Android AsyncTask 源码解析

释放双眼,带上耳机,听听看~!

1、概述

相信大家对AsyncTask都不陌生,对于执行耗时任务,然后更新UI是一把利器,当然也是替代Thread + Handler 的一种方式。如果你对Handler机制还不了解,请看:Android 异步消息处理机制 让你深入理解 Looper、Handler、Message三者关系

2、简单的例子

相信大家都写过这样的代码:

package com.example.zhy_asynctask_demo01;
import android.app.Activity;
import android.app.ProgressDialog;
import android.os.AsyncTask;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends Activity
{
private static final String TAG = "MainActivity";
private ProgressDialog mDialog;
private TextView mTextView;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mTextView = (TextView) findViewById(R.id.id_tv);
mDialog = new ProgressDialog(this);
mDialog.setMax(100);
mDialog.setProgressStyle(ProgressDialog.STYLE_HORIZONTAL);
mDialog.setCancelable(false);
new MyAsyncTask().execute();
}
private class MyAsyncTask extends AsyncTask<Void, Integer, Void>
{
@Override
protected void onPreExecute()
{
mDialog.show();
Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName() + " onPreExecute ");
}
@Override
protected Void doInBackground(Void... params)
{
// 模拟数据的加载,耗时的任务
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
try
{
Thread.sleep(80);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
publishProgress(i);
}
Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName() + " doInBackground ");
return null;
}
@Override
protected void onProgressUpdate(Integer... values)
{
mDialog.setProgress(values[0]);
Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName() + " onProgressUpdate ");
}
@Override
protected void onPostExecute(Void result)
{
// 进行数据加载完成后的UI操作
mDialog.dismiss();
mTextView.setText("LOAD DATA SUCCESS ");
Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName() + " onPostExecute ");
}
}
}

进入某个Activity,Activity中需要的数据来自于网络或者其它耗时操作,可以在AsyncTask中onPreExecute完成一些准备操作,比如上例中显示进度对话框;然后在doInBackground完成耗时操作,在进行耗时操作时还能不时的通过publishProgress给onProgressUpdate中传递参数,然后在onProgressUpdate中可以进行UI操作,比如上例更新进度条的进度;当耗时任务执行完成后,最后在onPostExecute进行设置控件数据更新UI等操作,例如隐藏进度对话框。

效果图:

3、源码解析

注:本篇源码分析基于Andorid-17,因为和3.0之前版本变动较大,有必要标出。

那么大家一定好奇,AsyncTask在Android中是如何实现的,下面进行源码分析:从我们的执行异步任务的起点开始,进入execute方法:

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

18行:设置当前AsyncTask的状态为RUNNING,上面的switch也可以看出,每个异步任务在完成前只能执行一次。
20行:执行了onPreExecute(),当前依然在UI线程,所以我们可以在其中做一些准备工作。
22行:将我们传入的参数赋值给了mWorker.mParams
23行:exec.execute(mFuture)

相信大家对22行出现的mWorker,以及23行出现的mFuture都会有些困惑。
mWorker找到这个类:

private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
Params[] mParams;
}

可以看到是Callable的子类,且包含一个mParams用于保存我们传入的参数,下面看初始化mWorker的代码:

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));
}
};
//….
}

可以看到mWorker在构造方法中完成了初始化,并且因为是一个抽象类,在这里new了一个实现类,实现了call方法,call方法中设置mTaskInvoked=true,且最终调用doInBackground(mParams)方法,并返回Result值作为参数给postResult方法.可以看到我们的doInBackground出现了,下面继续看:

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

可以看到postResult中出现了我们熟悉的异步消息机制,传递了一个消息message, message.what为MESSAGE_POST_RESULT;message.object= new AsyncTaskResult(this,result);

 private static class AsyncTaskResult<Data> {
final AsyncTask mTask;
final Data[] mData;
AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
mTask = task;
mData = data;
}
}

AsyncTaskResult就是一个简单的携带参数的对象。

看到这,我相信大家肯定会想到,在某处肯定存在一个sHandler,且复写了其handleMessage方法等待消息的传入,以及消息的处理。

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;
}
}
}

哈哈,出现了我们的handleMessage,可以看到,在接收到MESSAGE_POST_RESULT消息时,执行了result.mTask.finish(result.mData[0]);其实就是我们的AsyncTask.this.finish(result),于是看finish方法

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

可以看到,如果我们调用了cancel()则执行onCancelled回调;正常执行的情况下调用我们的onPostExecute(result);主要这里的调用是在handler的handleMessage中,所以是在UI线程中。如果你对异步消息机制不理解请看:Android 异步消息处理机制 让你深入理解 Looper、Handler、Message三者关系
最后将状态置为FINISHED。

mWoker看完了,应该到我们的mFuture了,依然实在构造方法中完成mFuture的初始化,将mWorker作为参数,复写了其done方法。

public AsyncTask() {
...
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);
}
}
};
}

16行:任务执行结束会调用:postResultIfNotInvoked(get());get()表示获取mWorker的call的返回值,即Result.然后看postResultIfNotInvoked方法

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

如果mTaskInvoked不为true,则执行postResult;但是在mWorker初始化时就已经将mTaskInvoked为true,所以一般这个postResult执行不到。
好了,到了这里,已经介绍完了execute方法中出现了mWorker和mFurture,不过这里一直是初始化这两个对象的代码,并没有真正的执行。下面我们看真正调用执行的地方。
execute方法中的:
还记得上面的execute中的23行:exec.execute(mFuture)

exec为executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params)中的sDefaultExecutor

下面看这个sDefaultExecutor

private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
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);
}
}
}

可以看到sDefaultExecutor其实为SerialExecutor的一个实例,其内部维持一个任务队列;直接看其execute(Runnable runnable)方法,将runnable放入mTasks队尾;
16-17行:判断当前mActive是否为空,为空则调用scheduleNext方法
20行:scheduleNext,则直接取出任务队列中的队首任务,如果不为null则传入THREAD_POOL_EXECUTOR进行执行。
下面看THREAD_POOL_EXECUTOR为何方神圣:

public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
=new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

可以看到就是一个自己设置参数的线程池,参数为:

private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = 128;
private static final int KEEP_ALIVE = 1;
private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
public Thread newThread(Runnable r) {
return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
}
};
private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10);

看到这里,大家可能会认为,背后原来有一个线程池,且最大支持128的线程并发,加上长度为10的阻塞队列,可能会觉得就是在快速调用138个以内的AsyncTask子类的execute方法不会出现问题,而大于138则会抛出异常。
其实不是这样的,我们再仔细看一下代码,回顾一下sDefaultExecutor,真正在execute()中调用的为sDefaultExecutor.execute:

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,如果此时有10个任务同时调用execute(s synchronized)方法,第一个任务入队,然后在mActive = mTasks.poll()) != null被取出,并且赋值给mActivte,然后交给线程池去执行。然后第二个任务入队,但是此时mActive并不为null,并不会执行scheduleNext();所以如果第一个任务比较慢,10个任务都会进入队列等待;真正执行下一个任务的时机是,线程池执行完成第一个任务以后,调用Runnable中的finally代码块中的scheduleNext,所以虽然内部有一个线程池,其实调用的过程还是线性的。一个接着一个的执行,相当于单线程。

4、总结

到此源码解释完毕,由于代码跨度比较大,我们再回顾一下:

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

18行:设置当前AsyncTask的状态为RUNNING,上面的switch也可以看出,每个异步任务在完成前只能执行一次。
20行:执行了onPreExecute(),当前依然在UI线程,所以我们可以在其中做一些准备工作。
22行:将我们传入的参数赋值给了mWorker.mParams ,mWorker为一个Callable的子类,且在内部的call()方法中,调用了doInBackground(mParams),然后得到的返回值作为postResult的参数进行执行;postResult中通过sHandler发送消息,最终sHandler的handleMessage中完成onPostExecute的调用。
23行:exec.execute(mFuture),mFuture为真正的执行任务的单元,将mWorker进行封装,然后由sDefaultExecutor交给线程池进行执行。

 

5、publishProgress

说了这么多,我们好像忘了一个方法:publishProgress

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

也很简单,直接使用sHandler发送一个消息,并且携带我们传入的值;

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;
}
}
}

在handleMessage中进行了我们的onProgressUpdate(result.mData);的调用。

6、AsyncTask曾经缺陷

记得以前有个面试题经常会问道:AsyncTask运行的原理是什么?有什么缺陷?

以前对于缺陷的答案可能是:AsyncTask在并发执行多个任务时发生异常。其实还是存在的,在3.0以前的系统中还是会以支持多线程并发的方式执行,支持并发数也是我们上面所计算的128,阻塞队列可以存放10个;也就是同时执行138个任务是没有问题的;而超过138会马上出现java.util.concurrent.RejectedExecutionException;

而在在3.0以上包括3.0的系统中会为单线程执行(即我们上面代码的分析);

空说无凭:下面看测试代码:

package com.example.zhy_asynctask_demo01;
import android.app.Activity;
import android.app.ProgressDialog;
import android.os.AsyncTask;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.widget.TextView;
public class MainActivity extends Activity
{
private static final String TAG = "MainActivity";
private ProgressDialog mDialog;
private TextView mTextView;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)
{
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mTextView = (TextView) findViewById(R.id.id_tv);
mDialog = new ProgressDialog(this);
mDialog.setMax(100);
mDialog.setProgressStyle(ProgressDialog.STYLE_HORIZONTAL);
mDialog.setCancelable(false);
for(int i = 1 ;i <= 138 ; i++)
{
new MyAsyncTask2().execute();
}
//new MyAsyncTask().execute();
}
private class MyAsyncTask2 extends AsyncTask<Void,Void, Void>
{
@Override
protected Void doInBackground(Void... params)
{
try
{
Log.e(TAG, Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
}

可以看到我for循环中执行138个异步任务,每个异步任务的执行需要10s;下面使用2.2的模拟器进行测试:

输出结果为:

AsyncTask#1 – AsyncTask #128同时输出
然后10s后,另外10个任务输出。
可以分析结果,得到结论:AsyncTask在2.2的系统中同时支持128个任务并发,至少支持10个任务等待;

下面将138个任务,改成139个任务:

for(int i = 1 ;i <= 139 ; i++)
{
new MyAsyncTask2().execute();
}

运行结果:会发生异常:java.util.concurrent.RejectedExecutionException ; 于是可以确定仅支持10个任务等待,超过10个则立即发生异常。
简单说一下出现异常的原因:现在是139个任务,几乎同时提交,线程池支持128个的并发,然后阻塞队列数量为10,此时当第11个任务提交的时候则会发生异常。

简单看一下源码:

 public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
= new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

看ThreadPoolExecutor的execute方法:

if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);

当阻塞队列满的时候workQueue.offer(command)返回false;然后执行addWorker(command,false)方法,如果返回false则执行reject()方法.

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
…
int wc = workerCountOf(c);
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
…
}

可以看到当任务数目大于容量则返回false,最终在reject()中抛出异常。

上面就是使用2.2模拟器测试的结果;

下面将系统改为4.1.1,也就是我的测试机小米2s

把线程数改为139甚至1000,你可以看到任务一个接一个的在那缓慢的执行,不会抛什么异常,不过线程倒是1个1个的在那执行;

 

好了,如果现在大家去面试,被问到AsyncTask的缺陷,可以分为两个部分说,在3.0以前,最大支持128个线程的并发,10个任务的等待。在3.0以后,无论有多少任务,都会在其内部单线程执行;

 

至此,AsyncTask源码分析完毕,相信大家对AsyncTask有了更深的理解~~~

 

测试代码点击下载

 

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