Android AsyncTask完全解析 带你从源码的角度彻底理解

我们都知道，android ui是线程不安全的，如果想要在子线程里进行ui操作，就需要借助android的异步消息处理机制。之前我也写过了一篇文章从源码层面分析了android的异步消息处理机制。

不过为了更加方便我们在子线程中更新ui元素，android从1.5版本就引入了一个asynctask类，使用它就可以非常灵活方便地从子线程切换到ui线程，我们本篇文章的主角也就正是它了。
asynctask很早就出现在android的api里了，所以我相信大多数朋友对它的用法都已经非常熟悉。不过今天我还是准备从asynctask的基本用法开始讲起，然后我们再来一起分析下asynctask源码，看看它是如何实现的，最后我会介绍一些关于asynctask你所不知道的秘密。
asynctask的基本用法
首先来看一下asynctask的基本用法，由于asynctask是一个抽象类，所以如果我们想使用它，就必须要创建一个子类去继承它。在继承时我们可以为asynctask类指定三个泛型参数，这三个参数的用途如下：
1. params
在执行asynctask时需要传入的参数，可用于在后台任务中使用。
2. progress
后台任务执行时，如果需要在界面上显示当前的进度，则使用这里指定的泛型作为进度单位。
3. result
当任务执行完毕后，如果需要对结果进行返回，则使用这里指定的泛型作为返回值类型。
因此，一个最简单的自定义asynctask就可以写成如下方式：

class downloadtask extends asynctask<void, integer, boolean> { 
  …… 
} 

这里我们把asynctask的第一个泛型参数指定为void，表示在执行asynctask的时候不需要传入参数给后台任务。第二个泛型参数指定为integer，表示使用整型数据来作为进度显示单位。第三个泛型参数指定为boolean，则表示使用布尔型数据来反馈执行结果。
当然，目前我们自定义的downloadtask还是一个空任务，并不能进行任何实际的操作，我们还需要去重写asynctask中的几个方法才能完成对任务的定制。经常需要去重写的方法有以下四个：
1. onpreexecute()
这个方法会在后台任务开始执行之间调用，用于进行一些界面上的初始化操作，比如显示一个进度条对话框等。
2. doinbackground(params...)
这个方法中的所有代码都会在子线程中运行，我们应该在这里去处理所有的耗时任务。任务一旦完成就可以通过return语句来将任务的执行结果进行返回，如果asynctask的第三个泛型参数指定的是void，就可以不返回任务执行结果。注意，在这个方法中是不可以进行ui操作的，如果需要更新ui元素，比如说反馈当前任务的执行进度，可以调用publishprogress(progress...)方法来完成。
3. onprogressupdate(progress...)
当在后台任务中调用了publishprogress(progress...)方法后，这个方法就很快会被调用，方法中携带的参数就是在后台任务中传递过来的。在这个方法中可以对ui进行操作，利用参数中的数值就可以对界面元素进行相应的更新。
4. onpostexecute(result)
当后台任务执行完毕并通过return语句进行返回时，这个方法就很快会被调用。返回的数据会作为参数传递到此方法中，可以利用返回的数据来进行一些ui操作，比如说提醒任务执行的结果，以及关闭掉进度条对话框等。
因此，一个比较完整的自定义asynctask就可以写成如下方式：

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("当前下载进度：" + values[0] + "%"); 
  } 
 
  @override 
  protected void onpostexecute(boolean result) { 
    progressdialog.dismiss(); 
    if (result) { 
      toast.maketext(context, "下载成功", toast.length_short).show(); 
    } else { 
      toast.maketext(context, "下载失败", toast.length_short).show(); 
    } 
  } 
} 

这里我们模拟了一个下载任务，在doinbackground()方法中去执行具体的下载逻辑，在onprogressupdate()方法中显示当前的下载进度，在onpostexecute()方法中来提示任务的执行结果。如果想要启动这个任务，只需要简单地调用以下代码即可：
new downloadtask().execute(); 
以上就是asynctask的基本用法，怎么样，是不是感觉在子线程和ui线程之间进行切换变得灵活了很多？我们并不需求去考虑什么异步消息处理机制，也不需要专门使用一个handler来发送和接收消息，只需要调用一下publishprogress()方法就可以轻松地从子线程切换到ui线程了。
分析asynctask的源码
虽然asynctask这么简单好用，但你知道它是怎样实现的吗？那么接下来，我们就来分析一下asynctask的源码，对它的实现原理一探究竟。注意这里我选用的是android 4.0的源码，如果你查看的是其它版本的源码，可能会有一些出入。
从之前downloadtask的代码就可以看出，在启动某一个任务之前，要先new出它的实例，因此，我们就先来看一看asynctask构造函数中的源码，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); 
      } 
    } 
  }; 
} 

这段代码虽然看起来有点长，但实际上并没有任何具体的逻辑会得到执行，只是初始化了两个变量，mworker和mfuture，并在初始化mfuture的时候将mworker作为参数传入。mworker是一个callable对象，mfuture是一个futuretask对象，这两个变量会暂时保存在内存中，稍后才会用到它们。
接着如果想要启动某一个任务，就需要调用该任务的execute()方法，因此现在我们来看一看execute()方法的源码，如下所示：

public final asynctask<params, progress, result> execute(params... params) { 
  return executeonexecutor(sdefaultexecutor, params); 
} 

简单的有点过分了，只有一行代码，仅是调用了executeonexecutor()方法，那么具体的逻辑就应该写在这个方法里了，快跟进去瞧一瞧：

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，这里的代码看上去才正常点。可以看到，在第15行调用了onpreexecute()方法，因此证明了onpreexecute()方法会第一个得到执行。可是接下来的代码就看不明白了，怎么没见到哪里有调用doinbackground()方法呢？别着急，慢慢找总会找到的，我们看到，在第17行调用了executor的execute()方法，并将前面初始化的mfuture对象传了进去，那么这个executor对象又是什么呢？查看上面的execute()方法，原来是传入了一个sdefaultexecutor变量，接着找一下这个sdefaultexecutor变量是在哪里定义的，源码如下所示：

public static final executor serial_executor = new serialexecutor(); 
…… 
private static volatile executor sdefaultexecutor = serial_executor; 

可以看到，这里先new出了一个serial_executor常量，然后将sdefaultexecutor的值赋值为这个常量，也就是说明，刚才在executeonexecutor()方法中调用的execute()方法，其实也就是调用的serialexecutor类中的execute()方法。那么我们自然要去看看serialexecutor的源码了，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类中也有一个execute()方法，这个方法里的所有逻辑就是在子线程中执行的了，注意这个方法有一个runnable参数，那么目前这个参数的值是什么呢？当然就是mfuture对象了，也就是说在第9行我们要调用的是futuretask类的run()方法，而在这个方法里又会去调用sync内部类的innerrun()方法，因此我们直接来看innerrun()方法的源码：

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行调用了callable的call()方法，那么这个callable对象是什么呢？其实就是在初始化mfuture对象时传入的mworker对象了，此时调用的call()方法，也就是一开始在asynctask的构造函数中指定的，我们把它单独拿出来看一下，代码如下所示：

public result call() throws exception { 
  mtaskinvoked.set(true); 
  process.setthreadpriority(process.thread_priority_background); 
  return postresult(doinbackground(mparams)); 
} 

在postresult()方法的参数里面，我们终于找到了doinbackground()方法的调用处，虽然经过了很多周转，但目前的代码仍然是运行在子线程当中的，所以这也就是为什么我们可以在doinbackground()方法中去处理耗时的逻辑。接着将doinbackground()方法返回的结果传递给了postresult()方法，这个方法的源码如下所示：

private result postresult(result result) { 
  message message = shandler.obtainmessage(message_post_result, 
      new asynctaskresult<result>(this, result)); 
  message.sendtotarget(); 
  return result; 
} 

如果你已经熟悉了异步消息处理机制，这段代码对你来说一定非常简单吧。这里使用shandler对象发出了一条消息，消息中携带了message_post_result常量和一个表示任务执行结果的asynctaskresult对象。这个shandler对象是internalhandler类的一个实例，那么稍后这条消息肯定会在internalhandler的handlemessage()方法中被处理。internalhandler的源码如下所示：

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; 
    } 
  } 
} 

这里对消息的类型进行了判断，如果这是一条message_post_result消息，就会去执行finish()方法，如果这是一条message_post_progress消息，就会去执行onprogressupdate()方法。那么finish()方法的源码如下所示：

private void finish(result result) { 
  if (iscancelled()) { 
    oncancelled(result); 
  } else { 
    onpostexecute(result); 
  } 
  mstatus = status.finished; 
} 

可以看到，如果当前任务被取消掉了，就会调用oncancelled()方法，如果没有被取消，则调用onpostexecute()方法，这样当前任务的执行就全部结束了。
我们注意到，在刚才internalhandler的handlemessage()方法里，还有一种message_post_progress的消息类型，这种消息是用于当前进度的，调用的正是onprogressupdate()方法，那么什么时候才会发出这样一条消息呢？相信你已经猜到了，查看publishprogress()方法的源码，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()方法中调用publishprogress()方法才可以从子线程切换到ui线程，从而完成对ui元素的更新操作。其实也没有什么神秘的，因为说到底，asynctask也是使用的异步消息处理机制，只是做了非常好的封装而已。
读到这里，相信你对asynctask中的每个回调方法的作用、原理、以及何时会被调用都已经搞明白了吧。
关于asynctask你所不知道的秘密
不得不说，刚才我们在分析serialexecutor的时候，其实并没有分析的很仔细，仅仅只是关注了它会调用mfuture中的run()方法，但是至于什么时候会调用我们并没有进一步地研究。其实serialexecutor也是asynctask在3.0版本以后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，因此在整个应用程序中的所有asynctask实例都会共用同一个serialexecutor。下面我们就来对这个类进行更加详细的分析，为了方便阅读，我把它的代码再贴出来一遍：

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这个队列来管理runnable对象的，如果我们一次性启动了很多个任务，首先在第一次运行execute()方法的时候，会调用arraydeque的offer()方法将传入的runnable对象添加到队列的尾部，然后判断mactive对象是不是等于null，第一次运行当然是等于null了，于是会调用schedulenext()方法。在这个方法中会从队列的头部取值，并赋值给mactive对象，然后调用thread_pool_executor去执行取出的取出的runnable对象。之后如何又有新的任务被执行，同样还会调用offer()方法将传入的runnable添加到队列的尾部，但是再去给mactive对象做非空检查的时候就会发现mactive对象已经不再是null了，于是就不会再调用schedulenext()方法。
那么后面添加的任务岂不是永远得不到处理了？当然不是，看一看offer()方法里传入的runnable匿名类，这里使用了一个try finally代码块，并在finally中调用了schedulenext()方法，保证无论发生什么情况，这个方法都会被调用。也就是说，每次当一个任务执行完毕后，下一个任务才会得到执行，serialexecutor模仿的是单一线程池的效果，如果我们快速地启动了很多任务，同一时刻只会有一个线程正在执行，其余的均处于等待状态。android照片墙应用实现，再多的图片也不怕崩溃 这篇文章中例子的运行结果也证实了这个结论。
不过你可能还不知道，在android 3.0之前是并没有serialexecutor这个类的，那个时候是直接在asynctask中构建了一个sexecutor常量，并对线程池总大小，同一时刻能够运行的线程数做了规定，代码如下所示：

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，这里规定同一时刻能够运行的线程数为5个，线程池总大小为128。也就是说当我们启动了10个任务时，只有5个任务能够立刻执行，另外的5个任务则需要等待，当有一个任务执行完毕后，第6个任务才会启动，以此类推。而线程池中最大能存放的线程数是128个，当我们尝试去添加第129个任务时，程序就会崩溃。
因此在3.0版本中asynctask的改动还是挺大的，在3.0之前的asynctask可以同时有5个任务在执行，而3.0之后的asynctask同时只能有1个任务在执行。为什么升级之后可以同时执行的任务数反而变少了呢？这是因为更新后的asynctask已变得更加灵活，如果不想使用默认的线程池，还可以*地进行配置。比如使用如下的代码来启动任务：

executor exec = new threadpoolexecutor(15, 200, 10, 
    timeunit.seconds, new linkedblockingqueue<runnable>()); 
new downloadtask().executeonexecutor(exec); 

这样就可以使用我们自定义的一个executor来执行任务，而不是使用serialexecutor。上述代码的效果允许在同一时刻有15个任务正在执行，并且最多能够存储200个任务。
好了，到这里我们就已经把关于asynctask的所有重要内容深入浅出地理解了一遍，相信在将来使用它的时候能够更加得心应手。