沒有分析的很仔細，僅僅只是關注了它會調用mFuture中的run()方法，但是至於什麼時候會調用我們並沒有進一步地研究。其實SerialExecutor也是AsyncTask在3.0版本以後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，因此在整個應用程序中的所有AsyncTask實例都會共用同一個SerialExecutor。下面我們就來對這個類進行更加詳細的分析，爲了方便閱讀，我把它的代碼再貼出來一遍：

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，SerialExecutor是使用ArrayDeque這個隊列來管理Runnable對象的，如果我們一次性啓動了很多個任務，首先在第一次運行execute()方法的時候，會調用ArrayDeque的offer()方法將傳入的Runnable對象添加到隊列的尾部，然後判斷mActive對象是不是等於null，第一次運行當然是等於null了，於是會調用scheduleNext()方法。在這個方法中會從隊列的頭部取值，並賦值給mActive對象，然後調用THREAD_POOL_EXECUTOR去執行取出的取出的Runnable對象。之後如何又有新的任務被執行，同樣還會調用offer()方法將傳入的Runnable添加到隊列的尾部，但是再去給mActive對象做非空檢查的時候就會發現mActive對象已經不再是null了，於是就不會再調用scheduleNext()方法。
那麼後面添加的任務豈不是永遠得不到處理了？當然不是，看一看offer()方法裏傳入的Runnable匿名類，這裏使用了一個try finally代碼塊，並在finally中調用了scheduleNext()方法，保證無論發生什麼情況，這個方法都會被調用。也就是說，每次當一個任務執行完畢後，下一個任務纔會得到執行，SerialExecutor模仿的是單一線程池的效果，如果我們快速地啓動了很多任務，同一時刻只會有一個線程正在執行，其餘的均處於等待狀態。Android照片牆應用實現，再多的圖片也不怕崩潰這篇文章中例子的運行結果也證實了這個結論。
不過你可能還不知道，在Android 3.0之前是並沒有SerialExecutor這個類的，那個時候是直接在AsyncTask中構建了一個sExecutor常量，並對線程池總大小，同一時刻能夠運行的線程數做了規定，代碼如下所示：

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

可以看到，這裏規定同一時刻能夠運行的線程數爲5個，線程池總大小爲128。也就是說當我們啓動了10個任務時，只有5個任務能夠立刻執行，另外的5個任務則需要等待，當有一個任務執行完畢後，第6個任務纔會啓動，以此類推。而線程池中最大能存放的線程數是128個，當我們嘗試去添加第129個任務時，程序就會崩潰。
因此在3.0版本中AsyncTask的改動還是挺大的，在3.0之前的AsyncTask可以同時有5個任務在執行，而3.0之後的AsyncTask同時只能有1個任務在執行。爲什麼升級之後可以同時執行的任務數反而變少了呢？這是因爲更新後的AsyncTask已變得更加靈活，如果不想使用默認的線程池，還可以自由地進行配置。比如使用如下的代碼來啓動任務：

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

這樣就可以使用我們自定義的一個Executor來執行任務，而不是使用SerialExecutor。上述代碼的效果允許在同一時刻有15個任務正在執行，並且最多能夠存儲200個任務。
好了，到這裏我們就已經把關於AsyncTask的所有重要內容深入淺出地理解了一遍，相信在將來使用它的時候能夠更加得心應手。

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