Android多线程：AsyncTask的源码解析

AsyncTask作为Android原生的一个异步加载类，在前几年还是非常流行的，但随着RxJava和RxAndroid的流行，它的吸引力降低了不少。AsyncTask是通过对Thread和Handler的封装，简化我们的操作，满足我们在线程里面进行计算，在主线程更新UI。但是AsyncTask适用于短时操作（最多几秒钟），并不推荐用于长时间的耗时操作(现在版本的AsyncTask任务的执行是串行，当然也可以自己选并行）。

AsyncTask的使用还是非常简单的，下面就是使用的例子：

public class MyAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

    /**
     * 运行异步线程的任务
     * @param strings
     * @return
     */
    @Override
    protected String doInBackground(String... strings) {
        return null;
    }

    /**
     * 运行在主线程，接受异步线程任务的结果
     * @param s
     */
    @Override
    protected void onPostExecute(String s) {
        super.onPostExecute(s);
    }

    /**
     * 运行在主线程，在异步线程执行前执行，可以做一些准备工作
     */
    @Override
    protected void onPreExecute() {
        super.onPreExecute();
    }

    /**
     * 
     * 运行在主线程，加载进度
     * @param values
     */
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        super.onProgressUpdate(values);
    }

/**
     * 运行在主线程，取消监听
     */
    @Override
    protected void onCancelled() {
        super.onCancelled();
    }
}
new MyAsyncTask().execute("执行");

使用起来就是如此的简单爽快。

AsyncTask的源码分析：

    public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
    private static final String LOG_TAG = "AsyncTask";

    //CPU数量
    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    //线程池核心线程数量，最多4个，最少2个
    private static final int CORE_POOL_SIZE = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
    //线程池最大线程数量
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
    //空闲线程的存活时间30s
    private static final int KEEP_ALIVE_SECONDS = 30;

    //线程池创建线程的线程工厂
    private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
        //使用原子整数，可以保证在超高并发下工作
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
        }
    };

    //静态阻塞式队列，用来存放待执行的任务，初始容量为128
    //这个阻塞式队列很特别类，主要提供了两个方法put()和take()，
    // 前者将一个对象放到队列中，如果队列已经满了，就等待直到有空闲节点；
    // 后者从head取一个对象，如果没有对象，就等待直到有可取的对象
    private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

    //静态并行执行器，3.0以前这是AsyncTask的默认执行器
    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR;

    static {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE_SECONDS, TimeUnit.SECONDS,
                sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
        threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);
        THREAD_POOL_EXECUTOR = threadPoolExecutor;
    }

    //静态串行执行器，内部进行了串行控制，可以不断的递归任务执行
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();

    //Handler的消息类型，发送结果
    private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;
    //Handler的消息类型，发送进度
    private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;

    //默认执行器，从3.0开始，默认使用串行
    private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
    //静态Handler,使用懒加载方式，使用时才创建，而且使用了单例模式
    private static InternalHandler sHandler;

    //任务执行相关的两个类
    private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
    private final FutureTask<Result>             mFuture;

    //当前状态，默认是未执行状态
    private volatile android.os.AsyncTask.Status mStatus = android.os.AsyncTask.Status.PENDING;

    //是否取消
    private final AtomicBoolean mCancelled   = new AtomicBoolean();
    //任务是否被执行
    private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();

    //用于执行消息发送的Handler, 默认是把sHandler赋值给他
    private final Handler mHandler;

    //静态串行执行器类
    private static class SerialExecutor implements Executor {
        //一个既可以用于队列又可以用于栈的类，它的执行速度比LinkList和Stack快；
        //这个是用于队列
        final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
        //当前正在执行的任务
        Runnable mActive;

        public synchronized void execute(final Runnable r) {
            mTasks.offer(new Runnable() {
                public void run() {
                    //下面这段代码保证了串行的执行机制，使用try{}finally{}模式，也是十分有想象力的
                    try {
                        r.run();
                    } finally {
                        scheduleNext();
                    }
                }
            });
            if (mActive == null) {
                scheduleNext();
            }
        }

        protected synchronized void scheduleNext() {
            if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
                THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
            }
        }
    }

    public enum Status {
        // 当前还未执行任务，正在等待任务加入
        PENDING,
        // 当前正在执行任务
        RUNNING,
        //任务执行完成（标志onPostExecute完成）
        FINISHED,
    }

    private static Handler getMainHandler() {
        synchronized (android.os.AsyncTask.class) {
            if (sHandler == null) {
                //保证了Hanlder的执行是在主线程
                sHandler = new InternalHandler(Looper.getMainLooper());
            }
            return sHandler;
        }
    }

    private Handler getHandler() {
        return mHandler;
    }

    //可以用于切换执行器，使用并行方式，这方法被隐藏了，官方希望我们使用默认方式
    public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {
        sDefaultExecutor = exec;
    }

    public AsyncTask() {
        this((Looper) null);
    }

    public AsyncTask(@Nullable Handler handler) {
        this(handler != null ? handler.getLooper() : null);
    }

    public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
        //以前AsyncTask要求初始化一定要放在主线程，现在没这个要求了
        mHandler = callbackLooper == null || callbackLooper == Looper.getMainLooper()
                ? getMainHandler()
                : new Handler(callbackLooper);

        mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
            public Result call() throws Exception {
                //设置正在执行任务
                mTaskInvoked.set(true);
                Result result = null;
                try {
                    Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                    //这里异步任务被执行，返回结果
                    result = doInBackground(mParams);
                    Binder.flushPendingCommands();
                } catch (Throwable tr) {
                    mCancelled.set(true);
                    throw tr;
                } finally {
                    //结果返回
                    postResult(result);
                }
                return result;
            }
        };

        mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
            //mWorker的Call()执行完后，再执行,这里主要处理异常情况，如被取消
            @Override
            protected void done() {
                try {
                    //get()方法是一个阻塞方法，直到mWorker的Call()执行有结果后才会执行
                    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);
                }
            }
        };
    }

    //发布结果
    private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
        final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
        if (!wasTaskInvoked) {//正常情况下，wasTaskInvoked为true
            postResult(result);
        }
    }

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

    public final android.os.AsyncTask.Status getStatus() {
        return mStatus;
    }

    //执行在线程里面，用于需要重写
    @WorkerThread
    protected abstract Result doInBackground(Params... params);

    //执行在主线程，运行在doInBackground前面，可以做一些准备工作，如进度条的初始化
    @MainThread
    protected void onPreExecute() {
    }

    //执行在主线程，子线程处理得到的结果
    @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
    @MainThread
    protected void onPostExecute(Result result) {
    }

    //执行在主线程，处理进度
    @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
    @MainThread
    protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
    }

    //执行在主线程，任务取消，这个方法，用户不应该自己调用
    @SuppressWarnings({"UnusedParameters"})
    @MainThread
    protected void onCancelled(Result result) {
        onCancelled();
    }

    //执行在主线程，任务取消
    @MainThread
    protected void onCancelled() {
    }

    //任务是否被取消
    public final boolean isCancelled() {
        return mCancelled.get();
    }

    //取消任务
    public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
        mCancelled.set(true);
        return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);
    }

    public final Result get() throws InterruptedException, ExecutionException {
        return mFuture.get();
    }

    public final Result get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
            ExecutionException, TimeoutException {
        return mFuture.get(timeout, unit);
    }

    //任务执行
    @MainThread
    public final android.os.AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
    }

    @MainThread
    public final android.os.AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec,
                                                                                  Params... params) {
        if (mStatus != android.os.AsyncTask.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 = android.os.AsyncTask.Status.RUNNING;

        //看这里，果然是先执行
        onPreExecute();

        mWorker.mParams = params;
        exec.execute(mFuture);

        return this;
    }

    //还可以直接执行Runnable
    @MainThread
    public static void execute(Runnable runnable) {
        sDefaultExecutor.execute(runnable);
    }

    @WorkerThread
    protected final void publishProgress(Progress... values) {
        if (!isCancelled()) {
            getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                    new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
        }
    }
    
    private void finish(Result result) {
        if (isCancelled()) {
            onCancelled(result);//如果取消了，走取消监听
        } else {
            onPostExecute(result);//否则，发布计算结果
        }
        //从这里可以看出，onCancelled和onPostExecute是互斥的
        mStatus = android.os.AsyncTask.Status.FINISHED;
    }

    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
                    result.mTask.finish(result.mData[0]);
                    break;
                case MESSAGE_POST_PROGRESS:
                    result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
                    break;
            }
        }
    }

    private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
        Params[] mParams;
    }

    @SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})
    private static class AsyncTaskResult<Data> {
        final android.os.AsyncTask mTask;
        final Data[]               mData;

        AsyncTaskResult(android.os.AsyncTask task, Data... data) {
            mTask = task;
            mData = data;
        }
    }
}

总结：
1、AsyncTask其实只是对Thread和Handler进行了一些封装；
2、AsyncTask默认使用的是串行的执行方式，这就要求我们不要去执行太耗时的任务，官方告诉我们执行时间最好是几秒；
3、我们可以手动将AsyncTask的执行方式改为并行执行，方法是executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR, Params... params)