AsyncTask原理
AsyncTask是Android提供的一个异步框架，使用它可以轻松完成异步任务，并将执行进度通知到主线程，进行UI更新。
通常在一些比较耗时且主线程需要知道执行过程的场景下使用，比如进度条更新。本文介绍AsyncTask的实现原理。
模型结构图通知模型采用线程池+Handler，异步任务执行结果获取采用FutureTask+Callable。
AsyncTask基本模型.jpg
private static class InternalHandler extends Handler {
public InternalHandler() {
super(Looper.getMainLooper());//绑定主线程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
result.mTask.finish(result.mData[0]);
break;
case MESSAGE_POST_PROGRESS:
result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
break;
}
}
}
静态内部类，绑定主线程Looper，内部不含任何AsyncTask对象引用。所有AsyncTask对象都指向同一个Handler，消息都发送到同一Handler，发布进度与结果。
Handler如何分辨是哪一个AsyncTask发送的消息呢？在AsyncTaskResult中封装具体的AsyncTask对象。
既然Handler绑定主线程，它可以保证进度与结果路由到主线程运行，那么AsyncTask由哪一个线程触发就显得没有那么重要了，不过一般情况由主线程发起，有时会重写onPreExecute，该方法可是在发起线程运行的噢，总之一个原则UI更新交给主线程。
基础方法
首先，AsyncTask是抽象类，使用时，需要重写它的几个方法，它提供了三种泛型AsyncTask<Params, Progress, Result>参数。
Params：任务启动时的输入参数。
Progress：任务进度百分比。
Result：任务执行结果。
需要重写的方法：
doInBackground(Params…params)：接受入参、执行后台耗时任务。
onPostExecute(Result result)：处理结果。
可选择重写的方法：
onProgressUpdate(Progress... values)：进度更新，主线程。
onPreExecute()：任务启动前调用，主线程。
onCancelled()：用户取消时调用，主线程。
protected abstract Result doInBackground(Params... params){
... 耗时任务
//同步进度到主线程
publishProgress(value);
}
线程耗时任务，publishProgress方法负责实时进度发布。基本原理是利用InternalHandler发送消息。
protected final void publishProgress(Progress... values) {
if (!isCancelled()) {
getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
}
}
触发AsyncTask#onProgressUpdate方法更新进度，实现类一般会重写onProgressUpdate，通知主线程UI同步。
AsyncTask并不知道这个耗时操作产生的中间值需要干什么，它只提供了一个后台运行框架，触发的中间值操作由使用者(子类实现)完成。
AsyncTask#finish方法。
private void finish(Result result) {
if (isCancelled()) {
onCancelled(result); //触发onCancelled空方法，子类可重写
} else {
onPostExecute(result);// 子类重写
}
mStatus = Status.FINISHED;
}
任务完成时，触发AsyncTask#postResult方法，利用Handler发布结果，主线程执行AsyncTask#finish方法，触发重写的onPostExecute方法。
基本原理
AsyncTask的构造方法。
public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
//Handler绑定主线程Looper
mHandler = callbackLooper == null || callbackLooper == Looper.getMainLooper()
? getMainHandler()
: new Handler(callbackLooper);
mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
public Result call() throws Exception {
mTaskInvoked.set(true);
Result result = null;
try {
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
result = doInBackground(mParams);
Binder.flushPendingCommands();
} catch (Throwable tr) {
mCancelled.set(true);
throw tr;
} finally {
//结束call之前发送结果到主线程
postResult(result);
}
return result;
}
};
mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
@Override
protected void done() {
try {
postResultIfNotInvoked(get());
} catch (InterruptedException e) {
} catch (ExecutionException e) {
} catch (CancellationException e) {//取消抛出异常，
postResultIfNotInvoked(null);
}
}
};
}
从构造方法看出，AsyncTask采用Callable+Future结构来获取任务结果，首先，创建WorkerRunnable和FutureTask任务。
WorkerRunnable是Callable类型，与Runnable类似，执行主体是call方法，它可以返回执行结果。AsyncTask异步任务主要在这里执行，看上面代码，调用了doInBackground，做用户设定的任务。call方法最后将Result返回，在finally时，postResult方法派发消息通知结果，call结束。
FutureTask也是一种Runnable，实现Future，利用Future可以获取结果，它内部封装了Callable，这里重写了done方法进行结果处理。
内部任务关系图。
AsyncTask内部任务关系图.jpg
创建AsyncTask后，执行execute方法。
public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}
调用executeOnExecutor方法。
@MainThread
public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(
Executor exec,Params... params) {
if (mStatus != Status.PENDING) {
switch (mStatus) {
case RUNNING:
//抛异常
case FINISHED:
//抛异常
}
}
mStatus = Status.RUNNING;
onPreExecute();
mWorker.mParams = params;
exec.execute(mFuture);
return this;
}
内部三种任务状态，PENDING(等待运行)，RUNNING(运行中)，FINISHED(完成)。初始状态是PENDING。
任务开始，状态设置成RUNNING，onPreExecute进行准备工作(空方法，子类可选择重写)，将初始参数交给WorkerRunnable保存，交给线程池是FutureTask。
线程池是SerialExecutor。
private static class SerialExecutor implements Executor {
final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
Runnable mActive;
public synchronized void execute(final Runnable r) {
//将Runnable加入队列，等待执行。
mTasks.offer(new Runnable() {
public void run() {
try {
r.run();
} finally {
scheduleNext();
}
}
});
//当前mActive任务是空，说明还未取出过任务将其赋值。即当前没有任务执行。
if (mActive == null) {
scheduleNext();
}
}
//队列弹出任务，交给真正执行的线程池
protected synchronized void scheduleNext() {
if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
}
}
}
任务队列ArrayDeque，将派发的FutureTask任务再次封装成一个新Runnable，投入队列。顺序执行。
从队列取任务，交给真正的线程池处理。结束后，poll取下一个任务。
public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
= new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE,
KEEP_ALIVE,TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
核心线程3个(针对2个cup)，最大线程数量是5，任务队列是LinkedBlockingDeque(128)，对这个线程池来说，任务是按一次一个的顺序派发的，当前任务完成后，下一个派发任务创建新线程(<核心数量)，若线程数量达到核心数量，随机使用老线程处理。
注意
在Android2.3，api11之前，直接采用5个线程的线程池处理任务，在api11后，加入SerialExecutor变成串行。因此，可以加入判断，大于11时直接用THREAD_POOL_EXECUTOR线程池，绕过SerialExecutor可避免串行。SerialExecutor的功能是控制任务按顺序串行的交给线程池执行。
线程开始，首先执行FutureTask#run方法，在run方法中触发Callable的call方法，即WorkerRunnable#call方法。上面已经提到过了，最终调用的是doInBackground方法。
run代码之前，我们先看一下FutureTask的七种状态。
private static final int NEW = 0;
private static final int COMPLETING = 1;
private static final int NORMAL = 2;
private static final int EXCEPTIONAL = 3;
private static final int CANCELLED = 4;
private static final int INTERRUPTING = 5;
private static final int INTERRUPTED = 6;
他们分别代表，新建，完成，普通，异常，取消和中断，前三种是正常状态。后四种是异常状态，下面从执行过程中看状态变化。
public void run() {
if (state != NEW ||
!U.compareAndSwapObject(this, RUNNER, null, Thread.currentThread()))
return;
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {//存在callable，执行其call方法
V result;
boolean ran;
try {
result = c.call();
ran = true;
} catch (Throwable ex) {
result = null;
ran = false;
setException(ex);
}
//成功标志
if (ran)
set(result);
}
} finally {
runner = null;
int s = state;
if (s >= INTERRUPTING)
handlePossibleCancellationInterrupt(s);
}
}
FutureTask构造方法时，初始化NEW状态，开始执行时，必须去执行状态状态的，若不是NEW或者compareAndSwapXxx原子方法设置runner为当前线程(且初值需要是null)不成功，都直接返回。
Callable是AsyncTask中的mWorker，执行完毕，返回结果。在call方法执行时，有两种情况，成功和抛出异常，状态变化是不同的。
成功时，状态变化情况是NEW -> COMPLETING-> NORMAL。
protected void set(V v) {
if (U.compareAndSwapInt(this, STATE, NEW, COMPLETING)) {
outcome = v;
U.putOrderedInt(this, STATE, NORMAL); // final state
finishCompletion();
}
}
当有成功标志时，set方法设置结果，改变状态，finishCompletion结束任务，outcome存储成功的结果。
异常时，状态变化情况是NEW -> COMPLETING-> EXCEPTIONAL。
protected void setException(Throwable t) {
if (U.compareAndSwapInt(this, STATE, NEW, COMPLETING)) {
outcome = t;
U.putOrderedInt(this, STATE, EXCEPTIONAL);
finishCompletion();
}
}
在catch中，setException方法设置异常，改变状态，finishCompletion结束任务，outcome存储异常的Throwable。
private void finishCompletion() {
// assert state > COMPLETING;
for (WaitNode q; (q = waiters) != null;) {
if (U.compareAndSwapObject(this, WAITERS, q, null)) {
for (;;) {
Thread t = q.thread;
if (t != null) {
q.thread = null;
LockSupport.unpark(t);
}
WaitNode next = q.next;
if (next == null)
break;
q.next = null; // unlink to help gc
q = next;
}
break;
}
}
done();
callable = null; // to reduce footprint
}
任务结束时，利用LockSupport.unpark(Thread)唤醒在get处阻塞的线程，get方法的情况适用于当执行任务时，其他线程(如主线程)想通过FutureTask#get获取任务结果，若还未完成，则阻塞，直到任务完成更新状态后，通知唤醒，在这里，此处还未执行过get方法。
最后，执行done方法，FutureTask子类重写了它，在前面构造方法代码中看到，在done方法中，利用get方法获取结果，将结果传递给postResultIfNotInvoked方法，因为在call方法设置了mTaskInvoked标志，因此，向主线程postResult发送完成消息不在done方法，而在call方法中finally处。
public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
int s = state;
if (s <= COMPLETING)
s = awaitDone(false, 0L);
return report(s);
}
在done方法get结果时，状态<=COMPLETING，进行中，awaitDone方法陷入等待。状态>COMPLETING，说明已经完成，包括正常/异常，report结果。
private V report(int s) throws ExecutionException {
Object x = outcome;
//正常完成，返回结果
if (s == NORMAL)
return (V)x;
//取消异常，CANCELLED，INTERRUPTING，INTERRUPTED三种情况
if (s >= CANCELLED)
throw new CancellationException();
throw new ExecutionException((Throwable)x);//中断异常
}
report有两种情况，返回了结果，抛出一个异常。这个异常将在构造方法的done处被捕获到。
我们任务进行时，若执行了AsyncTask#cancel方法，通过Future控制任务取消。
public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
mCancelled.set(true);
return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);
}
同时改变AsyncTask的mCancelled标志位。
public boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
if (!(state == NEW &&
U.compareAndSwapInt(this, STATE, NEW,
mayInterruptIfRunning ? INTERRUPTING : CANCELLED)))
return false;
try { // in case call to interrupt throws exception
if (mayInterruptIfRunning) {
try {
Thread t = runner;
if (t != null)
t.interrupt();
} finally { // final state
U.putOrderedInt(this, STATE, INTERRUPTED);
}
}
} finally {
finishCompletion();
}
return true;
}
首先，必须是执行中的状态，非NEW状态。
mayInterruptIfRunning标志由用户控制，在cancel方法传入。
若是中断任务，触发Thread#interrupt方法，此时，线程并不会停止，仍会继续运行，改变的仅仅是中断标志，后面可根据判断这个标志来停止任务。此刻的状态变化是NEW -> INTERRUPTING -> INTERRUPTED。
若是取消任务，状态变化是NEW -> CANCELLED，此时线程也是一样，仍继续执行。
注意
若用户在上层调用了AsyncTask#cancel方法，主线程UI更新会停止，但是doInBackground执行不会停止，在后台任务publishProgress时，会判断标志位mCancelled，它已经在cancel方法设置，因此，不会再通知主线程进度。我们看不到UI更新了，以为线程被终止了，其实后台线程还在运行中。
cancel方法最后，调用finishCompletion方法，然后进入done方法，在这种情况下get时，因状态是INTERRUPTED或CANCELLED，report便会抛出CancellationException异常。在done方法捕捉到CancellationException异常，执行postResultIfNotInvoked时，传入结果null。
既然线程会继续执行，那么在call方法完成后，postResult方法派送结果时，根据状态触发方法是onCancelled方法而不是onPostExecute方法。
总结
AsyncTask是一个可获取过程与结果的任务处理框架，启动后，后台执行，进度更新(如果需要) ，结果处理，方法不需要亲自调用，只需要重写。
不一定由主线程创建AsyncTask ，因内部Handler已经自动绑定主线程Looper。
SerialExecutor的任务队列依次执行，也可以自己定义线程池。
任重而道远
