Android多线程（一）-- AsyncTask 分析

2017-11-08

AsyncTask的使用

AsyncTask是对Thread和Handler的封装，它在线程池中执行后台任务，然后把任务的进度和最终结果传递给UI线程处理。
AsyncTask并不适合非常耗时的任务（也就几分钟），如果是非常耗时的操作，还是使用Executor等线程池。
AsyncTask 是一个抽象的类，有三个泛型，Params、Progress、Result。Params表示传入参数的类型，Progress表示后台任务执行的进度类型，Rsult表示后台任务的返回结果的类型，如果不需要传递具体类型，可以传递Void。
四个核心的方法。
onPreExecute()，在UI线程中执行，在异步任务执行之前调用。
doInBackground(Params…params)，在线程池中执行，用于执行异步任务。调用publishProgress方法，会调用onProgressUpdate方法。
onProgressUpdate(Progress…values)方法在UI线程调用，一般用做更新进度条。
onPostExecute(Result result)，result是doInBackground的返回值，在Ui线程执行。

源码分析

从execute()方法进入


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

     @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;
    }

这里调用的是executeOnExecutor传入了sDefaultExecutor（默认线程池），和我们的参数params。

sDefaultExecutor 变量


private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

    //串行线程池
    public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();

默认的线程池–sDefaultExecutor 是由SerialExecutor赋值，而SerialExecutor是一个串行线程池。


private static class SerialExecutor implements Executor {
        //双端队列
        final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
        Runnable mActive;

        public synchronized void execute(final Runnable r) {
        //往双端队列队尾插入元素。
            mTasks.offer(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                    //串行机制
                        r.run();
                    } finally {
                    //从队头开始执行
                        scheduleNext();
                    }
                }
            });
            // 第一次入队列时mActivie为空，因此需要手动调用scheduleNext方法
            if (mActive == null) {
                scheduleNext();
            }
        }

        protected synchronized void scheduleNext() {
            //从双端队列队头中取出,执行execute
            if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
//                /最终执行在并行线程池中
                THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
            }
        }
    }

 /**
     * An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
     * 并行线程池
     */
    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;
    }

SerialExecutor实现了Executor的接口，mTasks是一个存储Runnable的双端队列，在execute()方法中，先往mTasks中插入Runnable元素，第一次进入队列时，mActivity为null，所以需要手动调用scheduleNext方法。

而scheduleNext方法，则是将插入的Runnable对象从队列中取出并传给THREAD_POOL_EXECUTOR并行线程池来执行该Runnable对象，然后利用try finally机制，先执行完try代码块中的代码，在执行完毕之后必然再执行finally代码块中的代码，然后以此往复循环，达到串行运行的目的，当然线程的具体执行还是再并行线程池中进行的。

同时，因为是静态的成员变量，会被所有实例共享，这也就造成了，整个进程中的所有AsyncTask都是串行执行。这个需要注意。

举个例子

 //
        new MyAsyncTask().execute("MyAsyncTask 1");
        new MyAsyncTask().execute("MyAsyncTask 2");
        new MyAsyncTask().execute("MyAsyncTask 3");
        new MyAsyncTask().execute("MyAsyncTask 4");
        new MyAsyncTask().execute("MyAsyncTask 5");

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

        @Override
        protected String doInBackground(String... strings) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return strings[0];
        }

        @Override
        protected void onPostExecute(String s) {
            super.onPostExecute(s);
            SimpleDateFormat dateFormat=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
            Log.d("AAA",s+" 执行结束 ："+dateFormat.format(new Date()));
        }
    }
//====================== 执行结果 ====================
 MyAsyncTask 1 执行结束 ：2017-11-08 10:37:29
 MyAsyncTask 2 执行结束 ：2017-11-08 10:37:31
 MyAsyncTask 3 执行结束 ：2017-11-08 10:37:33
 MyAsyncTask 4 执行结束 ：2017-11-08 10:37:35
 MyAsyncTask 5 执行结束 ：2017-11-08 10:37:37

枚举Status

public enum Status {
        /**
         * Indicates that the task has not been executed yet.
         *表明尚未执行的任务。
         */
        PENDING,
        /**
         * Indicates that the task is running.
         *表明任务正在执行。
         */
        RUNNING,
        /**
         * Indicates that {@link AsyncTask#onPostExecute} has finished.
         *表明任务已经结束。
         */
        FINISHED,
    }

在executeOnExecutor方法中，先判断了当前的状态是不是不等于PENDING，如果不是就会抛异常，这也说明了为什么一个对象只能execute一次，把状态改为RUNNING，开始执行onPreExecute()方法。

将我们传入的params赋值给mWorker对象，再把mFuture给sDefaultExecutor串行线程池串行执行，这里也是比较绕的一部分。

首先，我们先看mWorker对象。

在构造方法中


 public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
 ...
  mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
            public Result call() throws Exception {
                //当前任务已经被调用了,
                mTaskInvoked.set(true);
                Result result = null;
                try {
                    Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                    //执行doInBackground函数
                    result = doInBackground(mParams);
                    Binder.flushPendingCommands();
                } catch (Throwable tr) {
                    mCancelled.set(true);
                    throw tr;
                } finally {
                    postResult(result);
                }
                return result;
            }
        };
        ...
 }


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

mWoker是一个实现Callable接口WorkerRunnable对象，将传入的params赋值给mWorker对象的mParams，在call方法中，先将mTaskInvoked设置为true，表示当前任务已经被调用，然后执行doInBackground(mParams)，最后在finally中将返回的结果result交给postResult执行。


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

  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:
                    // 调用AsyncTask的finish方法。
                    result.mTask.finish(result.mData[0]);
                    break;
                case MESSAGE_POST_PROGRESS:
                    result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
                    break;
            }
        }
    }

  private void finish(Result result) {
        if (isCancelled()) {
        //如果被取消，则调用onCancelled
            onCancelled(result);
        } else {
        //否则调用onPostExecute
            onPostExecute(result);
        }
        //更改状态
        mStatus = Status.FINISHED;
    }

这里面其实差不多就跑通了整个AsyncTask的关键方法的调用逻辑了，通过handler发送消息，然后执行onPostExecute。

问题是，mWorker的call方法是什么时候调用的？

mFuture对象


private final FutureTask<Result> mFuture;

public AsyncTask(@Nullable Looper callbackLooper) {
    ...

    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);
                }
            }
        }; 
}

FutureTask 是一个并发类，它实现了RunnableFuture接口，而RunnableFuture又实现了
Runnable, Future接口。


public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

}

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {

    void run();
}

在构造方法中，将mWokder传了进去，其实是给内部的callable赋值。


public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;      
    }

当我们调用execute方法时–最终调用了 exec.execute(mFuture)。

这里时把mFuture做为Runnable的作用来执行它的run()方法。


  public void run() {
      ...
        try {
        //成员变量callable，在构造方法中赋值了
            Callable<V> c = callable;
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                //执行call方法
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                if (ran)
                    set(result);
            }
        } finally {
            runner = null;
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }

在执行mFuture的run方法时，就会执行mWorker的call方法，接着就巴拉巴拉完成了整个操作。

这里说一下mFuture的done方法是什么时候执行的。

调用run方法如果成功执行,最终都会执行到done方法。


try {
       result = c.call();
        ran = true;
    } catch (Throwable ex) {
         result = null;
        ran = false;
        setException(ex);
     }
      if (ran)
      set(result);

    protected void setException(Throwable t) {
        if (U.compareAndSwapInt(this, STATE, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = t;
            U.putOrderedInt(this, STATE, EXCEPTIONAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

   protected void set(V v) {
        if (U.compareAndSwapInt(this, STATE, NEW, COMPLETING)) {
            outcome = v;
            U.putOrderedInt(this, STATE, NORMAL); // final state
            finishCompletion();
        }
    }

     /**
     * 删除和发信号给所有等待结果的线程
     * Removes and signals all waiting threads, invokes done(), and
     * nulls out callable.
     */
    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;
            }
        }
//在这里执行done()方法。
        done();
        callable = null;       
    }

在这done方法中，AsyncTask做了一个保险操作。

如果mWorker call方法失败了，就会来到这里，同样调用了postResult方法


 mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
            @Override
            protected void done() {
                try {
                    postResultIfNotInvoked(get());
                }

            }
        }

    private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
    //
        final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
        if (!wasTaskInvoked) {
            postResult(result);
        }
    }

还有一个publishProgress方法，其实也是通过handler来实现的。


protected final void publishProgress(Progress... values) {
        if (!isCancelled()) {
            getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                    new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
        }
    }

至此，AsyncTask的工作原理大致分析完毕。

这里面还涉及双端队列ArrayDeque，线程池以及并发类FeatureTask都是值得深究和学习的。

这里还学到了招，如何串行线程池。

抽一下代码


public class SerialExecutor {
    private Runnable mActive;
    private ArrayDeque<Runnable> mArrayDeque = new ArrayDeque<>();

    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
    private static final int KEEP_ALIVE = 1;
    private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingDeque<>(128);
    private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r, "Serial thread #" + mCount.getAndIncrement());
        }
    };
    private static final ThreadPoolExecutor THREAD_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
            MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

    public synchronized void execute(final Runnable r) {
        mArrayDeque.offer(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    r.run();
                } finally {
                    scheduleNext();
                }
            }
        });
        // 第一次入队列时mActivie为空，因此需要手动调用scheduleNext方法
        if (mActive == null) {
            scheduleNext();
        }
    }

    private void scheduleNext() {
        if ((mActive = mArrayDeque.poll()) != null) {
            THREAD_EXECUTOR.execute(mActive);
        }
    }

}

测试一下

 public static void main(String[] args) {
        SerialExecutor serialExecutor = new SerialExecutor();
        for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            final int j = i;
            serialExecutor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("The num is :" + (j + 1));
                    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }

执行结果

The num is :1
The num is :2
The num is :3
The num is :4
The num is :5

完美。。。

AsyncTask的使用

四个核心的方法。

源码分析

举个例子