Android中AsyncTask的使用与源码分析

参考文章 ： http://blog.csdn.net/liuhe688/article/details/6532519

     在Android中实现异步任务机制有两种方式，Handler和AsyncTask。

     Handler模式需要为每一个任务创建一个新的线程，任务完成后通过Handler实例向UI线程发送消息，完成界面的更新，这种方式对于整个过程的控制比较精细，但也是有缺点的，例如代码相对臃肿，在多个任务同时执行时，不易对线程进行精确的控制。

为了简化操作，Android1.5提供了工具类android.os.AsyncTask，它使创建异步任务变得更加简单，不再需要编写任务线程和Handler实例即可完成相同的任务，但其内部也是使用Handler来传递消息，而且基于线程池。因此明显的AsyncTask比Handler要重量级。

     先来看看AsyncTask的定义：

      三种泛型类型分别代表“启动任务执行的输入参数”、“后台任务执行的进度”、“后台计算结果的类型”。在特定场合下，并不是所有类型都被使用，如果没有被使用，可以用java.lang.Void类型代替。

一个异步任务的执行一般包括以下几个步骤：

1.execute(Params... params)，执行一个异步任务，需要我们在代码中调用此方法，触发异步任务的执行。

2.onPreExecute()，在execute(Params... params)被调用后立即执行，一般用来在执行后台任务前对UI做一些标记。

3.doInBackground(Params... params)，在onPreExecute()完成后立即执行，用于执行较为费时的操作，此方法将接收输入参数和返回计算结果。在执行过程中可以调用publishProgress(Progress... values)来更新进度信息。

4.onProgressUpdate(Progress... values)，在调用publishProgress(Progress... values)时，此方法被执行，直接将进度信息更新到UI组件上。

5.onPostExecute(Result result)，当后台操作结束时，此方法将会被调用，计算结果将做为参数传递到此方法中，直接将结果显示到UI组件上。

在使用的时候，有几点需要格外注意：

1.异步任务的实例必须在UI线程中创建。

2.execute(Params... params)方法必须在UI线程中调用。

3.不能在doInBackground(Params... params)中更改UI组件的信息。

4.一个任务实例只能执行一次，如果执行第二次将会抛出异常。

一 、 AsyncTask的使用示例

接下来，我们来看看如何使用AsyncTask执行异步任务操作，我们先建立一个项目，结构如下：

结构相对简单一些，让我们先看看MainActivity.java的代码：

布局文件main.xml代码如下：

因为需要访问网络，所以我们还需要在AndroidManifest.xml中加入访问网络的权限：

我们来看一下运行时的界面：

以上几个截图分别是初始界面、执行异步任务时界面、执行成功后界面、取消任务后界面。执行成功后，整个过程日志打印如下：

如果我们在执行任务时按下了“cancel”按钮，日志打印如下：

可以看到onCancelled()方法将会被调用，onPostExecute(Result result)方法将不再被调用。

二、 AsyncTask的实现基本原理

     上面介绍了AsyncTask的基本应用，有些朋友也许会有疑惑，AsyncTask内部是怎么执行的呢，它执行的过程跟我们使用Handler又有什么区别呢？答案是：AsyncTask是对Thread+Handler良好的封装，在android.os.AsyncTask代码里仍然可以看到Thread和Handler的踪迹。下面就向大家详细介绍一下AsyncTask的执行原理。

我们先看一下AsyncTask的大纲视图：

源代码如下 ：

 /**
     * Override this method to perform a computation on a background thread. The
     * specified parameters are the parameters passed to {@link #execute}
     * by the caller of this task.
     *
     * This method can call {@link #publishProgress} to publish updates
     * on the UI thread.
     *
     * @param params The parameters of the task.
     *
     * @return A result, defined by the subclass of this task.
     *  这是一个abstract 方法，因此必须覆写。
     * @see #onPreExecute()
     * @see #onPostExecute
     * @see #publishProgress
     */
    protected abstract Result doInBackground(Params... params);

    /**
     * Runs on the UI thread before {@link #doInBackground}. 
     *
     * @see #onPostExecute
     * @see #doInBackground
     */
    protected void onPreExecute() {
    }

    /**
     * Runs on the UI thread after {@link #doInBackground}. The
     * specified result is the value returned by {@link #doInBackground}
     * or null if the task was cancelled or an exception occured.
     *后台操作执行完后会调用的方法，在此更新UI。
     * @param result The result of the operation computed by {@link #doInBackground}.
     *
     * @see #onPreExecute
     * @see #doInBackground
     */
    @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
    protected void onPostExecute(Result result) {
    }

    /**
     * Runs on the UI thread after {@link #publishProgress} is invoked.
     * The specified values are the values passed to {@link #publishProgress}.
     *
     * @param values The values indicating progress.
     * 传值更新进度条
     * @see #publishProgress
     * @see #doInBackground
     */
    @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
    protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
    }

   /**
     * Executes the task with the specified parameters. The task returns
     * itself (this) so that the caller can keep a reference to it.
     *
     * This method must be invoked on the UI thread.   注意execute方法必须在UI线程中调用
     *
     * @param params The parameters of the task.
     *
     * @return This instance of AsyncTask.
     *
     * @throws IllegalStateException If {@link #getStatus()} returns either
     *         {@link AsyncTask.Status#RUNNING} or {@link AsyncTask.Status#FINISHED}.
     */
    public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
        if (mStatus != Status.PENDING) {
		// 状态检测，只有在PENDING状态下才能正常运行，构造抛出异常
            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;
	// 正在执行任务前的准备处理
        onPreExecute();
	// 获得从UI现存传递来的参数
        mWorker.mParams = params;
	// 交给线程池管理器进行调度，参数为FutureTask类型,构造mFuture时mWorker被传递了进去，后边会继续分析
        sExecutor.execute(mFuture);
	// 返回自身，使得调用者可以保持一个引用
        return this;
    }

    /**
     * This method can be invoked from {@link #doInBackground} to
     * publish updates on the UI thread while the background computation is
     * still running. Each call to this method will trigger the execution of
     * {@link #onProgressUpdate} on the UI thread.
     *
     * @param values The progress values to update the UI with.
     *
     * @see #onProgressUpdate
     * @see #doInBackground
     */
    protected final void publishProgress(Progress... values) {
        sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
    }

我们可以看到关键几个步骤的方法都在其中。

1、doInBackground(Params... params)是一个抽象方法，我们继承AsyncTask时必须覆写此方法；

2、onPreExecute()、onProgressUpdate(Progress... values)、onPostExecute(Result result)、onCancelled()这几个方法体都是空的，我们需要的时候可以选择性的覆写它们；

3、publishProgress(Progress... values)是final修饰的，不能覆写，只能去调用，我们一般会在doInBackground(Params... params)中调用此方法来更新进度条；

4、另外，我们可以看到有一个Status的枚举类和getStatus()方法，Status枚举类代码段如下：

可以看到，AsyncTask的初始状态为PENDING，代表待定状态，RUNNING代表执行状态，FINISHED代表结束状态，这几种状态在AsyncTask一次生命周期内的很多地方被使用，非常重要。

在execute函数中涉及到三个陌生的变量：mWorker、sExecutor、mFuture，我们也会看一下他们的庐山真面目：

关于sExecutor，它是java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的实例，用于管理线程的执行。代码如下：

mWorker实际上是AsyncTask的一个的抽象内部类的实现对象实例，它实现了Callable<Result>接口中的call()方法，代码如下：

而mFuture实际上是java.util.concurrent.FutureTask的实例，下面是它的FutureTask类的相关信息：

可以看到FutureTask是一个可以中途取消的用于异步计算的类。

下面是mWorker和mFuture实例在AsyncTask中的体现：

private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;  
   private final FutureTask<Result> mFuture;  
  
public AsyncTask() {  
       mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {  
           //call方法被调用后,将设置优先级为后台级别, 然后调用AsyncTask的doInBackground方法  
        public Result call() throws Exception {  
               Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);  
               return doInBackground(mParams);  
           }  
       };  
  
    // 在mFuture实例中,将会调用mWorker做后台任务,完成后会调用done方法。
    // 这里将mWorker作为参数传递给了mFuture对象 
       mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {  
           @Override  
           protected void done() {  
               Message message;  
               Result result = null;  
  
               try {  
                   result = get();  
               } 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) {  
                //发送取消任务的消息  
                   message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_CANCEL,  
                           new AsyncTaskResult<Result>(AsyncTask.this, (Result[]) null));  
                   message.sendToTarget();  
                   return;  
               } catch (Throwable t) {  
                   throw new RuntimeException("An error occured while executing "  
                           + "doInBackground()", t);  
               }  
  
            //发送显示结果的消息  
               message = sHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,  
                       new AsyncTaskResult<Result>(AsyncTask.this, result));  
               message.sendToTarget();  
           }  
       };  
   }  

  我们看到上面的代码中，mFuture实例对象的done()方法中，如果捕捉到了CancellationException类型的异常，则发送一条“MESSAGE_POST_CANCEL”的消息；如果顺利执行，则发送一条“MESSAGE_POST_RESULT”的消息，而消息都与一个sHandler对象关联。

我们继续按着执行流程跟踪代码，

	// 正在执行任务前的准备处理
        onPreExecute();
	// 获得从UI现存传递来的参数
        mWorker.mParams = params;
	// 交给线程池管理器进行调度，参数为FutureTask类型,构造mFuture时mWorker被传递了进去，后边会继续分析
        sExecutor.execute(mFuture);

   public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        /*
         * Proceed in 3 steps:
         *
         * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
         * start a new thread with the given command as its first
         * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
         * workerCount, and so prevents false alarms that would add
         * threads when it shouldn't, by returning false.
         *
         * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
         * to double-check whether we should have added a thread
         * (because existing ones died since last checking) or that
         * the pool shut down since entry into this method. So we
         * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
         * stopped, or start a new thread if there are none.
         *
         * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
         * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
         * and so reject the task.
         */
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;

            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }
	
	// 这里又生成了一个Worker的对象，将异步任务传递给了w
        Worker w = new Worker(firstTask);
        Thread t = w.thread;
	......		// 后续代码省略
	wokers.add( w );// 将w添加到了wokers里，这是一个HashSet集合对象
	......
	w.start();	// 启动该异步任务，即启动了mFuture任务。
	......
        return true;
    }

由于mFuture是FutureTask类型，因此继续跟踪到FutureTask的代码。可以看到该构造函数，即上文中构造mFuture时用的构造函数，参数我们传递的是mWorker。

    public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        sync = new Sync(callable);
    }

而启动mFuture时就会执行其中的run函数，如下 ： 

  public void run() {
        sync.innerRun();
    }

可知，实际上调用的是Sync的innerRun()函数，我们继续查看Sync类型。

     private volatile Thread runner;
	// 构造函数，传递进来的就是最先说的那个mWorker
        Sync(Callable<V> callable) {
            this.callable = callable;
        }

        ......				// 部分代码省略
        // innerRun函数
        void innerRun() {
            if (!compareAndSetState(READY, RUNNING))
                return;

            runner = Thread.currentThread();
            if (getState() == RUNNING) { // recheck after setting thread
                V result;
                try {
                    // 可以发现调用的是callable的.call()函数，即mWorker的call函数，而在mWorker的call函数中才真正的调用了doInBackground函数，至此线程真正启动了!
                    result = callable.call();
                } catch (Throwable ex) {
                    setException(ex);
                    return;
                }
                set(result);
            } else {
                releaseShared(0); // cancel
            }
        }

我们看到，最后调用了set(result);我们看看这段代码 : 

   protected void set(V v) {
        sync.innerSet(v);
    }

        void innerSet(V v) {
            for (;;) {
                int s = getState();
                if (s == RAN)
                    return;
                if (s == CANCELLED) {
                    // aggressively release to set runner to null,
                    // in case we are racing with a cancel request
                    // that will try to interrupt runner
                    releaseShared(0);
                    return;
                }
                if (compareAndSetState(s, RAN)) {
                    result = v;
                    releaseShared(0);
                    done();		// 调用了done方法
                    return;
                }
            }
        }

再来分析AsyncTask中的sHandler。这个sHandler实例实际上是AsyncTask内部类InternalHandler的实例，而InternalHandler正是继承了Handler，下面我们来分析一下它的代码：

我们看到，在处理消息时，遇到“MESSAGE_POST_RESULT”时，它会调用AsyncTask中的finish()方法，我们来看一下finish()方法的定义：

原来finish()方法是负责调用onPostExecute(Result result)方法显示结果并改变任务状态的啊。

另外，在mFuture对象的done()方法里，构建一个消息时，这个消息包含了一个AsyncTaskResult类型的对象，然后在sHandler实例对象的handleMessage(Message msg)方法里，使用下面这种方式取得消息中附带的对象：

这个AsyncTaskResult究竟是什么呢，它又包含什么内容呢？其实它也是AsyncTask的一个内部类，是用来包装执行结果的一个类，让我们来看一下它的代码结构：

看以看到这个AsyncTaskResult封装了一个AsyncTask的实例和某种类型的数据集，我们再来看一下构建消息时的代码：

在处理消息时是如何使用这个对象呢，我们再来看一下：

概括来说，当我们调用execute(Params... params)方法后，execute方法会调用onPreExecute()方法，然后由ThreadPoolExecutor实例sExecutor执行一个FutureTask任务，这个过程中doInBackground(Params... params)将被调用，如果被开发者覆写的doInBackground(Params... params)方法中调用了publishProgress(Progress... values)方法，则通过InternalHandler实例sHandler发送一条MESSAGE_POST_PROGRESS消息，更新进度，sHandler处理消息时onProgressUpdate(Progress... values)方法将被调用；如果遇到异常，则发送一条MESSAGE_POST_CANCEL的消息，取消任务，sHandler处理消息时onCancelled()方法将被调用；如果执行成功，则发送一条MESSAGE_POST_RESULT的消息，显示结果，sHandler处理消息时onPostExecute(Result result)方法被调用。

经过上面的介绍，相信朋友们都已经认识到AsyncTask的本质了，它对Thread+Handler的良好封装，减少了开发者处理问题的复杂度，提高了开发效率，希望朋友们能多多体会一下。