AsyncTask 面试解析
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基础认识
AsyncTask 是基于 Handler 进行封装的轻量级异步类，它是一个抽象类，我们要使用的时候需要实现其子类的以下 4 个方法
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| onPreExecute() | 任务执行前被调用，执行在 UI 线程中，在这里我们做一些任务启动前的准备 |
| doInBackground() | 执行在新的子线程中的，做异步任务的处理 |
| onProgressUpdate() | 这个方法是在调用 publishProgress 的时候被调用的，是运行在 UI 线程的 |
| onPostExecute() | 这个方法是任务执行完毕之后被调用的，是运行在 UI 线程中的 |
作用
- 实现多线程： 在工作线程中执行任务，如 耗时任务
- 异步通信、消息传递： 实现工作线程 & 主线程（UI线程）之间的通信，即：将工作线程的执行结果传递给主线程，从而在主线程中执行相关的UI操作
AsyncTask 的三种状态
每个状态在一个任务的生命周期中只会被执行一次。
| 状态 | 描述 |
|---|---|
| PENDING | 等待（还没有开始执行任务） |
| RUNNING | 执行中 |
| FINSHED | 完成 |
AsyncTask 的内部执行过程
AsyncTask 的对象调用 execute 方法，execute 内部又调用了 executeOnExecutor ，onPreExecute 方法就是在这里被回调，之后将 AsyncTask 的参数封装成一个并发类，然后将其添加到排队线程池（SerialExecutor）中进行排队，如果当前有任务正在执行，则等待，否则 THREAD_POOL_EXECUTOR 执行该任务。在任务的执行过程中，通过 InternalHandler 将进度 pos（MESSAGE_POST_GROGRESS）发送到主线程中，此时会调用 onProgressUpdate 方法，任务执行完毕之后，InternalHandler 将结果 post（MESSAGE_POST_RESULT) 发送到主线程中，此时 onPostExecute 或者 onCancle 会被调用，任务执行到这里就结束了。
基本使用
- 举个栗子：在异步任务中每隔 1s 打印 1 ~ 10 的数值
- 我们不干预任务的执行过程，由任务执行完成，查看任务执行情况；
- 任务执行完成后，我们再点击开始，查看任务执行情况；
- 干预任务的执行过程，在任务执行期间点击取消，查看任务执行情况；
public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private TextView mText;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mText = findViewById(R.id.text);
progressAsycn1 = new ProgressAsycn();
findViewById(R.id.btn_start).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
progressAsycn1.execute(1);
}
});
findViewById(R.id.btn_cancel).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
progressAsycn1.cancel(true);
mText.append(String.format("取消任务%s\n",new Date().toString()));
}
});
}
private ProgressAsycn progressAsycn1;
private class ProgressAsycn extends AsyncTask<Integer,Integer,String> {
// 这个方法是在启动之前被调用的，执行在 UI 线程中，在这里我们做一些任务启动前的准备
@Override
protected void onPreExecute() {
super.onPreExecute();
mText.append(String.format("准备执行%s\n",new Date().toString()));
}
// 这个方法是执行在新的线程的中的
@Override
protected String doInBackground(Integer... params) {
for (int i = params[0]; i <= 10; i++) {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
publishProgress(i);
}
return "任务已经执行完毕";
}
// 这个方法是在调用 publishProgress 的时候被调用的,是运行在 UI 线程的
@Override
protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
mText.append(String.format("工作进度：%d\n",values[0]));
}
// 这个方法是任务执行完毕之后被调用的
@Override
protected void onPostExecute(String s) {
super.onPostExecute(s);
mText.append(String.format("任务执行完毕%s\n",new Date().toString()));
}
/**
* 异步任务被取消时回调，即 AsyncTask 的对象调用了 cancel 方法
* 这个方法和 onPostExecute 互斥
* doInBackground 方法中的任务执行完毕，才会被回调
*/
@Override
protected void onCancelled() {
mText.append(String.format("异步任务已取消%s\n",new Date().toString()));
}
}
}
-
执行结果
- 不干预任务的执行过程，最后的执行结果如下
asyncTask1.png
- 在 1 执行完之后，再点击开始，结果程序报如下错误
java.lang.IllegalStateException: Cannot execute task: the task has already been executed (a task can be executed only once)- 在任务的执行过程中，点击取消任务，调用 cancel() 方法，之后我们可以看到 onProgressUpdate() 和 onPostExecute() 方法不再被调用，但是我们取消任务的时候，任务还是没有停止的，等到任务真正停止的时候，onCancelled() 方法被调用，执行效果图如下：
asyncTask2.png
-
问题：从上面的执行结果中，我们可以看出两个问题
- AsyncTask 的对象只能被调用一次，再次调用的时候，会出错
- Asynctask 调用了 cancel() 方法取消任务，但是任务并没有真正的停止
提出问题
我们在阅读源码之前，先给自己提一些问题，然后我们在阅读源码的时候，带着问题来去找答案，这样我们的目标才会更加明确。
- 为什么AsyncTask 的对象只能被调用一次，否则会出错？（每个状态只能执行一次）
- AsyncTask 的类为什么必须在主线程加载
- AsyncTask 的对象为什么必须在主线程中创建
- AsyncTask 是串行执行任务还是并行执行任务？
- AsyncTask 调用 cancel() 任务是否立即停止执行？onPostExecute() 还会被调用吗？onCancelled() 什么时候被调用？
内部源码分析
构造函数中做了什么
首先，我们查看在 AsyncTask 的构造函数里面到底做了些什么
/**
* 该构造方法必须在 UI 线程中被调用
*/
public AsyncTask() {
this((Looper) null);
}
/**
* 该构造方法必须在 UI 线程中被调用
*
* @hide
*/
public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
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);
// doInBackground 的调用时机
result = doInBackground(mParams);
Binder.flushPendingCommands();
} catch (Throwable tr) {
mCancelled.set(true);
throw tr;
} finally {
postResult(result);
}
return result;
}
};
mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
@Override
protected void done() {
try {
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);
}
}
};
}
从以上的代码中，我们可以看出 AsyncTask 做了以下几个工作：
-
初始化 handler
- 我们可以从默认调用的构造函数中传入的 callbackLooper 是为 null，那么 handler 初始化的时候是调用 getMainHandler() 方法的，getMainHandler() 方法的的具体代码如下：
private static InternalHandler sHandler; private static Handler getMainHandler() { synchronized (AsyncTask.class) { if (sHandler == null) { sHandler = new InternalHandler(Looper.getMainLooper()); } return sHandler; } }- 我们从上面的代码中可以知道，getMainHandler() 最后返回的值是 sHandler，而 sHandler 是个静态 InternalHandler 实例，而关于 InternalHandler 的实现，我们在下面再做分析。 我们在这里需要注意的点有两个
- 为了能够将执行环境切换到主线程中，我们要求 sHandler 必须在主线程中创建，所以 AsyncTask 的构造函数必须在 UI 线程中调用
- 我们知道静态成员会在加载类的时候进行初始化，由于 sHandler 是个静态变量，那么我们要求 AsyncTask 类必须在 UI 线程中进行加载，否则 AsyncTask 无法正常工作
-
初始化 mWorker
- mWorker 是一个 Callable 对象，并在之后初始化 mFutrue 的时候作为参数传入，我们在 mWorker 的代码实现这里可以看到 doInBackground() 在这里被调用了（但是真正的调用时机不不是在这里进行的，而是在 SerialExecutor 的 execute 的方法中），并将结果返回给 result，并在方法结束之前调用 postResult(result)。 方法
-
初始化 mFuture
- MFuture 是一个 FutureTask 对象
execute() 中做了什么
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
@MainThread
public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
}
execute() 方法的比较简单，只是调用了 executeOnExecutor 方法，那么具体的逻辑是在 executeOnExecutor 里面，我们再接着看下去：
@MainThread
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;
}
- 首先，executeOnExecutor 先对当前的状态进行判断，由于 AsyncTask 中有三个状态（PENDING、RUNNING、FINISHED），并且每个状态在 AsyncTask 的生命周期中有且只能被执行一次，如果当前的状态不是 Status.PENDING（未执行），那么就抛出异常。在这里也解释了，我们 execute() 方法只能被执行一次，再次调用会报错的原因。
- 接着，我们可以看到 onPreExecute() 方法被调用了
- 紧接着，我们可以看到 exec.execute(mFuture) 这行代码，而 exec 又是什么，通过查找上面的 execute 方法，我们可以看到这个 exec 是一个 sDefaultExecutor 变量，sDefaultExecutor 变量的定义如下：
public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
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);
}
}
}
从以上代码可以看到，在 executeOnExecutor 中的 exce 最终调用的是 SerialExecutor 中 execute() 方法。而 execute() 这个方法的逻辑是在子线程中执行的，而 execute 这个方法传入的 Runnable 正是 mFuture，在 run 方法中调用了， mFuture 对象的 run。我们再找到 FutureTask 中实现的 run 方法的代码，代码如下（有省略）：
public void run() {
try {
Callable<V> c = callable;
if (c != null && state == NEW) {
try {
result = c.call();
} catch (Throwable ex) {
}
}
} finally {
// .....
}
}
从上面的代码中我们可以看出，最终调用了 Callable 中的 call ()，而这个 callball 就是我们在 executeOnExecutor 中传入 mFuture 的 mWorker 对象。现在我们又重新拿出 MWorker 的代码来看一下：
mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
public Result call() throws Exception {
mTaskInvoked.set(true);
Result result = null;
try {
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
//noinspection unchecked
result = doInBackground(mParams);
Binder.flushPendingCommands();
} catch (Throwable tr) {
mCancelled.set(true);
throw tr;
} finally {
postResult(result);
}
return result;
}
};
我们从上面的代码可以看到两个主要的点，首先是 doInBackground() 方法的调用，并将结果给到 result，最后在方法结束之前调用了 postResult(result);
private Result postResult(Result result) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
message.sendToTarget();
return result;
}
而在 postResult 中使用了 sHandler 对象发送了一条消息，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 handleMessage() 方法中被处理。InternalHandler 的源码如下所示：
private static class InternalHandler extends Handler {
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;
}
}
}
在 handleMessage 这里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 finish() 方法，如果这是一条 MESSAGE_POST_PROGRESS 消息，就会去执行 onProgressUpdate() 方法。那么 finish() 方法的源码如下所示：
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，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，调用的正是 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()) {
getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
}
}
最后我们来理一下 executeOnExecutor 中的任务启动到结束，关键方法的调用顺序：
executeOnExecutor() -> sDefaultExecutor.execute() -> mFuture.run() -> mWorker.call() -> doInBackground() -> postResult() -> sHandler.sendMessage() -> sHandler.handleMessage() -> onPostExecute()
问题解决
-
为什么 AsyncTask 的对象只能被调用一次，否则会出错？（每个状态只能执行一次）
从上面我们知道，AsyncTask 有 3 个状态，分别为 PENDING、RUNNING、FINSHED，而且每个状态在 AsyncTask 的生命周期中有且只执行一次。由于在执行完 execute 方法的时候会先对 AsyncTask 的状态进行判断，如果是 PENDING（等待中）的状态，就会往下执行并将 AsyncTask 的状态设置为 RUNNING（运行中）的状态；否则会抛出错误。AsyncTask finish 的时候，AsyncTask 的状态会被设置为 FINSHED 状态。
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)");
}
}
-
AsyncTask 的类为什么必须在主线程加载
由于 sHandler 是一个静态的 Handler 对象，为了能够将执行环境切换到主线程中，这就要求 sHandler 必须在主线程中创建，也即是 AsyncTask 必须在主线程中创建。由于静态成员会在加载类的时候进行初始化，因此也要求 AsyncTask 的类必须在主线程中加载，否则 AsyncTask 无法正常工作。 -
AsyncTask 的对象为什么必须在主线程中创建
因为在 AsyncTask 的构造函数中对 handler 进行了初始化的操作，所以 AsyncTask 必须在主线程中进行创建，否则 AsyncTask 无法进行线程切换的工作 -
AsyncTask 是串行执行任务还是并行执行任务？
在 Android 1.6 之前，AsyncTask 是串行执行任务的，Android 1.6的时候 AsyncTask 是并行执行任务的，Android 3.0 之后，为了避免并行错误，AsyncTask 又采用一个线程来串行执行任务。 -
AsyncTask 调用 cancel() 任务是否立即停止执行？onPostExecute() 还会被调用吗？onCancelled() 什么时候被调用？
任务不会立即停止的，我们调用 cancel 的时候，只是将 AsyncTask 设置为 canceled（可取消）状态，我们从以下代码可以看出，AsyncTask 设置为已取消的状态，那么之后 onProgressUpdate 和 onPostExecute 都不会被调用，而是调用了 onCancelled() 方法。onCancelled() 方法是在异步任务结束的时候才调用的。时机是和 onPostExecute 方法一样的，只是这两个方法是互斥的，不能同时出现。
@WorkerThread
protected final void publishProgress(Progress... values) {
if (!isCancelled()) {
getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
}
}
// 线程执行完之后才会被调用
private void finish(Result result) {
if (isCancelled()) {
onCancelled(result);
} else {
onPostExecute(result);
}
mStatus = Status.FINISHED;
}
AsyncTask 在使用的过程中的一些限制总结
- （1）AsyncTask 的类必须在主线程加载
- （2）AsyncTask 的对象必须在主线程中创建
- （3）execute 方法必须在 UI 线程中调用
- （4）不要在主线程中调用 onPreExecute 、doInbackground、onPressUpdate、onPostExecute
- （5）AsyncTask 的对象只能被调用一次，否则会出错
- （6）AsyncTask 不太适合做太耗时的操作
- （7）在 Android 1.6 之前，AsyncTask 是串行执行任务的，Android 1.6的时候 AsyncTask 是并行执行任务的，Android 3.0 之后，为了避免并行错误，AsyncTask 又采用一个线程来串行执行任务。
- （8）如果在 AsyncTask 中的 doInBackGround 中开启了新的线程，我们执行了 cancle() 方法来停止异步任务，线程是不会被停止的，直到任务执行完成为止，这个过程中，onProgressUpdate 和 onPostExecute 是不会被调用的
