AsyncTask源码解析从AsyncTask讲到线程池

我觉得AsyncTask算是Android源码里面比较杰出的一个了.里面涉及的知识点很多,并且运用起来也很合理.

在安卓里,使用后台线程,并且需要与主线程交互的方式,最直观的就是new Thread+Handler 和 AsyncTask..

在new Thread+Hander后,安卓开拓大神又创建了AsyncTask.我觉得有两个理由.

第一.不用关注创建线程,使用线程,管理线程的逻辑,只需要关注业务的3个方法.任务开始前准备,任务执行,任务完成后的工作

第二.AsyncTask使用Java语言的线程池,或者更广义来说,使用了java.util.concurrent这个并行编程大礼包.使得多线程操作更高效更得心应手.

AsyncTask关于执行的3个方法.

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

public static void execute(Runnable runnable) { sDefaultExecutor.execute(runnable); }

public final AsyncTask<Params, Progress, Result> executeOnExecutor(Executor exec, Params... params) {....}

从名字就可以看出,设计到线程池Executor知识.所以不可避免,需要对Executor这个家族了解了解.

关于Executor

Executor和Executors的关系,类似于Collection和Collections的关系.一个是定义规范的接口,一个工具类.

Executors经典的方法有3个

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
	
    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

可以看到这3者都用到了ThreadPoolExecutor这个子类.(其中使用了newSingleThreadExecutor方法使用了子类FinalizableDelegatedExecutorService对ThreadPoolExecutor进行了一层封装).

这个ThreadPoolExecutor构造方法接受了几个变量.

第一个corePoolSize表示核心线程数,第二个maximumPoolSize表示最大线程数.第三个和第四个,一个表示数量一个表示单位,联合起来表示这个线程多久没使用会被销毁.最后一个表示任务排队的机制,需要要好好讲一下.

这里先讲一下ThreadPoolExecutor运行和调度的具体流程.

if (当前线程数量 < corePoolSize)

新建线程,并处理请求.

else if (当前线程数量 >= corePoolSize && workQueue未装满)

放到我们的workQueue中等待处理,当我们的线程处理完任务,就会从这个queue里面取出新任务来处理.这个wordQueue也就是我们的构造函数第五个参数.

else if (corePoolSize <= 当前线程数量 < maxumumPoolSize && workQueue装满)

新建线程来处理任务.

else

使用RejectedExecutionHandler来做拒绝处理

还有一点就是当线程数大于corePoolSize && 线程等待时间比keepAliveTime长,就会销毁线程.

回到Executors的三个方法中.来讲一下这3个方法产生出来的线程池有什么特点.

newSingleThreadExecutor表示只有一个线程的线程池

corePoolSize和maximumPoolSize都是1,表示永远只有1个线程.第三个参数传0表示永不销毁.通过一个LinkedBlockingQueue来表示无限长度的队列.可以塞到内存溢出为止的任务.

newFixedThreadPool表示依靠传参来产生固定数量的线程池

corePoolSize和maximumPoolSize都是用传过来的参数固定线程池数量.比如传了数字10就表示固定只有10个线程.当然起码要来10个任务才能激活创建这10个线程.其他的同上.

newCachedThreadPool表示无界线,同时有多少任务需要执行就产生多少个线程的线程池.

corePoolSize传0,表示必要时,可以把线程全部销毁一个不留.maximumPoolSize传了Interger最大值很直白.保留时间60秒.最关键是,用了SynchronousQueue.

SynchronousQueue其实也属于BlockingQueue的子类.跟LinkedBlockingQueue有兄弟关系.它的特点就是没有容量,也就是没有队列.

详细一点来说,首先它有两个方法put和offer来放元素,有两个方法take/poll来取元素.对于每次放元素操作,都需要等到一次取元素来同时进行.反过来也是,每次取元素操作,都需要等到一次放元素操作同时进行.如果这头生产者放元素,那头消费者并没有取元素,就会一直阻塞.所以根据ThreadPoolExecutor使用流程,没有队列相当于塞满队列.

所以newCachedThreadPool使用这个SynchronousQueue来实现每次有新任务来,要么用池子里的空闲线程,要么新建线程去处理,而不是排队等待着被执行.

关于Callable

一句话总结的话,Callable就是带返回值,还可以抛出异常的Runnable.

不带返回值,不能抛出异常的Runnable能干的东西太少了.

所以Java1.5带来了Callable接口以及使用Callable需要的FutureTask等(其实更准确来说应该带来了java.util.concurrent包)

关于Callable的用法有两种,

public class CallableAndFuture {
    public static void main(String[] args) {
        Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
            public Integer call() throws Exception {
                return new Random().nextInt(100);
            }
        };
        FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(callable);
        new Thread(future).start();
        try {
            Thread.sleep(5000);// 可能做一些事情
            System.out.println(future.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1.这种是写个新建一个FutureTask持有一个Callable,然后新建一个Thread来执行.

可以看到由于Thread只能执行Runnable接口的任务,所以是使用Runnable的子类FutureTask,也不是Thread直接去执行Callable接口.

同时FutureTask也实现了Future,主要代表这个任务有返回值,可以取消,可以观测到任务是否完成.

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        MyCallable task = new MyCallable();
        Future<Integer> result = executor.submit(task);
        executor.shutdown();
        try {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("task运行结果" + result.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    static class MyCallable implements Callable<Integer> {
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            System.out.println("子线程在进行计算");
            Thread.sleep(3000);
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i < 100; i++)
                sum += i;
            return sum;
        }
    }
}

2.这种是使用线程池,给线程池提交的一个任务.

可以看到ExecutorService里面有3个方法

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
Future<?> submit(Runnable task);

所以可以选择提交一个Callable,也可以选择提交一个FutureTask.这两个方式有略小的区别.上面的代码是拿提交Callable当例子.

Futrure.get()是阻塞方法,如有必要,可以调用get(long timeout,TimeUnit unit)表示最多等待多少时间,时间过完还等不到结果就抛出异常.

更常用的用法是这样

while (!futureTask.isDone()) {
	try {
		Thread.sleep(500);
	} catch (InterruptedException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}
V = futureTask.get();

另外Future接口还提供了cancel方法和判断是否已经取消的isCancelled方法.

关于AsyncTask

回到AsyncTask,感觉可以分为这几点

1.AsyncTask中的线程池策略

AsyncTask的源码,一开头就用了静态初始化块创建了一个线程池,来看看参数

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

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

    private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);

    /**
     * An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
     */
    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
            = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                    TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

核心线程数是CPU+1个. 最大线程数CPU*2+1. 保持时间1秒. 这个是基于android-23的源码来定的.比如android-24又会把corePoolSize定成最多4个.

使用了BlockingQueue且最大队列数量为128.

使用了自定义的ThreadFactory,目的是将来给新建的线程起名为"AsyncTask #"方便标识.AtomicInteger确保多线程操作下数据能准确,线程安全.

但是神奇的是,AsyncTask用的并不是这个线程池.而是用的自定义的SerialExecutor

    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);
            }
        }
    }

这个类里面有一个mTasks队列,用的是ArrayDeque.看了下源码知道,这个类其实意思是双向循环队列.里面实现的思路是用了数组,一个int型头(指针)位置,一个int型尾(指针)位置.初始容量是8,当超过这个大小会使用当前大小X2加大容量.

重写Executor的executor方法.

里面会对Runnable里面的逻辑进行封装一层,即执行完任务或者报异常都会接着执行scheduleNext方法.

scheduleNext会从队列里拿出新任务继续执行,直到队列为空.

然后把这个封装后的Runnable丢到队列里.接着判断当前有没有任务在进行,没有的话开始第一个任务.

其实意思就是实现顺序执行任务的意思.所以这个SerialExecutor名字也很符合,Serial表示串行,串行线程池.

回到"神奇的地方",神奇就是在创建了一个多线程池THREAD_POOL_EXECUTOR,却用来串行执行任务.

比如我丢进去1000个任务,每个处理需要1秒.添加打印出当前线程信息.

    static class MyAsyncTask extends AsyncTask<Void, Void, Void> {

        @Override
        protected Void doInBackground(Void... params) {
            try {
                Thread.sleep(1000L);
                Log.e(TAG, "Thread:" + Thread.currentThread());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return null;
        }
    }

02-02 02:38:22.324 1741-1754/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #1,5,main]
02-02 02:38:23.366 1741-1773/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #2,5,main]
02-02 02:38:24.408 1741-1791/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #3,5,main]
02-02 02:38:25.448 1741-1808/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #4,5,main]
02-02 02:38:26.463 1741-1825/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #5,5,main]
02-02 02:38:27.504 1741-1825/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #5,5,main]
02-02 02:38:28.544 1741-1825/com.yao.mytestproject E/HomeActivity: Thread:Thread[AsyncTask #5,5,main]

出来的log发现刚开始5个任务会让线程池创建5个新线程执行(因为coolPoolSize根据cpu数量来定,我这里是4+1=5),接着就是一直用第5号线程执行任务.空着的4个线程,有那么点浪费的意思啊.

2.上面的Runnable任务怎么来的,毕竟我们只是重写了doInBackgroud方法——关于AsyncTask的构造函数

	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);
                }
            }
        };
    }

	...

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

AsyncTask的构造函数会新建一个WorkerRunnable.它是继承Callable类型,同时持有一个泛型数组,将来用来存放传过来的可变参数的.

重写里面的call方法,里面会执行doInBackgroud,得到的result会发送个某个handler.

这只是把执行的流程包装成一个Callable,并不是立即执行里面的流程.之后用新建FutureTask持有这个Callable.

前面讲过,只有用new FutureTask(Callable)的方式,才能把Callable当成Runnable使用,最终才能交给THREAD_POOL_EXECUTOR去执行execute(Runnable)代码.

3.关于运行在UI线程的3个函数.onPostExecute.onPreExecute.onProgressUpdate

    private static InternalHandler sHandler;

    private static Handler getHandler() {
        synchronized (AsyncTask.class) {
            if (sHandler == null) {
                sHandler = new InternalHandler();
            }
            return sHandler;
        }
    }
	
	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;
            }
        }
    }

前面讲执行完doInBackgroud,会把执行结果发送到一个Handler.就是这个静态的InternalHandler.

getHandler典型的单例获取方法.InternalHandler用的是Looper.getMainLooper,代表运行在UI线程.

里面有两个case,一个是执行处理结果,一个是反馈进度的POST_PROGRESS.

反馈进度时候我们只需要在代码里调用publishProgress方法,就能发送消息到这个Handler里面,最终执行onProgressUpdate

4.最终,回到AsyncTask的执行的开始,execute方法

    @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;
    }

AsyncTask的execute方法执行,并且传了params参数.会使用默认的串行线程池执行executeOnExecutor方法.

里面首先判断这个AsyncTask是否在运行或已经运行完毕.(这也告诉我们,new出来AsyncTask只能运行一次)

然后会执行onPreExecute(此时还在UI线程).然后给我们的任务赋值参数后正式开始执行.

关于"神奇的地方"的猜想

首先传说安卓1.5是AsyncTask是顺序执行的.1.6~2.3.2是多个线程并行执行.3.0后又变成顺序执行的.所以可能由于历史遗留那拥有多个线程的THREAD_POOL_EXECUTOR就保留下来了.

然后毕竟这个线程池的声明是 public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR,重点是公开的.

所以我们可以这样用AsyncTask

executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR) 就会使用当前CPU数量的最佳策略来并行得跑任务.

还不满足.可以使用executeOnExecutor(Executors.newFixedThreadPool(10))这样的传参决定容量的池子来跑.

再不满足可以使用executeOnExecutor(Executors.newCachedThreadPool())不限制并行数量的池子来跑.

再再不满足,请自定义池子跑吧.

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