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Android AsyncTask完全解析 帶你從源碼的角度徹底理解

編輯：關於Android編程

我們都知道，Android UI是線程不安全的，如果想要在子線程裡進行UI操作，就需要借助Android的異步消息處理機制。之前我也寫過了一篇文章從源碼層面分析了Android的異步消息處理機制。

不過為了更加方便我們在子線程中更新UI元素，Android從1.5版本就引入了一個AsyncTask類，使用它就可以非常靈活方便地從子線程切換到UI線程，我們本篇文章的主角也就正是它了。
AsyncTask很早就出現在Android的API裡了，所以我相信大多數朋友對它的用法都已經非常熟悉。不過今天我還是准備從AsyncTask的基本用法開始講起，然後我們再來一起分析下AsyncTask源碼，看看它是如何實現的，最後我會介紹一些關於AsyncTask你所不知道的秘密。
AsyncTask的基本用法
首先來看一下AsyncTask的基本用法，由於AsyncTask是一個抽象類，所以如果我們想使用它，就必須要創建一個子類去繼承它。在繼承時我們可以為AsyncTask類指定三個泛型參數，這三個參數的用途如下：
1. Params
在執行AsyncTask時需要傳入的參數，可用於在後台任務中使用。
2. Progress
後台任務執行時，如果需要在界面上顯示當前的進度，則使用這裡指定的泛型作為進度單位。
3. Result
當任務執行完畢後，如果需要對結果進行返回，則使用這裡指定的泛型作為返回值類型。
因此，一個最簡單的自定義AsyncTask就可以寫成如下方式：

class DownloadTask extends AsyncTask<Void, Integer, Boolean> { 
  …… 
}

這裡我們把AsyncTask的第一個泛型參數指定為Void，表示在執行AsyncTask的時候不需要傳入參數給後台任務。第二個泛型參數指定為Integer，表示使用整型數據來作為進度顯示單位。第三個泛型參數指定為Boolean，則表示使用布爾型數據來反饋執行結果。
當然，目前我們自定義的DownloadTask還是一個空任務，並不能進行任何實際的操作，我們還需要去重寫AsyncTask中的幾個方法才能完成對任務的定制。經常需要去重寫的方法有以下四個：
1. onPreExecute()
這個方法會在後台任務開始執行之間調用，用於進行一些界面上的初始化操作，比如顯示一個進度條對話框等。
2. doInBackground(Params...)
這個方法中的所有代碼都會在子線程中運行，我們應該在這裡去處理所有的耗時任務。任務一旦完成就可以通過return語句來將任務的執行結果進行返回，如果AsyncTask的第三個泛型參數指定的是Void，就可以不返回任務執行結果。注意，在這個方法中是不可以進行UI操作的，如果需要更新UI元素，比如說反饋當前任務的執行進度，可以調用publishProgress(Progress...)方法來完成。
3. onProgressUpdate(Progress...)
當在後台任務中調用了publishProgress(Progress...)方法後，這個方法就很快會被調用，方法中攜帶的參數就是在後台任務中傳遞過來的。在這個方法中可以對UI進行操作，利用參數中的數值就可以對界面元素進行相應的更新。
4. onPostExecute(Result)
當後台任務執行完畢並通過return語句進行返回時，這個方法就很快會被調用。返回的數據會作為參數傳遞到此方法中，可以利用返回的數據來進行一些UI操作，比如說提醒任務執行的結果，以及關閉掉進度條對話框等。
因此，一個比較完整的自定義AsyncTask就可以寫成如下方式：

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("當前下載進度：" + values[0] + "%"); 
  } 
 
  @Override 
  protected void onPostExecute(Boolean result) { 
    progressDialog.dismiss(); 
    if (result) { 
      Toast.makeText(context, "下載成功", Toast.LENGTH_SHORT).show(); 
    } else { 
      Toast.makeText(context, "下載失敗", Toast.LENGTH_SHORT).show(); 
    } 
  } 
}

這裡我們模擬了一個下載任務，在doInBackground()方法中去執行具體的下載邏輯，在onProgressUpdate()方法中顯示當前的下載進度，在onPostExecute()方法中來提示任務的執行結果。如果想要啟動這個任務，只需要簡單地調用以下代碼即可：
new DownloadTask().execute(); 
以上就是AsyncTask的基本用法，怎麼樣，是不是感覺在子線程和UI線程之間進行切換變得靈活了很多？我們並不需求去考慮什麼異步消息處理機制，也不需要專門使用一個Handler來發送和接收消息，只需要調用一下publishProgress()方法就可以輕松地從子線程切換到UI線程了。
分析AsyncTask的源碼
雖然AsyncTask這麼簡單好用，但你知道它是怎樣實現的嗎？那麼接下來，我們就來分析一下AsyncTask的源碼，對它的實現原理一探究竟。注意這裡我選用的是Android 4.0的源碼，如果你查看的是其它版本的源碼，可能會有一些出入。
從之前DownloadTask的代碼就可以看出，在啟動某一個任務之前，要先new出它的實例，因此，我們就先來看一看AsyncTask構造函數中的源碼，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); 
      } 
    } 
  }; 
}

這段代碼雖然看起來有點長，但實際上並沒有任何具體的邏輯會得到執行，只是初始化了兩個變量，mWorker和mFuture，並在初始化mFuture的時候將mWorker作為參數傳入。mWorker是一個Callable對象，mFuture是一個FutureTask對象，這兩個變量會暫時保存在內存中，稍後才會用到它們。
接著如果想要啟動某一個任務，就需要調用該任務的execute()方法，因此現在我們來看一看execute()方法的源碼，如下所示：

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

簡單的有點過分了，只有一行代碼，僅是調用了executeOnExecutor()方法，那麼具體的邏輯就應該寫在這個方法裡了，快跟進去瞧一瞧：

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，這裡的代碼看上去才正常點。可以看到，在第15行調用了onPreExecute()方法，因此證明了onPreExecute()方法會第一個得到執行。可是接下來的代碼就看不明白了，怎麼沒見到哪裡有調用doInBackground()方法呢？別著急，慢慢找總會找到的，我們看到，在第17行調用了Executor的execute()方法，並將前面初始化的mFuture對象傳了進去，那麼這個Executor對象又是什麼呢？查看上面的execute()方法，原來是傳入了一個sDefaultExecutor變量，接著找一下這個sDefaultExecutor變量是在哪裡定義的，源碼如下所示：

public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor(); 
…… 
private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

可以看到，這裡先new出了一個SERIAL_EXECUTOR常量，然後將sDefaultExecutor的值賦值為這個常量，也就是說明，剛才在executeOnExecutor()方法中調用的execute()方法，其實也就是調用的SerialExecutor類中的execute()方法。那麼我們自然要去看看SerialExecutor的源碼了，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類中也有一個execute()方法，這個方法裡的所有邏輯就是在子線程中執行的了，注意這個方法有一個Runnable參數，那麼目前這個參數的值是什麼呢？當然就是mFuture對象了，也就是說在第9行我們要調用的是FutureTask類的run()方法，而在這個方法裡又會去調用Sync內部類的innerRun()方法，因此我們直接來看innerRun()方法的源碼：

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行調用了callable的call()方法，那麼這個callable對象是什麼呢？其實就是在初始化mFuture對象時傳入的mWorker對象了，此時調用的call()方法，也就是一開始在AsyncTask的構造函數中指定的，我們把它單獨拿出來看一下，代碼如下所示：

public Result call() throws Exception { 
  mTaskInvoked.set(true); 
  Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND); 
  return postResult(doInBackground(mParams)); 
}

在postResult()方法的參數裡面，我們終於找到了doInBackground()方法的調用處，雖然經過了很多周轉，但目前的代碼仍然是運行在子線程當中的，所以這也就是為什麼我們可以在doInBackground()方法中去處理耗時的邏輯。接著將doInBackground()方法返回的結果傳遞給了postResult()方法，這個方法的源碼如下所示：

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

如果你已經熟悉了異步消息處理機制，這段代碼對你來說一定非常簡單吧。這裡使用sHandler對象發出了一條消息，消息中攜帶了MESSAGE_POST_RESULT常量和一個表示任務執行結果的AsyncTaskResult對象。這個sHandler對象是InternalHandler類的一個實例，那麼稍後這條消息肯定會在InternalHandler的handleMessage()方法中被處理。InternalHandler的源碼如下所示：

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; 
    } 
  } 
}

這裡對消息的類型進行了判斷，如果這是一條MESSAGE_POST_RESULT消息，就會去執行finish()方法，如果這是一條MESSAGE_POST_PROGRESS消息，就會去執行onProgressUpdate()方法。那麼finish()方法的源碼如下所示：

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

可以看到，如果當前任務被取消掉了，就會調用onCancelled()方法，如果沒有被取消，則調用onPostExecute()方法，這樣當前任務的執行就全部結束了。
我們注意到，在剛才InternalHandler的handleMessage()方法裡，還有一種MESSAGE_POST_PROGRESS的消息類型，這種消息是用於當前進度的，調用的正是onProgressUpdate()方法，那麼什麼時候才會發出這樣一條消息呢？相信你已經猜到了，查看publishProgress()方法的源碼，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()方法中調用publishProgress()方法才可以從子線程切換到UI線程，從而完成對UI元素的更新操作。其實也沒有什麼神秘的，因為說到底，AsyncTask也是使用的異步消息處理機制，只是做了非常好的封裝而已。
讀到這裡，相信你對AsyncTask中的每個回調方法的作用、原理、以及何時會被調用都已經搞明白了吧。
關於AsyncTask你所不知道的秘密
不得不說，剛才我們在分析SerialExecutor的時候，其實並沒有分析的很仔細，僅僅只是關注了它會調用mFuture中的run()方法，但是至於什麼時候會調用我們並沒有進一步地研究。其實SerialExecutor也是AsyncTask在3.0版本以後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，因此在整個應用程序中的所有AsyncTask實例都會共用同一個SerialExecutor。下面我們就來對這個類進行更加詳細的分析，為了方便閱讀，我把它的代碼再貼出來一遍：

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這個隊列來管理Runnable對象的，如果我們一次性啟動了很多個任務，首先在第一次運行execute()方法的時候，會調用ArrayDeque的offer()方法將傳入的Runnable對象添加到隊列的尾部，然後判斷mActive對象是不是等於null，第一次運行當然是等於null了，於是會調用scheduleNext()方法。在這個方法中會從隊列的頭部取值，並賦值給mActive對象，然後調用THREAD_POOL_EXECUTOR去執行取出的取出的Runnable對象。之後如何又有新的任務被執行，同樣還會調用offer()方法將傳入的Runnable添加到隊列的尾部，但是再去給mActive對象做非空檢查的時候就會發現mActive對象已經不再是null了，於是就不會再調用scheduleNext()方法。
那麼後面添加的任務豈不是永遠得不到處理了？當然不是，看一看offer()方法裡傳入的Runnable匿名類，這裡使用了一個try finally代碼塊，並在finally中調用了scheduleNext()方法，保證無論發生什麼情況，這個方法都會被調用。也就是說，每次當一個任務執行完畢後，下一個任務才會得到執行，SerialExecutor模仿的是單一線程池的效果，如果我們快速地啟動了很多任務，同一時刻只會有一個線程正在執行，其余的均處於等待狀態。Android照片牆應用實現，再多的圖片也不怕崩潰 這篇文章中例子的運行結果也證實了這個結論。
不過你可能還不知道，在Android 3.0之前是並沒有SerialExecutor這個類的，那個時候是直接在AsyncTask中構建了一個sExecutor常量，並對線程池總大小，同一時刻能夠運行的線程數做了規定，代碼如下所示：

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，這裡規定同一時刻能夠運行的線程數為5個，線程池總大小為128。也就是說當我們啟動了10個任務時，只有5個任務能夠立刻執行，另外的5個任務則需要等待，當有一個任務執行完畢後，第6個任務才會啟動，以此類推。而線程池中最大能存放的線程數是128個，當我們嘗試去添加第129個任務時，程序就會崩潰。
因此在3.0版本中AsyncTask的改動還是挺大的，在3.0之前的AsyncTask可以同時有5個任務在執行，而3.0之後的AsyncTask同時只能有1個任務在執行。為什麼升級之後可以同時執行的任務數反而變少了呢？這是因為更新後的AsyncTask已變得更加靈活，如果不想使用默認的線程池，還可以自由地進行配置。比如使用如下的代碼來啟動任務：

Executor exec = new ThreadPoolExecutor(15, 200, 10, 
    TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 
new DownloadTask().executeOnExecutor(exec);

這樣就可以使用我們自定義的一個Executor來執行任務，而不是使用SerialExecutor。上述代碼的效果允許在同一時刻有15個任務正在執行，並且最多能夠存儲200個任務。
好了，到這裡我們就已經把關於AsyncTask的所有重要內容深入淺出地理解了一遍，相信在將來使用它的時候能夠更加得心應手。

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