Android源码解析-掌握AsyncTask工作原理串行执行原因和内存泄漏的处理

矫情吗；* 2024-04-17 06:01 13阅读 0赞

## 什么是AsyncTask ##

它本质上是一个封装了线程池和Handler的异步框架；它内部使用一个线程池，串行执行每一个线程，线程生命周期不用开发者管理，用来执行异步任务，通过Handler来进行回调更新UI

这一套业务也可以使用Thread来做，但是使用Thread有些麻烦，每次使用都要自己new一个线程，要自己管理其生命周期，而且android还不允许在非主线程的线程更新UI，这样的话thread运行得到的结果如果需要更新UI可能还需要发一个handler通知主线程更新界面，代码写起来比较凌乱不如asynctask一目了然好维护。

## AsyncTask的源码 ##

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {
        private static final String LOG_TAG = "AsyncTask";
    
        //获取CPU数量
        private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        //确定线程池核心线程数量
        private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
        //确定线程池线程最大数量
        private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
        private static final int KEEP_ALIVE = 1;
    
        //线程工厂，下面实例化线程池要使用
        private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
            //提供原子操作的Integer类，确保getAndIncrement()线程安全
            private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
            //重写该方法，确定新增加的线程的线程名，就是增加一个标识，表明这个线程是AsyncTask的
            public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
            }
        };
    
        /**
         * BlockingQueue 是Concurrent包中的一种阻塞队列
         * 当BlockingQueue为空， 从队列取数据时会让线程等待状态，直到能取出非空的数据，线程会被唤醒。
         * 当BlockingQueue是满的，存数据到队列时线程也会进入等待状态，直到有空间，线程才会被唤醒。
         * 在这里是存放待执行的Runnable，容量为128
         */
        private static final BlockingQueue<Runnable> sPoolWorkQueue =
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(128);
    
        /**
         * An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
         * 根据上面的参数实例化线程池
         */
        public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
                = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                        TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);
    
        /**
         * An {@link Executor} that executes tasks one at a time in serial
         * order.  This serialization is global to a particular process.
         * AsyncTask内部实现的线程池，串行执行线程
         */
        public static final Executor SERIAL_EXECUTOR = new SerialExecutor();
    
        /**
         * Handler消息的what
         */
        private static final int MESSAGE_POST_RESULT = 0x1;
        private static final int MESSAGE_POST_PROGRESS = 0x2;
    
        //用原子符修饰sDefaultExecutor，并且将SERIAL_EXECUTOR赋值给sDefaultExecutor
        //AsyncTask内部使用它进行执行任务
        private static volatile Executor sDefaultExecutor = SERIAL_EXECUTOR;
        //主线程的Handler
        private static InternalHandler sHandler;
    
        /**
         * AstncTask内部类，实现了Callable接口
         * 内部实例了一个保存参数的mParams数组
         * Callable接口内部有一个call方法，方法里是开发者具体逻辑实现，与Runnable接口类似，
         * 只不过Runnable里的run方法没有返回值，而call方法有返回值
         */
        private final WorkerRunnable<Params, Result> mWorker;
        /**
         * FutureTask类实现了Runnable接口和Future接口，且内部维护了一个Callable对象，
         * FutureTask的构造函数中需要传入一个Callable对象以对其进行实例化
         * Executor的execute方法接收一个Runnable对象，由于FutureTask实现了Runnable接口，
         * 所以可以把一个FutureTask对象传递给Executor的execute方法去执行。
         * 当任务执行完毕的时候会执行FutureTask的done方法，我们可以在这个方法中写一些逻辑处理。
         * 在任务执行的过程中，我们也可以随时调用FutureTask的cancel方法取消执行任务，任务取消后也会执行FutureTask的done方法。
         * 我们也可以通过FutureTask的get方法阻塞式地等待任务的返回值（即Callable的call方法的返回值），
         * 如果任务执行完了就立即返回执行的结果，否则就阻塞式等待call方法的完成。
         */
        private final FutureTask<Result> mFuture;
    
        //标识当前正在执行的线程的状态
        private volatile Status mStatus = Status.PENDING;
        /**
         * 提供原子操作的Boolean类型，保证线程安全
         * mCancelled表示任务是否被取消
         * mTaskInvoked是否开始执行了
         */
        private final AtomicBoolean mCancelled = new AtomicBoolean();
        private final AtomicBoolean mTaskInvoked = new AtomicBoolean();
    
        /**
         * 自定义一个线程池，串行执行任务
         * 串行执行逻辑就是：
         * 首先通过execute(Params... params)方法执行到这个类的execute；
         * 然后将mFuture封装成一个Runnable（里面的run方法的逻辑就是先执行mFuture的run方法，
         * 执行结束后就通过scheduleNext()方法取出下一个任务执行，循环往复）添加到队列里；
         * 但是一开始mActive肯定为null，所以就通过scheduleNext()方法取出上一步添加的任务去执行；
         * 以后就循环执行run方法里的逻辑
         */
        private static class SerialExecutor implements Executor {
            /**
             * ArrayDeque是一个双向队列，能够同时在两端进行插入删除操作，
             * 不过它的内部没有做同步操作，虽然效率上要高于linkedList, vector等，但是存在并发问题
             * 需要开发者自己做维护，这里SerialExecutor就是串行执行，所以没有并发问题
             * 在这里存放Runnable，队列容量没有限制
             */
            final ArrayDeque<Runnable> mTasks = new ArrayDeque<Runnable>();
            //当前正在执行的任务
            Runnable mActive;
    
            //实现Executor的execute方法，用于串行执行任务
            public synchronized void execute(final Runnable r) {
                //通过队列的offer方法将封装后的r添加到队列的最后
                mTasks.offer(new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            r.run();
                        } finally {
                            //r执行结束后执行下一个任务
                            scheduleNext();
                        }
                    }
                });
                //当前没有执行任务，就执行这个方法去取任务执行
                if (mActive == null) {
                    scheduleNext();
                }
            }
            //返回并删除队列的头部第一个元素,然后把线程交给线程池执行
            protected synchronized void scheduleNext() {
                if ((mActive = mTasks.poll()) != null) {
                    THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(mActive);
                }
            }
        }
    
        /**
         * Indicates the current status of the task. Each status will be set only once
         * during the lifetime of a task.
         */
        public enum Status {
            /**
             * Indicates that the task has not been executed yet.
             * 表示任务还没有开始执行
             */
            PENDING,
            /**
             * Indicates that the task is running.
             * 表示任务正在执行
             */
            RUNNING,
            /**
             * Indicates that {@link AsyncTask#onPostExecute} has finished.
             * 表示任务执行结束
             */
            FINISHED,
        }
    
        //获取Handler
        private static Handler getHandler() {
            synchronized (AsyncTask.class) {
                if (sHandler == null) {
                    sHandler = new InternalHandler();
                }
                return sHandler;
            }
        }
    
        /** @hide */
        public static void setDefaultExecutor(Executor exec) {
            sDefaultExecutor = exec;
        }
    
        /**
         * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
         */
        public AsyncTask() {
            //实例化mWorker对象，
            mWorker = new WorkerRunnable<Params, Result>() {
                //实现call方法，执行任务
                public Result call() throws Exception {
                    //将mTaskInvoked设置为true，表明任务开始执行
                    mTaskInvoked.set(true);
                    //将该线程设置为后台线程
                    Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
                    //这个方法就是我们具体逻辑的实现，然后获取返回结果
                    Result result = doInBackground(mParams);
                    Binder.flushPendingCommands();
                    //将返回结果传递给postResult
                    return postResult(result);
                }
            };
    
            //当mFuture被sDefaultExecutor执行的时候，FutureTask内部run方法中的callable对象会调用call方法，
            // 就会走到上面的mWorker对象的call方法，方法走完，FutureTask内部run方法中会调用set(result)方法或者setException(ex)方法
            // 这两个方法里都会回调done()方法。
            mFuture = new FutureTask<Result>(mWorker) {
                //任务执行结束或者被取消都会调用done方法
                @Override
                protected void done() {
                    try {
                        //任务正常执行完成
                        postResultIfNotInvoked(get());
                    } catch (InterruptedException e) {
                        //任务出现异常
                        android.util.Log.w(LOG_TAG, e);
                    } catch (ExecutionException e) {
                        //任务执行出现异常
                        throw new RuntimeException("An error occurred while executing doInBackground()",
                                e.getCause());
                    } catch (CancellationException e) {
                        //任务取消
                        postResultIfNotInvoked(null);
                    }
                }
            };
        }
    
        private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
            final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
            if (!wasTaskInvoked) {
                //call方法没有被调用执行这个
                postResult(result);
            }
        }
    
        /**
         * AsyncTaskResult是一个内部类，里面包含执行任务的AsyncTask对象和返回的数据
         * 将结果封装到AsyncTaskResultHandler中发送出去
         * @param result
         * @return
         */
        private Result postResult(Result result) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
                    new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
            message.sendToTarget();
            return result;
        }
    
        /**
         * Returns the current status of this task.
         *
         * @return The current status.
         */
        public final Status getStatus() {
            return mStatus;
        }
    
        @WorkerThread
        protected abstract Result doInBackground(Params... params);
    
    
        @MainThread
        protected void onPreExecute() {
        }
    
        @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
        @MainThread
        protected void onPostExecute(Result result) {
        }
    
        @SuppressWarnings({"UnusedDeclaration"})
        @MainThread
        protected void onProgressUpdate(Progress... values) {
        }
    
        @SuppressWarnings({"UnusedParameters"})
        @MainThread
        protected void onCancelled(Result result) {
            onCancelled();
        }    
        
        @MainThread
        protected void onCancelled() {
        }
    
        public final boolean isCancelled() {
            return mCancelled.get();
        }
    
        public final boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning) {
            mCancelled.set(true);
            return mFuture.cancel(mayInterruptIfRunning);
        }
    
        public final Result get(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,
                ExecutionException, TimeoutException {
            return mFuture.get(timeout, unit);
        }
    
    
        @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:
                        //如果这个AsyncTask已经执行了还执行这个方法就抛出异常
                        throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
                                + " the task is already running.");
                    case FINISHED:
                        //如果这个AsyncTask已经执行结束了还执行这个方法就抛出异常
                        throw new IllegalStateException("Cannot execute task:"
                                + " the task has already been executed "
                                + "(a task can be executed only once)");
                }
            }
    
            //将该任务标识为正在执行
            mStatus = Status.RUNNING;
            //回调该方法，开发者可在这个方法里做一些准备工作
            onPreExecute();
            //将开发者传入的参数赋值给mWorker对象的内部变量
            mWorker.mParams = params;
            //让sDefaultExecutor执行mFuture，其实就是SerialExecutor这个类去执行execute(final Runnable r)方法，
            //因为mFuture实现了Runnable接口，所以线程池可以执行这个对象
            exec.execute(mFuture);
    
            return this;
        }
    
        @MainThread
        public static void execute(Runnable runnable) {
            sDefaultExecutor.execute(runnable);
        }
    
        @WorkerThread
        protected final void publishProgress(Progress... values) {
            if (!isCancelled()) {
                getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_PROGRESS,
                        new AsyncTaskResult<Progress>(this, values)).sendToTarget();
            }
        }
    
        private void finish(Result result) {
            if (isCancelled()) {
                //如果任务被取消了，回调该方法
                onCancelled(result);
            } else {
                //如果任务正常走完，就回调该方法
                onPostExecute(result);
            }
            //将该任务状态设置为结束
            mStatus = Status.FINISHED;
        }
    
        private static class InternalHandler extends Handler {
            public InternalHandler() {
                //获取主线程的Looper，将InternalHandler与主线程绑定
                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
                        //发布最终结果
                        result.mTask.finish(result.mData[0]);
                        break;
                    case MESSAGE_POST_PROGRESS:
                        //开发者通过调用publishProgress，会转到这里将过程回调给开发者
                        result.mTask.onProgressUpdate(result.mData);
                        break;
                }
            }
        }
    
        private static abstract class WorkerRunnable<Params, Result> implements Callable<Result> {
            Params[] mParams;
        }
    
        /**
         * 将AsyncTask和返回数据封装成一个对象，用于Handler通信时使用
         * @param <Data>
         */
        @SuppressWarnings({"RawUseOfParameterizedType"})
        private static class AsyncTaskResult<Data> {
            //具体执行任务的AsyncTask
            final AsyncTask mTask;
            //存储数据，一个可变长度的数组
            final Data[] mData;
    
            AsyncTaskResult(AsyncTask task, Data... data) {
                mTask = task;
                mData = data;
            }
        }
    }

AsyncTask为什么是串行执行任务，其中的原理在上面的注释中已经解释了

而有的文章说它是并行执行任务是为什么呢？你们可以看到上面有一个方法

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

这个方法我们肯定是没有调用过的，那是谁调用的呢？其实是应用刚启动的时候在ActivityThread的handleBindApplication方法调用的（[原文出处][Link 1]），里面有这样一句

// 如果sdk版本在Android3.1.x(API12)或更早版本，需要设置Asynctask中使用的线程池，这样任务是并行执行，在高版本是串行执行
    if (data.appInfo.targetSdkVersion <= android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) {
      AsyncTask.setDefaultExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR);
    }

显然这个THREAD\_POOL\_EXECUTOR是这样的

/**
         * An {@link Executor} that can be used to execute tasks in parallel.
         * 根据上面的参数实例化线程池
         */
        public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR
                = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE,
                        TimeUnit.SECONDS, sPoolWorkQueue, sThreadFactory);

所以AsyncTask在API12及以前是串行执行任务的

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## 总结机制原理 ##

*  获取cpu数量，核心线程数量，线程池最大线程数量，实例化了一个线程工厂(标识新线程的名称)，一个存放线程池的阻塞队列，最后构建一个线程池，这些东西都是静态的，不会每次new Asynctask都会实例化
 *  AsyncTask内部自己实现了一个线程池SerialExecutor类，从这个名字也可以看出来，这是一个串行执行器，平时看到很多分析博客还在说AsyncTask可以同时运行多个线程，其实这是不对的，只有老早的版本才会这样。至于串行的实现原理，上面注释已经很清楚了。之后把这个类的引用赋值给sDefaultExecutor
 *  接下来就是AsyncTask构造方法了，做了两件事，第一件就是实例化了一个WorkerRunnable对象，它是内部类，实现了Callable接口，并且定义了一个存放开发者传入的参数的数组，重写了call方法，这里就是耗时操作的执行地，并且将执行结果返回，最终会回调到onPostExecute(Result result)；第二件事就是实例化一个FutureTask对象，重写done方法，当任务执行结束或者出现异常会回调这个方法。
 *  最后就是两个最重要的方法了，开发者new了一个AsyncTask对象后调用它的execute(Params… params)方法，这里走到了executeOnExecutor(Executor exec,Params… params)方法，第一个参数是sDefaultExecutor，也就是SerialExecutor对象，第二个参数是开发者传入的参数。异步任务运行逻辑将FutureTask丢到SerialExecutor的类的execute方法中，这个方法将FutureTask又封装成了一个Runnable，这个Runnable的run方法逻辑就是执行FutureTask的run方法（这里面会回调WorkerRunnable的call方法，这里面会回调doInBackground；执行完毕后调用FutureTask的done方法），执行结束后调用scheduleNext()方法循环往复。

## AsyncTask注意事项 ##

*  内存泄漏  
    其实这个问题跟Handler内存泄漏原因是一样的，都是非静态内部类持有外部类activity的引用  
    具体原因和解决办法可以去这篇博客查看  
    [Android之Handler源码分析/Looper，Message，Messagequeue三者关系/Handler引起的内存泄漏][Android_Handler_Looper_Message_Messagequeue_Handler]
 *  生命周期  
    AsyncTask的生命周期并不是跟随Activity的生命周期，当Activity销毁的时候，需要处理AsyncTask，以防内部的子线程造成内存泄漏，所以需要及时调用AsyncTask.cancel(boolean mayInterruptIfRunning)取消异步任务
 *  结果丢失  
    当应用发生内存重启的时候，之前的AsyncTask会持有之前的activity的引用，这时候再调用Activity就会异常，这时候需要进行判断Activity是否位null
 *  串行 并行  
    在Android1.6之前的版本是串行的，在1.6-2.3改成了并行，在2.3以后为了系统稳定又改成了串行，但是也提供了一个方法execute(Runnable runnable)达到并行的需求

[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_30993595/article/details/82771691#AThandleBindApplication_956
[Android_Handler_Looper_Message_Messagequeue_Handler]: https://blog.csdn.net/qq_30993595/article/details/80468589