Android消息处理机制——AsyncTask 源码解析

前言

之前写过一篇 Android消息处理机制（Looper、Handler、Message），主要想解决的问题就是：Android UI是线程不安全的，如果想要在子线程里进行更新UI操作，就需要借助Android的消息处理机制。Handler + Message是一种方式，但是Android提供了一个非常方便的AsyncTask类，让我们更加灵活的从子线程切换到UI主线程，从而进行UI更新操作。只是会使用AsyncTask类并不能满足我的求知欲望，我更想从源码级别的程度了解AsyncTask类。恰好搜到了郭神的一篇博客，直接参考其中的内容了。

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转载注明出处：http://blog.csdn.net/guolin_blog/article/details/11711405，但是这篇文章不仅仅是转载，更包含了我自己的思想在里面。

AsyncTask基本用法

首先，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他，就必须要创建一个子类来继承它。在继承时我们可以为AsyncTask类指定三个泛型参数，其中Params是可变长的泛型参数，这三个参数的用途如下：

Params：在执行AsyncTask时需要传入的参数，可用于在后台任务中使用。
Progress：后台执行任务时，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。
Result：当后台任务执行完毕后，如果需要对后台结果进行返回，则使用这里指定的泛型作为返回值类型。

因此，一个简单的自定义AsyncTask就可以写成如下方式：

private class UpdateAsyncTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {@Overrideprotected void onPreExecute() {// TODO Auto-generated method stubsuper.onPreExecute();}@Overrideprotected Boolean doInBackground(Void... params) {// TODO Auto-generated method stubreturn null;}@Overrideprotected void onPostExecute(Boolean result) {// TODO Auto-generated method stubsuper.onPostExecute(result);}}

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，表示子线程中返回的数据类型。目前我们自定义的UpdateAsyncTask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()：这个方法在后台任务开始执行之前进行调用，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速度，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，一个比较完善的自定义AsyncTask就可以写成如下方式：

private class UpdateAsyncTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> {@Overrideprotected void onPreExecute() {progressDialog.show();}@Overrideprotected Boolean doInBackground(Void... params) {try {while (true) {int downloadPercent = doDownload();publishProgress(downloadPercent);if (downloadPercent >= 100) {break;}}} catch (Exception e) {return false;}return true;}@Overrideprotected void onProgressUpdate(Integer... values) {progressDialog.setMessage("当前下载进度:" + values[0] + "%");}@Overrideprotected 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 UpdateAsyncTask().execute();

以上就是AsyncTask的基本用法，怎么样，是不是感觉子线程和UI线程之间进行切换变得灵活了很多？我们并不需要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源码

从之前的UpdateAsyncTask的代码就可以看出，在启动某一任务之前，要先new出它的实例。因此，我们先来看一下AsyncTask构造函数的源码，如下所示：

    /**     * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.     */    public MyAsyncTask() {        mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {            public Result call() throws Exception {                mTaskInvoked.set(true);                android.os.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，但实际上并没有任务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持在内存中，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 MyAsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);    }

简单的有点过分，只有一行代码，仅仅是调用了executeOnExecutor()方法，那么具体的逻辑就应该写在这个方法里了，跟进去看一下：

    public final MyAsyncTask<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。首先，代码中会判断mStatus的状态，当mStatus的状态为RUNNING或者FINISHED的时候，代码会直接抛出IllegalStateException。这非常符合正常的逻辑，因为正在执行或者已经执行结束的任务是不能再次执行的。这里同样解释了一个问题：为什么AsyncTask的对象只能被执行一次，再次执行就会抛出异常。因此，想多次执行同一个任务，就需要每次都new出一个新的AsyncTask对象来，因此每个对象的mStatus的初始值为PENDING，一旦调用了execute方法之后，就改变了。mStatus判断结束后，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，exec.execute(mFuture)方法将前面初始化的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出来一个SERIAL_EXECUTOR常量，然后将sDefaultExecutor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，也就是说我们在r.run()方法里调用的是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 threadV result;try {result = callable.call();} catch (Throwable ex) {setException(ex);return;}set(result);} else {releaseShared(0); // cancel}}

可以看到，这里调用了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);                android.os.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，虽然经过了很多周转，但目前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，postResult()方法的源码如下：

    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Android异步消息处理机制，这段代码对你来说一定非常简单了吧。不熟悉的可以参考我之前的博客： Android消息处理机制（Looper、Handler、Message源码分析）。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handlerMessage()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;            }        }    }

同时，我们还需要看一下InternalHandler初始化的过程，源码如下：

    private static final InternalHandler sHandler = new InternalHandler();

可以看到，sHandler是在AsyncTask类初始化的过程中就已经被实例化了，而AsyncTask类的初始化是在UI主线程中，因此这里的sHandler中的Looper对象就是UI主线程的Looper对象，从而向sHandler发送消息就完成了子线程和UI主线程的消息通信。
继续分析finish方法的源码，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AsyncTask类的finish()方法。如果这是一条MESSAGE_POST_PROGRESS消息，就会去执行onProgressUpdate()方法。因此这里发送的是MESSAGE_POST_RESULT消息，因此会调用finish()方法。finish()方法的源码如下：

    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。最后，将mStatus的状态设置为FINISHED，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，调用的正式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。

AsyncTask任务调度

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并没有进一步的研究。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，这里再次贴出代码：

    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Runnable对象。之后如果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，于是就不会在调用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。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：

public ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);new UpdateAsyncTask().executeOnExecutor(executorService);

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5个任务同时执行。

前言

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AsyncTask任务调度

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