Android--AsyncTask的串行和並行

轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/singwhatiwanna/article/details/17596225

前言

什麼是AsyncTask，相信搞過android開發的朋友們都不陌生。AsyncTask內部封裝了Thread和Handler，可以讓我們在後臺進行計算並且把計算的結果及時更新到UI上，而這些正是Thread+Handler所做的事情，沒錯，AsyncTask的作用就是簡化Thread+Handler，讓我們能夠通過更少的代碼來完成一樣的功能，這裏，我要說明的是：AsyncTask只是簡化Thread+Handler而不是替代，實際上它也替代不了。同時，AsyncTask從最開始到現在已經經過了幾次代碼修改，任務的執行邏輯慢慢地發生了改變，並不是大家所想象的那樣：AsyncTask是完全並行執行的就像多個線程一樣，其實不是的，所以用AsyncTask的時候還是要注意，下面會一一說明。另外本文主要是分析AsyncTask的源代碼以及使用時候的一些注意事項，如果你還不熟悉AsyncTask，請先閱讀android之AsyncTask 來了解其基本用法。

這裏先給出AsyncTask的一個例子：

private class DownloadFilesTask extends AsyncTask<URL, Integer, Long> {
     protected Long doInBackground(URL... urls) {
         int count = urls.length;
         long totalSize = 0;
         for (int i = 0; i < count; i++) {
             totalSize += Downloader.downloadFile(urls[i]);
             publishProgress((int) ((i / (float) count) * 100));
             // Escape early if cancel() is called
             if (isCancelled()) break;
         }
         return totalSize;
     }

     protected void onProgressUpdate(Integer... progress) {
         setProgressPercent(progress[0]);
     }

     protected void onPostExecute(Long result) {
         showDialog("Downloaded " + result + " bytes");
     }
 }

使用AsyncTask的規則

• AsyncTask的類必須在UI線程加載（從4.1開始系統會幫我們自動完成）
• AsyncTask對象必須在UI線程創建
• execute方法必須在UI線程調用
  
• 不要在你的程序中去直接調用onPreExecute(), onPostExecute, doInBackground, onProgressUpdate方法
  
• 一個AsyncTask對象只能執行一次，即只能調用一次execute方法，否則會報運行時異常
• AsyncTask不是被設計爲處理耗時操作的，耗時上限爲幾秒鐘，如果要做長耗時操作，強烈建議你使用Executor，ThreadPoolExecutor以及FutureTask
• 在1.6之前，AsyncTask是串行執行任務的，1.6的時候AsyncTask開始採用線程池裏處理並行任務，但是從3.0開始，爲了避免AsyncTask所帶來的併發錯誤，AsyncTask又採用一個線程來串行執行任務

AsyncTask到底是串行還是並行？

給大家做一下實驗，請看如下實驗代碼：代碼很簡單，就是點擊按鈕的時候同時執行5個AsyncTask，每個AsyncTask休眠3s，同時把每個AsyncTask執行結束的時間打印出來，這樣我們就能觀察出到底是串行執行還是並行執行。

@Override
public void onClick(View v) {
    if (v == mButton) {
        new MyAsyncTask("AsyncTask#1").execute("");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#2").execute("");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#3").execute("");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#4").execute("");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#5").execute("");
    }

}

private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

    private String mName = "AsyncTask";

    public MyAsyncTask(String name) {
        super();
        mName = name;
    }

    @Override
    protected String doInBackground(String... params) {
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return mName;
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(String result) {
        super.onPostExecute(result);
        SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        Log.e(TAG, result + "execute finish at " + df.format(new Date()));
    }
}

我找了2個手機，系統分別是4.1.1和2.3.3，按照我前面的描述，AsyncTask在4.1.1應該是串行的，在2.3.3應該是並行的，到底是不是這樣呢？請看Log

Android 4.1.1上執行：從下面Log可以看出，5個AsyncTask共耗時15s且時間間隔爲3s，很顯然是串行執行的

Android 2.3.3上執行：從下面Log可以看出，5個AsyncTask的結束時間是一樣的，很顯然是並行執行

結論：從上面的兩個Log可以看出，我前面的描述是完全正確的。下面請看源碼，讓我們去了解下其中的原理。

源碼分析

/*
 * Copyright (C) 2008 The Android Open Source Project
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

package android.os;

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.CancellationException;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
    private static final String LOG_TAG = "AsyncTask";

    //獲取當前的cpu核心數
    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    //線程池核心容量
    private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
    //線程池最大容量
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
    //過剩的空閒線程的存活時間
    private static final int KEEP_ALIVE = 1;
    //ThreadFactory 線程工廠，通過工廠方法newThread來獲取新線程
    private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
        //原子整數，可以在超高併發下正常工作
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
        }
    };
    //靜態阻塞式隊列，用來存放待執行的任務，初始容量：128個
    private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

    /**
     * 靜態併發線程池，可以用來並行執行任務，儘管從3.0開始，AsyncTask默認是串行執行任務
     * 但是我們仍然能構造出並行的AsyncTask
     */
    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
            = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                    TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

    /**
     * 靜態串行任務執行器，其內部實現了串行控制，
     * 循環的取出一個個任務交給上述的併發線程池去執行
     */
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
    //消息類型：發送結果
    private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;
    //消息類型：更新進度
    private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;
    /**靜態Handler，用來發送上述兩種通知，採用UI線程的Looper來處理消息
     * 這就是爲什麼AsyncTask必須在UI線程調用，因爲子線程
     * 默認沒有Looper無法創建下面的Handler，程序會直接Crash
     */
    private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();
    //默認任務執行器，被賦值爲串行任務執行器，就是它，AsyncTask變成串行的了
    private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
    //如下兩個變量我們先不要深究，不影響我們對整體邏輯的理解
    private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
    private final FutureTask<Result> mFuture;
    //任務的狀態 默認爲掛起，即等待執行，其類型標識爲易變的（volatile）
    private volatile Status mStatus = Status.PENDING;
    //原子布爾型，支持高併發訪問，標識任務是否被取消
    private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();
    //原子布爾型，支持高併發訪問，標識任務是否被執行過
    private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();

    /*串行執行器的實現，我們要好好看看，它是怎麼把並行轉爲串行的
     *目前我們需要知道，asyncTask.execute(Params ...)實際上會調用
     *SerialExecutor的execute方法，這一點後面再說明。也就是說：當你的asyncTask執行的時候，
     *首先你的task會被加入到任務隊列，然後排隊，一個個執行
     */
    private static class SerialExecutor implements Executor {
        //線性雙向隊列，用來存儲所有的AsyncTask任務
        final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
        //當前正在執行的AsyncTask任務
        Runnable mActive;

        public synchronized void execute(final Runnable r) {
            //將新的AsyncTask任務加入到雙向隊列中
            mTasks.offer(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //執行AsyncTask任務
                        r.run();
                    } finally {
                        //當前AsyncTask任務執行完畢後，進行下一輪執行，如果還有未執行任務的話
                        //這一點很明顯體現了AsyncTask是串行執行任務的，總是一個任務執行完畢纔會執行下一個任務
                        scheduleNext();
                    }
                }
            });
            //如果當前沒有任務在執行，直接進入執行邏輯
            if (mActive == null) {
                scheduleNext();
            }
        }

        protected synchronized void scheduleNext() {
            //從任務隊列中取出隊列頭部的任務，如果有就交給併發線程池去執行
            if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
                THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
            }
        }
    }

    /**
     * 任務的三種狀態
     */
    public enum Status {
        /**
         * 任務等待執行
         */
        PENDING,
        /**
         * 任務正在執行
         */
        RUNNING,
        /**
         * 任務已經執行結束
         */
        FINISHED,
    }

    /** 隱藏API：在UI線程中調用，用來初始化Handler */
    public static void init() {
        sHandler.getLooper();
    }

    /** 隱藏API：爲AsyncTask設置默認執行器 */
    public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {
        sDefaultExecutor = exec;
    }

    /**
     * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
     */
    public AsyncTask() {
        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);
                }
            }
        };
    }

    private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
        final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
        if (!wasTaskInvoked) {
            postResult(result);
        }
    }
    //doInBackground執行完畢，發送消息
    private Result postResult(Result result) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Message message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
                new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
        message.sendToTarget();
        return result;
    }

    /**
     * 返回任務的狀態
     */
    public final Status getStatus() {
        return mStatus;
    }

    /**
     * 這個方法是我們必須要重寫的，用來做後臺計算
     * 所在線程：後臺線程
     */
    protected abstract Result doInBackground(Params... params);

    /**
     * 在doInBackground之前調用，用來做初始化工作
     * 所在線程：UI線程
     */
    protected void onPreExecute() {
    }

    /**
     * 在doInBackground之後調用，用來接受後臺計算結果更新UI
     * 所在線程：UI線程
     */
    protected void onPostExecute(Result result) {
    }

    /**
     * Runs on the UI thread after {@link #publishProgress} is invoked.
     /**
     * 在publishProgress之後調用，用來更新計算進度
     * 所在線程：UI線程
     */
    protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
    }

     /**
     * cancel被調用並且doInBackground執行結束，會調用onCancelled，表示任務被取消
     * 這個時候onPostExecute不會再被調用，二者是互斥的，分別表示任務取消和任務執行完成
     * 所在線程：UI線程
     */
    @SuppressWarnings({"UnusedParameters"})
    protected void onCancelled(Result result) {
        onCancelled();
    }

    protected void onCancelled() {
    }

    public final boolean isCancelled() {
        return mCancelled.get();
    }

    public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
        mCancelled.set(true);
        return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);
    }

    public final Result get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        return mFuture.get();
    }

    public final Result get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
            ExecutionException, TimeoutException {
        return mFuture.get(timeout, unit);
    }

    /**
     * 這個方法如何執行和系統版本有關，在AsyncTask的使用規則裏已經說明，如果你真的想使用並行AsyncTask，
     * 也是可以的，只要稍作修改
     * 必須在UI線程調用此方法
     */
    public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
        //串行執行
        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
        //如果我們想並行執行，這樣改就行了，當然這個方法我們沒法改
        //return executeOnExecutor(THREAD_POOL_EXECUTOR, params);
    }

    /**
     * 通過這個方法我們可以自定義AsyncTask的執行方式，串行or並行，甚至可以採用自己的Executor
     * 爲了實現並行，我們可以在外部這麼用AsyncTask：
     * asyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, Params... params);
     * 必須在UI線程調用此方法
     */
    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;
        //這裏#onPreExecute會最先執行
        onPreExecute();

        mWorker.mParams = params;
        //然後後臺計算#doInBackground才真正開始
        exec.execute(mFuture);
        //接着會有#onProgressUpdate被調用，最後是#onPostExecute

        return this;
    }

    /**
     * 這是AsyncTask提供的一個靜態方法，方便我們直接執行一個runnable
     */
    public static void execute(Runnable runnable) {
        sDefaultExecutor.execute(runnable);
    }

    /**
     * 打印後臺計算進度，onProgressUpdate會被調用
     */
    protected final void publishProgress(Progress... values) {
        if (!isCancelled()) {
            sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                    new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
        }
    }

    //任務結束的時候會進行判斷，如果任務沒有被取消，則onPostExecute會被調用
    private void finish(Result result) {
        if (isCancelled()) {
            onCancelled(result);
        } else {
            onPostExecute(result);
        }
        mStatus = Status.FINISHED;
    }

    //AsyncTask內部Handler，用來發送後臺計算進度更新消息和計算完成消息
    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 static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
        Params[] mParams;
    }

    @SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})
    private static class AsyncTaskResult<Data> {
        final AsyncTask mTask;
        final Data[] mData;

        AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
            mTask = task;
            mData = data;
        }
    }
}

讓你的AsyncTask在3.0以上的系統中並行起來

通過上面的源碼分析，我已經給出了在3.0以上系統中讓AsyncTask並行執行的方法，現在，讓我們來試一試，代碼還是之前採用的測試代碼，我們要稍作修改，調用AsyncTask的executeOnExecutor方法而不是execute，請看：

@TargetApi(Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB)
@Override
public void onClick(View v) {
    if (v == mButton) {
        new MyAsyncTask("AsyncTask#1").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#2").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#3").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#4").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
        new MyAsyncTask("AsyncTask#5").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");
    }

}

private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

    private String mName = "AsyncTask";

    public MyAsyncTask(String name) {
        super();
        mName = name;
    }

    @Override
    protected String doInBackground(String... params) {
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return mName;
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(String result) {
        super.onPostExecute(result);
        SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        Log.e(TAG, result + "execute finish at " + df.format(new Date()));
    }
}

下面是系統爲4.1.1手機打印出的Log：很顯然，我們的目的達到了，成功的讓AsyncTask在4.1.1的手機上並行起來了，很高興吧！希望這篇文章對你有用。