2016-02-28

AsyncTask到底是什么

最近找实习面试中经常会被问到关于AsyncTask的一些内部机制的问题，之前也早有学习，但是还不够系统，没有形成一个体系，现在我们来完整的彻底的梳理一下吧，扫除一些知识盲点。
相信大多数Android开发者都接触过AsyncTask这个类，AsyncTask主要是用来处理一些后台的任务，说到底就是一个异步处理工具类，随着Android开发配套的开源项目越来越完善越来越好，比如网络请求时有了Volley配套OKHttp等非常好用的库，但是在一些例如和UI做交互的情况下还是需要AsyncTask来帮忙的。

那么AsyncTask到底是什么呢，阅读源码我们可以发现，AsyncTask就是一个Handler和线程池的封装，线程池用来异步处理后台任务，handler用来发送消息进行UI方面的交互。好，既然说到了源码，那么我们先来看看AsyncTask的源码。（基于API 23）

先看看AsyncTask的构造方法：

private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
private final FutureTask<Result> mFuture;
/**
* 创建一个新的异步任务，这个构造方法只能在主线程调用。
*/
public AsyncTask() {
    mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
        public Result call() throws Exception {
            mTaskInvoked.set(true);

            Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
            //noinspection unchecked
            Result result = doInBackground(mParams);
            Binder.flushPendingCommands();
            return postResult(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);
            }
        }
    };
}

首先new一个mWorker,这是一个WorkerRunnable，抽象类，实现了Callable的接口，本质上就是一个Callable。mFuture是一个FutureTask对象。
可以看到在WorkerRunnable中最主要是做了三步，将代表任务是否调用的原子boolean标记设为true，将这个线程的优先级设为后台线程优先级，并且丢出doInBackground处理的结果。
这个结果被丢到了postResult方法中，我们可以来看看postResult方法部分的代码。

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

可以看到其实这个方法并没有对丢过来的result做什么事，丢进来的result依然原封不动的丢了出去，只是在这个过程中捎带实例化了一下AsyncTaskResult，将丢进来的这个result以及当前
这个AsyncTask一起又抛给了新初始化的AsyncTaskResult，并且将向handler发送了一个Message。注意这里message的 what是MESSAGE_POST_RESULT，这里是有用到的，我们后面再讲。

好，我们继续往下走，看看result丢进去的AsyncTaskResult。

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

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

可以看到AsyncTaskResult只是一个static的内部类，只是起了一个保存当前的AsyncTask对象和后台处理的result data的作用。我们再继续往下看看这里保存的result和task在哪里使用到了。之前
已经提到了AsyncTask本质上就是一个线程池和Handler的封装，现在我们都已经获得了后台处理的结果了，消息也发送了，那么我们跟着result来看看这个重要组成部分吧。

private static class InternalHandler extends Handler {
    public InternalHandler() {
        super(Looper.getMainLooper());
    }

    @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;
        }
    }
}

这里就非常清楚了，之前也讲过在post中发送的消息的what内容是MESSAGE_POST_RESULT，我们看看handler中，result也是消息中传递过来的AsyncTaskResult，里面保存了当前的task和处理的结果，
进入我们预想的case,通过对应的task，处理AsyncTaskResult中的data，这里是走到了AsyncTask的finish方法。走到这儿可能有点远了，但是不怕，我们继续往下看，其实这份代码写的还是很有条理的。

 private void finish(Result result) {
    if (isCancelled()) {
        onCancelled(result);
    } else {
        onPostExecute(result);
    }
    mStatus = Status.FINISHED;
}

注意，这里的finish方法是一个private，只有当前的task能调用，一定程度上保证了安全性。它通过对isCancelled的判断可以进入不同的结果处理流程，实际上onCancelled和onPostExecute就是我们平常使用AsyncTask经常使用的两个方法，到这一步就没什么好说了，task携带着之前一步步传过来的doInBackground的结果，来到了我们最熟悉的几个方法了。只是我们需要留意一下Status这个环节。
mStatus是一个volatile的Status对象，而Status是一个枚举类，只包括了

PENDING, 等待状态，表明当前这个task还没有执行。
RUNNING, 运行状态，当前task正在执行中。
FINISHED，结束状态，当前task已经运行结束了。

而mStatus在这个task初始时就直接设为了PENDING, 并且只有在finish方法中改变为FINISHED，这已经是最后的环节了。那么是在哪里变为RUNNING呢，我们现在就来看看整个AsyncTask最核心的部分，线程池这一块。

看完了从task构造方法一路跟随到最后finish，我们现在再跟着我们平时的用法来一起学习线程池一部分。事实上我们在使用时，每次初始化后，会使用execute这个方法来让task跑起来。我们看看这里是发生了什么事。

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

代码很简单，主要就是携带参数，在主线程中启动起来。注意，这里只能是在UI线程也就是主线程中完成这一步，这也是AsyncTask一个比较大的软肋。
事实上task是通过一个队列完成的。别急，好饭不怕晚，我们先看看这里return 的executeOnExecutor方法干了什么。

@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;
}

这里是不是就和之前一直到finish的分析连接上了呢。这里执行task时，讲道理的话到这一步时当前的task一定还是PENDING状态，所以这里会先检查mStatus，如果不是PENDING就会抛出异常，否则就正常执行，把mStatus改为RUNNING状态。然后就到了我们也非常熟悉的方法了，onPreExecute，这里一般做一些后台任务之前的事情。

终于到了重点了，完成了准备工作后，注意exec.execute(mFuture)这一步，这个exec是什么？一个Executor，Executor只是一个接口，定义了一个execute的方法，这个exec是在上一步execute时传入的全局sDefaultExecutor。sDefaultExecutor是一个默认线程池。

1 2	public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor(); private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

可以看到，sDefaultExecutor实际上是一个SerialExecutor. 但是这里为什么要分开写呢。可以发现SERIAL_EXECUTOR是一个final对象，也就是说sDefaultExecutor默认是使用系统初始化好的SerialExecutor，但是我们也可以手动给这个Task设置一个Executor。

/** @hide */
public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {
    sDefaultExecutor = exec;
}

这样就清楚了，其实留给开发者的余地还是很大的。在这里还是只研究默认的Executor吧。一样，我们看看源码。

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);
        }
    }
}

哈，可以看到这里的excute方法就是我们前面分析每次提到的excute，到最后就都到了这里。首先我们可以看到在SerialExecutor中维护了一个ArrayDeque， mTasks。还记得之前在executeOnExecutor中看到的exec.execute(mFuture)方法吗？mFuture是一个FutureTask,实现了Future和Runnable，这里就将丢过来的mFutuer封装成了一个Runnable对象，然后在把这个Runnable添加到队列。

接着包含一个scheduleNext() 方法。scheduleNext是先从mTasks队列中取出队首的一个Runnable任务叫做mActive，如果这个Runnable不为空，就将其添加到真正的线程池THREAD_POOL_EXECUTOR之中执行。

需要指出的是，由于第一次execute时，在将Runnable加进队列后，mActive初始化为null，所以会默认走进scheduleNext,这样也保证了一开始的自动启动。
以后的任务就是在try{}finally{}中可以看到，每个Runnable运行完后就进入finally执行队列中的下一个任务。

我们已经发现了这里的每个Runnable都是在THREAD_POOL_EXECUTOR中完成的。这是什么？一个ThreadPoolExecutor. 我们先看看一个ThreadPoolExecutor的构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         threadFactory, defaultHandler);
}

我们看看依次需要的参数：

corePoolSize 核心线程池大小，也就是线程池中可以维持的线程数目，即使这些线城是空闲的，也不会终止（除非设置了allowCoreThreadTimeOut），因此可以理解为常驻线程池的线程数目。
maximumPoolSize 线程池中允许的最大线程数目。因为一般来说线程数目越多，调度所用的花销越大，所以需要设置一个数目上限。
keepAliveTime 当线程数目大于核心线程数目时，如果超过这个keepAliveTime时间，那么空闲的线程会被终止。
unit keepAliveTime的时间单位。
workQueue 一个保存尚未执行的线程的队列。这个队列只保存由execute方法提交的Runnable任务。
threadFactory 用来构造线程池的工厂。

我们再看看ThreadPoolExecutor的execute方法。

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
      //获取ctl的int值。这个int值保存了线程池中任务数目和线程池的状态等信息
    int c = ctl.get();
    // 当线程池中的任务数量 < 核心线程数目时，通过addWorker(command, true)新建一个线程，并将任务(command)添加到该线程中，然后启动该线程来执行任务。
    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);
}

我们可以看一下这个线程池调度的大致流程：

如果线程池中的线程数目小于corePoolSize，那么就新启动一个线程，并且将这个Runnable作为这个新线程的第一个任务添加到线程中进行执行
如果线程池中的线程数目大于等于corePoolSize，就将任务添加到workQueue队列中等待。这种情况下，会两次确认线程池的状态，如果第2次读到的线程池状态和第1次读到的线程池状态不同，就从队列中删除该任务。
如果这个队列已经满了，就在线程池中新建一个线程，并将该任务添加到线程中进行执行。如果执行失败，就通过reject()拒绝该任务。

总之可以发现，线程池ThreadPoolExecutor通过workQueue来管理线程和任务，每个线程在启动后，会执行线程池中的任务；当一个任务执行结束后，它会从线程池workQueue中取出任务来继续执行。workQueue是管理线程池任务的队列，当添加到线程池中的任务超过线程池的最大线程数目时，这个任务就会进入阻塞队列进行等待。

好，我们现在来看看android中的THREAD_POOL_EXECUTOR是怎么走的。

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public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
        = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

我们看看传进去的参数：

//cpu的数量，Runtime获取
 private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors(); 
 //核心线程数目
private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
//最大线程数目
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
private static final int KEEP_ALIVE = 1;
//工作队列，一个阻塞队列，用来保存任务。
private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

//创建新线程的一个工厂方法
private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
    private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

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

可以看到，在构建THREAD_POOL_EXECUTOR时是基于android平台的特点来的。核心线程数是设为了CPU_COUNT+1。
但是实际上在之前的android API版本中，这些值是直接设为了固定的值。

/*4.3 版本的AsyncTask源码 */
private static final int CORE_POOL_SIZE = 5;
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = 128;
private static final int KEEP_ALIVE = 1;

private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
	private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

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

private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10);

从4.4版本改成了目前的配置。另外可以看到，4.4之前的sPoolWorkQueue的大小也只有10。这些配置的更改给AsyncTask的动态调度还是带来了优势的。比如在4.3中，核心线程数目只有5，因此如果开了5个线程后，再继续开的话就只能等待了。

这是对线程池的初始化和调度分析了，之后就是线程的执行，并且接着我们最初的流程，最后走到task的finish方法，需要我们在AsyncTask实现时完成onPostExecute就可以了。关于Future部分的分析，我们以后再讲。

实际上，面试时面试官会经常问一个问题就是AsyncTask是可以并行的吗？

经过我们上面的分析，已经可以确定AsyncTask内部有一个线程池来进行线程的调度管理以及执行。那么AsyncTask是可以并行执行的吗？先卖个关子，看看2.3.7的AsyncTask部分的代码：

public final AsyncTask<Params, Progress, Result> More ...execute(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();

	Worker.mParams = params;
	sExecutor.execute(mFuture);

	return this;
}

看到没，在2.3.7上execute(Params… params)这个方法和6.0上有什么区别？
我们在之前已经分析过了，execute(params)是走到了 return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
而sDefaultExecutor是一个volatile的对象。

1	private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;

我们可以得出结论，在6.0上不是并行的，在2.3上是并行的。实际上阅读多个版本的源码可以发现，这一变化是在3.0上做到的。因此我们可以理解为从3.0之后就变成串行了，1.5-2.3是并行的。最初也是串行的。
事实上，也可以自己写demo测试一下，看看每个task的执行的时间是不是同时开始。

那么面试官又会问了，为什么在目前的版本上要将AsyncTask设计成串行呢？
揣摩设计者的意图其实真的是一个很有意思的事情啊- -23333

我们已经提到了AsyncTask是线程池和Handler的一个封装好的工具，其实做到的功能在handler message和loop也能做到，那么为什么要设计一个这样的工具呢，主要还是方便开发者的使用，尤其是初级开发者。
而可能随着android版本的迭代开发，发现有开发者很少在doInBackground中做线程安全的考虑，既然很少有人会考虑最资源的并发访问的安全性，那么干脆就不开放这个功能，保证每个线程的串行执行。这样就是皆大欢喜。

好了，对AsyncTask的分析就到这儿了，大家应该清楚整个的流程以及其特点了。但是可能大家也看到一些大牛说了，并不推荐使用默认的AsyncTask，因为实在有一些不能忽视的缺点啦- -

首先，默认的AsyncTask的线程池中的核心线程数是有限的，不管是和CPU数目有关还是以前的固定的5，还是有一个数量的限制，因此不适合大量的后台任务处理，例如瀑布流图片的加载等。
其次，AsyncTask类必须在主线程初始化，必须在主线程创建，因为return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params)这里也只能在UI线程走。
最后，我们也讲到了，AsyncTask在3.0后改成了串行的，因此想真正做一些并行的后台任务，就不太适合了。

总之，大家想要更好的使用AsyncTask，最好自己修改一下再使用啦。目前默认的AsyncTask确实还不是最佳状态。

Cruise Yang

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