Android中的AsyncTask的工作原理

Android中的线程机制是非常重要的,在很多情况下为了使APP不卡顿,我们需要将很多事情放到子线程中执行,使主线程尽量没有耗时操作,否则会导致ANR.Android中的线程几乎完全采用了Java中的线程机制,那么创建、销毁、调度线程对线程的了解就很重要了.

Runnable/Callable

如何创建一个线程我相信只要做过Java的都会创建.这里就简单介绍一下.

new Thread(){
            @Override
            public void run() {
                super.run();
            }
        };
        
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                
            }
        });

需要注意的是

Runnable 和 Callable,它们两个都是线程中执行的任务,主要区别是Callable可以在任务完成时能够返回一个值,Callable 可以返回装载有计算结果的 Future 对象.它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过 Future 对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果；Runnable是执行工作的独立任务,它不返回任何值.

Thread类只支持Runnable接口,只有线程池支持Callable

下面我们通过一个例子,看一下Callable

private static void callable() {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        List<Future<String>> futureList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            //submit 会产生Future对象 它用Callable返回的结果的特定类型进行了参数化
            //可以用future.isDone来查询future是否已经完成 直接调用future.get可能会阻塞 知道结果准备就绪
            futureList.add(executorService.submit(new TaskWithResult(i)));
        }
        for (Future<String> future : futureList) {
            try {
                if (future.isDone()) {
                    System.out.println(future.get());
                }
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                System.out.println(e);
            } finally {
                executorService.shutdown();
            }
        }
    }
    
public class TaskWithResult implements Callable<String> {

    private int id;

    public TaskWithResult(int id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public String call() throws Exception {
        return "TaskWithResult is id:" + id;
    }
}

Thread 也可以实现这种方式,FutureTask

关于FutureTask

FutureTask 实现了 Runnable, Future<V> ,它既可以被Thread使用,也可以被Executor使用.

Future 弥补了线程设计的不足,他可以让你知道线程是否执行完毕,并且执行完毕后返回的结果.可以取消的异步的计算任务,get获取结果会阻塞等待直到结果准备就绪

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

    boolean isCancelled();

    boolean isDone();

    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

我们继续通过一个小例子看一下FutureTask如何工作的.

FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<String>(new Task()) {
           @Override
           protected void done() {
               try {
                   String s = get();
                   System.out.print("result:" + s);
               } catch (ExecutionException e) {
                   e.printStackTrace();
               } catch (InterruptedException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
       };
       ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
       executorService.execute(futureTask);
       try {
           //阻塞 直到获得运行结果
           futureTask.get();
       } catch (Exception e) {
           e.printStackTrace();
       }
       
       static class Task implements Callable<String> {

       @Override
       public String call() throws Exception {
           //耗时操作
           Thread.sleep(3000);
           return "ok";
       }
   }

FutureTask 在Android中充当线程的角色还有 AsyncTask 、 HandlerThread 、 IntentService 等,下面通过AsyncTask来看看它是如何使用线程的

AsyncTask使用方法

什么是AsyncTask?这里我就不细说了,只要做过Android开发的都不陌生,AsyncTask它是一个轻量级的异步任务,内部封装了Thread和Handler，可以让我们在后台进行计算并且把计算的结果及时更新到UI上

AsyncTask使用的例子

private class Task extends AsyncTask<String, Integer, String> {

        @Override
        protected String doInBackground(String... strings) {
            return null;
        }

        @Override
        protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
            super.onProgressUpdate(values);
        }

        @Override
        protected void onPostExecute(String s) {
            super.onPostExecute(s);
        }

        @Override
        protected void onPreExecute() {
            super.onPreExecute();
        }
    }
    
    new Task().execute("123");

使用AsyncTask需要注意的地方:

AsyncTask的类必须在UI线程加载（从4.1开始系统会帮我们自动完成）
AsyncTask对象必须在UI线程创建
execute方法必须在UI线程调用
不要在你的程序中去直接调用onPreExecute(), onPostExecute, doInBackground, onProgressUpdate方法
一个AsyncTask对象只能执行一次，即只能调用一次execute方法，否则会报运行时异常
AsyncTask不是被设计为处理耗时操作的，耗时上限为几秒钟，如果要做长耗时操作，强烈建议你使用Executor，ThreadPoolExecutor以及FutureTask
在1.6之前，AsyncTask是串行执行任务的，1.6的时候AsyncTask开始采用线程池里处理并行任务，但是从3.0开始，为了避免AsyncTask所带来的并发错误，AsyncTask又采用一个线程来串行执行任务

AsyncTask源码解析(API 28)

分析AsyncTask工作原理,我们首先看AsyncTask的构造方法

public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
       //得到一个handler 这也是为什么AsyncTask 必须在主线程中调用，因为子线程中默认没有Looper无法创建
       //Handler
       mHandler = callbackLooper == null || callbackLooper == Looper.getMainLooper()
           ? getMainHandler()
           : new Handler(callbackLooper);
       //WorkerRunnable 实现了Callable 可以将任务的结果返回
       mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
           public Result call() throws Exception {
               //标记任务被执行
               mTaskInvoked.set(true);
               Result result = null;
               try {
                   //设置线程的优先级
                   Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                   //noinspection unchecked
                   //调用doInBackground 进行耗时操作比如网络请求 如果需要进度则需要在doInBackground方法中
                   //计算进度 然后传递给
                   result = doInBackground(mParams);
                   Binder.flushPendingCommands();
               } catch (Throwable tr) {
                   //标记任务被取消
                   mCancelled.set(true);
                   throw tr;
               } finally {
                   //得到结果 返回给 onPostExecute
                   postResult(result);
               }
               //将得到的结果返回
               return result;
           }
       };
       //FutureTask 进一步判断，如果任务没有被标记，那么将得到结果返回给 onPostExecute
       mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
           @Override
           protected void done() {
               try {
                   //如果任务没有被标记 将结果返回
                   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);
               }
           }
       };
   }

上述代码,在创建AsyncTask的时候,首先创建一个Handler,通过Handler将子线程切换到主线程中运行,这也就是为什么说创建AsyncTask必须在主线冲中创建.

WorkerRunnable 实现了Callable,同时我们还看到了 FutureTask ,我们着重看一下WorkerRunnable做了些什么?内部调用了 doInBackground(mParams); 执行任务,并将任务的结果返回 postResult .

postResult()方法如果将结果返回的?

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

在上面的代码中,给Handler发送了一个消息,在主线程返回结果

private static class InternalHandler extends Handler {
        public InternalHandler(Looper looper) {
            super(looper);
        }

        @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 主线程中将结果返回
                    result.mTask.finish(result.mData[0]);
                    break;
                case MESSAGE_POST_PROGRESS:
                    //任务执行进度
                    result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
                    break;
            }
        }
    }
    
      private void finish(Result result) {
        if (isCancelled()) {
            onCancelled(result);
        } else {
            onPostExecute(result);
        }
        mStatus = Status.FINISHED;
    }

在上面的代码中,调用了 onPostExecute(result) 方法,将结果返回,交给开发人员处理.通过上述代码,我们知道了AsyncTask是如何执行Runnable并且将结果返回的.

下面分析线程池是如何执行Runnable的,先从 execute 方法看起,如下所示:

@MainThread
    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;
        //调用准备执行任务
        onPreExecute();

        mWorker.mParams = params;
        //执行线程池
        exec.execute(mFuture);

        return this;
    }

在上述的代码中,可以看出 sDefaultExecutor 是一个线程池,并通过sDefaultExecutor执行mFuture.

sDefaultExecutor是如何实现的,如下所示

//串行任务执行器，其作用就是将多个任务一个一个的执行(execute())
   public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
     //默认的任务执行器，默认为串行任务执行
   private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
   
   //串行执行器的实现，AsyncTask.execute(param...) 方法最终是走到这里
   //其实现就是将任务加入到队列中 一个个排队 去实现任务
   private static class SerialExecutor implements Executor {
       //线性双向队列 用来存储所有的AsyncTask任务
       final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
       //正在执行的任务
       Runnable mActive;

       public synchronized void execute(final Runnable r) {
           //串行执行多个任务核心代码
           //将新的AsyncTask任务加入到双向队列中
           mTasks.offer(new Runnable() {
               public void run() {
                   try {
                       //执行任务
                       r.run();
                   } finally {
                       //当AsyncTask任务执行完毕后，执行下一个任务
                       scheduleNext();
                   }
               }
           });
           //如果没有正在执行的任务 从任务队列中直接获取任务 执行
           if (mActive == null) {
               scheduleNext();
           }
       }

       protected synchronized void scheduleNext() {
           //取出队列头部任务 交给线程池执行
           if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
               //线程池执行该任务
               THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
           }
       }
   }

从上述代码中,分析AsyncTask执行的任务是串行执行的过程,首先AsyncTask将FutureTask交给 SerialExecutor 的execute方法去处理, SerialExecutor 的execute方法会将FutureTask插入到mTasks(双向队列)中,如果没有正在执行的任务 mActive==null 从任务队列中直接获取任务执行 scheduleNext 知道所有的任务执行完为止.

如何实现并行任务呢?

通过 executeOnExecutor 可自定义AsyncTask的执行方式，串行or并行，execute是串行执行，或者自定义线程池 asyncTask.executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, Params... params); 可实现并行执行任务

关于任务进度

//需要在doInBackground 方法中获取实际的进度 然后调用publishProgress
    @WorkerThread
    protected final void publishProgress(Progress... values) {
        if (!isCancelled()) {
            getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                    new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
        }
    }

生产/消费模式

定义生产者

public class Producer extends Thread {

    private final Object mutex;

    public Producer(Object mutex) {
        this.mutex = mutex;
    }

    @Override
    public void run() {
        //生产产品
        while (true) {
            synchronized (mutex) {
                //如果生产的产品没有被消费掉 等待消费者消费
                if (null != Product.value) {
                    try {
                        mutex.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //使用
                if (null == Product.value) {
                    Product.value = "NO." + System.currentTimeMillis();
                    System.out.println("生产产品:" + Product.value);
                }
                //通知消费者可以消费了
                mutex.notify();
            }
        }
    }
}

定义消费者

public class Consumer extends Thread {
    private final Object mutex;

    public Consumer(Object mutex) {
        this.mutex = mutex;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (mutex){
                //如果没有产品生产就等待
                if (null == Product.value){
                    try {
                        mutex.wait();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                //有产品生产了
                if (null != Product.value) {
                    System.out.println("消费产品:" + Product.value);
                    Product.value = null;
                }
                //通知生产者产品已经消费
                mutex.notify();
            }

        }
    }
}

定义一个产品

public class Product {
    //线程机制为了提高运行效率，当一个线程不断当访问 一个变量
    //线程会使用一个私有空间 存储这个变量
    //volatile 易变变量 专门修饰被不同线程访问和修改的变量
    //让线程访问这个变量
    public volatile static String value;
}

实现方法

//        Object mutex = new Object();
//        new Producer(mutex).start();
//        new Consumer(mutex).start();

Runnable/Callable

关于FutureTask

AsyncTask使用方法

AsyncTask源码解析(API 28)

生产/消费模式

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