Android AsyncTask解析
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,参考之前一篇文章Android 异步消息处理机制:Looper、Handler、Message。但是费时的任务操作总会启动一些匿名的子线程,太多的子线程会给系统带来巨大的负担,随之带来一些性能问题。因此Android提供了一个工具类AsyncTask,顾名思义异步执行任务,使用它就可以非常灵活方便地从子线程切换到UI线程。
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Params,Progress和Result,这三个参数的用途如下:
- Params
传入doInBackground()方法的参数类型。启动任务执行的输入参数,比如HTTP请求的URL。 - Progress
传入onProgressUpdate()方法的参数类型。后台任务执行的百分比。 - Result
传入onPostExecute()方法的参数类型,也是doInBackground()方法返回的类型。后台执行任务最终返回的结果,比如String,Integer等
AsyncTask的执行分为四个步骤,每一步都对应一个回调方法,开发者需要实现这些方法:
- onPreExecute()
该方法将在执行实际的后台操作前被UI 线程调用。可以在该方法中做一些准备工作,如在界面上显示一个进度条,或者一些控件的实例化,这个方法可以不用实现。 - doInBackground(Params…)
将在onPreExecute 方法执行后马上执行,该方法运行在后台线程中。这里将主要负责执行那些很耗时的后台处理工作。可以调用 publishProgress方法来更新实时的任务进度。该方法是抽象方法,子类必须实现。 - onProgressUpdate(Progress…)
在publishProgress方法被调用后,UI 线程将调用这个方法从而在界面上展示任务的进展情况,例如通过一个进度条进行展示。 - onPostExecute(Result)
在doInBackground 执行完成后,onPostExecute 方法将被UI 线程调用,后台的计算结果将通过该方法传递到UI 线程,并且在界面上展示给用户. - onCancelled()
在用户取消线程操作的时候调用。当在主线程中调用task.cancel()的时候回调。和onPostExecute一样,都是在UI线程中执行,所以当我们想要取消之后,有些界面变化我们可以在oncancel里面改变UI。
注:public final boolean cancel (boolean mayInterruptIfRunning)
当布尔值为true时,表示直接中断当前正在执行的任务,否则中断那些等待执行还尚未执行的任务。
当调用cancel()后,在doInBackground() return后,我们将会调用onCancelled(Object) 不再调用onPostExecute(Object)。为了保证任务更快取消掉,应该在doInBackground()中周期性的检查iscancelled 去进行判断。
class DownloadTask extends AsyncTask<String, Integer, Boolean> { @Override protected void onPreExecute() { progressDialog.show(); } @Override protected Boolean doInBackground(String... params) { try { String url = params[0]; while (true) { int downloadPercent = doDownload(url); 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(); } }}
在UI线程中启动这个任务:
DownloadTask task = new DownloadTask();task.execute(URL);
以上就是AsyncTask的基本用法,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。
注:
1.Task的实例必须在UI 线程中创建。
2.execute方法必须在UI 线程中调用。
3.不要手动调用onPreExecute(), onPostExecute(Result),doInBackground(Params…), onProgressUpdate(Progress…)这几个方法,需要在UI线程中实例化这个task来回调。
4.该task只能被执行一次,否则多次调用时将会出现异常。
AsyncTask的源码分析
接下来,我们来分析一下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 M(6.0)的源码,源码我已经上传了,下载地址:Android M(6.0)的源码。
执行任一任务之前,要先new出它的实例,因此,我们先来看一看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); //noinspection unchecked Result result = doInBackground(mParams); Binder.flushPendingCommands(); return postResult(result); } }; 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 occurred while executing doInBackground()",e.getCause()); } catch (CancellationException e) { postResultIfNotInvoked(null); } } }; }
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,来看看execute()方法的源码:
public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) { return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);}
代码很简单,只有一句,再进去看看:
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; }
可以看到,onPreExecute()方法在此处调用。那么doInBackground()什么时候执行呢?别着急,往后看。在第13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?往下追踪:
public static void execute(Runnable runnable) { sDefaultExecutor.execute(runnable);}
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
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,刚才的sDefaultExecutor.execute(runnable)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
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。
SerialExecutor类中也有一个execute()方法,这个方法里的所有逻辑都是在子线程中执行的,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:
public void run() { if (state != NEW || !U.compareAndSwapObject(this, RUNNER, null, Thread.currentThread())) return; try { Callable<V> c = callable; if (c != null && state == NEW) { V result; boolean ran; try { result = c.call(); ran = true; } catch (Throwable ex) { result = null; ran = false; setException(ex); } if (ran) set(result); } } finally { // runner must be non-null until state is settled to // prevent concurrent calls to run() runner = null; // state must be re-read after nulling runner to prevent // leaked interrupts int s = state; if (s >= INTERRUPTING) handlePossibleCancellationInterrupt(s); } }
可以看到,在第10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:
mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() { public Result call() throws Exception { mTaskInvoked.set(true);Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND); //noinspection unchecked Result result = doInBackground(mParams); Binder.flushPendingCommands(); return postResult(result); }};
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) { @SuppressWarnings("unchecked") Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,new AsyncTaskResult<Result>(this, result)); message.sendToTarget(); return result;}
这里使用getHandler()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getHandler()对象是什么呢?来看一下:
private static Handler getHandler() { synchronized (AsyncTask.class) { if (sHandler == null) { sHandler = new InternalHandler(); } return sHandler; } }
它是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 { public InternalHandler() { super(Looper.getMainLooper()); } @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。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()) { getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS, new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget(); }}
完全正确!正是这里发出的消息。正因为如此,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。
注: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,还可以自由地进行配置。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。
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