Android AsyncTask 原理及Java多线程探索

Android AsyncTask 原理及Java多线程探索

一 Java 线程

Thread

在Java 中最常见的起线程的方式,new Thread 然后重写run 方法。新线程的函数执行的代码就是run函数。

new Thread(){

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis() + " Thread:"+ Thread.currentThread().getName() + " || Hello this is Thread");
        super.run();
    }
}.start();

Runnable

第二种方式就是new Runable,看下Thread的run函数,这里判断了target 是否为空,target 类型为Runnable ,就是我们传递的参数,如果不为空,执行Runnable的Run 函数。所以在Thread中一共执行了两个Run函数,Thread.run and Runnable.run。

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis() + " Thread:" + Thread.currentThread().getName()
                        + " || Hello this is Runnable");
    }
}, "RunnableThread").start();

Thread的run函数: 
public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }

Callable and FutureTask

第三种方式是Callable 方式,是Java 为了简化并发二提供的API。看下类图的继承关系:


FutureTask类图
FutureTask类图

FutureTask 继承了 RunnableFuture 接口,而RunnableFuture接口继承了Runnable 和Future接口。所以FutureTask 可以作为Runnable类型传递给Thread。同时FutureTask内部持有一个Callable类型的变量,Callable 有返回值,FutureTask和Runnable不同的是可以有返回值。

Callable<String> callable = new Callable<String>() {

    @Override
    public String call() throws Exception {             
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis() + " Thread:"+ Thread.currentThread().getName() + " || Hello this is Callable");
        return "Callable";
    }
};
        
final FutureTask<String> futureTask= new FutureTask<String>(callable);
new Thread(futureTask, "FutureTaskThread").start();
try {
    String result = futureTask.get();
    System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis() + " Thread:"+ Thread.currentThread().getName() + " || " + result );
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

从运行日志上看,主线程在futureTask.get()阻塞等待 futureTask run 结束。

Time:1479020490215 Thread:Thread-0 || Hello this is Thread
Time:1479020490215 Thread:RunnableThread || Hello this is Runnable
Time:1479020495221 Thread:FutureTaskThread || Hello this is Callable
Time:1479020495221 Thread:main || Callable

FutureTask 重写了Runnable的Run函数,看下代码的实现,在FutureTask的run函数中调用了Callable 类型的call。

  1. !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,null,Thread.currentThread())),保存Thread的句柄。这个可以通过FutureTask控制线程。
  2. 调用Callable#call函数。
  3. set(result);保存返回结果。在调用线程中可以使用get获取返回结果。
  4. sun.misc.unsafe类的使用 http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/17138079
    public void run() {
        if (state != NEW ||
            !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                         null, Thread.currentThread()))
            return;
        try {
            Callable<V> c = callable;
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                if (ran)
                    set(result);
            }
        } finally {
            // runner must be non-null until state is settled to
            // prevent concurrent calls to run()
            runner = null;
            // state must be re-read after nulling runner to prevent
            // leaked interrupts
            int s = state;
            if (s >= INTERRUPTING)
                handlePossibleCancellationInterrupt(s);
        }
    }
FutureTask序列图
FutureTask序列图

二 线程池

前面创建线程每次都是一个,管理起来也比较麻烦,线程池是为了避免重复的创建Thread对象,避免过多消耗资源,同时也能方便的线程的管理。主要有以下几种类型。

  1. 固定线程池 Executors.newFixedThreadPool();
  2. 可变线程池 Executors.newCachedThreadPool();
  3. 单任务线程池 Executors.newSingleThreadExecutor();
  4. 延迟线程池 Executors.newScheduledThreadPool();

线程池和Callable 结合使用:

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<String> future1 = pool.submit(callable);
Future<String> future2 = pool.submit(callable);
try {
    String result1 = future1.get();
    System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis() + " Thread future1:"+ Thread.currentThread().getName() + " || " + result1);
    String result2 = future2.get();
    System.out.println("Time:" + System.currentTimeMillis() + " Thread future2:"+ Thread.currentThread().getName() + " || " + result2);

} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

Executors.newFixedThreadPool(2)的日志:
可以看出两个线程并发执行:

Time:1479020495221 Thread:main || Callable
Time:1479020500228 Thread:pool-1-thread-1 || Hello this is Callable
Time:1479020500228 Thread:pool-1-thread-2 || Hello this is Callable
Time:1479020500229 Thread future1:main || Callable
Time:1479020500229 Thread future2:main || Callable

修改为Executors.newFixedThreadPool(1)
由于为一个线程,变成串行模式:

Time:1479020696436 Thread:main || Callable
Time:1479020701444 Thread:pool-1-thread-1 || Hello this is Callable
Time:1479020701444 Thread future1:main || Callable
Time:1479020706449 Thread:pool-1-thread-1 || Hello this is Callable
Time:1479020706450 Thread future2:main || Callable

线程池的详细使用参考:

线程池技术

JAVA线程池的分析和使用

三 Android AsyncTask

AsyncTask 的简单使用

AsyncTask 为一个泛型抽象类,定义如下:
public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result>

  1. Params:表示输入的参数类型,在execute doInBackground参数类型。
  2. Progress:进度条参数类型,publishProgress参数类型。
  3. Result:结果参数类型,onPostExecute参数类型

其中doInBackground 在后台新的线程中调用,onPostExecute在主线程中调用。使用的时候调用execute。

new HttpPostAsyncTask(this.getApplicationContext(), code).execute(URL);

public class HttpPostAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {

    private final static String TAG = "HttpTask";
    public final String mUrl = "http://www.weather.com.cn/data/cityinfo/";
    
    private Context mContext;
    private String  mCode;
    public HttpPostAsyncTask(Context context, String code){
        mContext = context;
        mCode    = code;
    }
    
    @Override
    protected String doInBackground(String... params) {
        String httpurl = mUrl+"/"+mCode+".html";
        String strResult = null;
        
        try {
            HttpGet httpGet = new HttpGet(httpurl);
            Log.d(TAG, "url:"+httpurl);
            HttpClient httpClient = new DefaultHttpClient();
            HttpResponse httpResponse = httpClient.execute(httpGet);
            
            if(httpResponse.getStatusLine().getStatusCode() == HttpStatus.SC_OK ){
                Log.e(TAG, "httpResponse:"+httpResponse.toString());
                strResult = EntityUtils.toString(httpResponse.getEntity());
                WeatherProvider.insertWeatherInfo(strResult);   
            }
        } catch (Exception ex) {
            ex.printStackTrace();
            strResult = ex.toString();
        }

        return strResult;
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(String result) {
        super.onPostExecute(result);
        WeatherProvider.insertWeatherInfo(result);
        Intent intent = new Intent(UpdateService.updateSuccessIntent);
        mContext.sendBroadcast(intent);
    }
}

AsyncTask 的原理

两板斧

看下AsyncTask 的构造函数,(7.0代码)在构造函数中new了WorkerRunnable, WorkerRunnable 继承自Callable, 重新了Call函数,在Call函数中调用了doInBackground,函数,怎么实现的新线程好像已经呼之欲出了。按照套路,mFuture = new FutureTask 并且以new的WorkerRunnable mWorker为参数。下面要做的就是把mFuture 提交给线程池。
在这里完成了两板斧:

  1. mWorker = new WorkerRunnable ,在mWorker中调动doInBackground。
  2. mFuture = new FutureTask
  3. This constructor must be invoked on the UI thread,这个是为什么?
/**
 * Creates a new asynchronous task. This constructor must be invoked on the UI thread.
 */
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);
                }
            }
        };
    }

第三板斧

AsyncTask 执行的时候要调用 execute. 最终调用exec.execute(mFuture);
在上面线程池的测试中调用的是ExecutorService 的submit 接口,在这里使用的是execute。
二者的区别是 submit 有返回值,返回值为 Future类型,这样可以通过get接口获取执行结果。
execute 无返回值。那如何获取返回值。如果是submit 接口,如果多个线程执行,在主线程中只能依次获取返回结果,而多个返回结果的次序和时间并不确定,就会造成主线程阻塞。Android 的Thread Handler 模型需要出厂了,Android 的编程思想是不是很强大,Java 的线程池技术虽然解决了线程的复用 管理问题,可是没有解决线程的执行结果访问的问题。在FutureTask 的run 函数中会调用set 函数保存返回结果。set函数会调用done() 函数。看下AsyncTask 的构造函数中new FutureTask的时候重新实现的done()函数。done->postResultIfNotInvoked->postResult,
在postResult中首先通过

  1. Message message = getHandler().obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT,
    new AsyncTaskResult<Result>(this, result));
    构造了通过参数为AsyncTaskResult的message
  2. 然后 Handler message.sendToTarget 通知主线程。
 public final AsyncTask<Params, Progress, Result> execute(Params... params) {
        return executeOnExecutor(sDefaultExecutor, params);
    }
 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;
    }
    
 
    private void postResultIfNotInvoked(Result result) {
        final boolean wasTaskInvoked = mTaskInvoked.get();
        if (!wasTaskInvoked) {
            postResult(result);
        }
    }

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

结果已经有了,那怎么处理呢.getHandler 获取的Handler. Handler是和主线程关联的。onProgressUpdate onPostExecute出场了,在主线程中调用。

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

线程池的问题

在Android 的历史上AsyncTask 修改过多次,主要是线程的数量和并发的问题。又有CPU的核数是固定的,太多的线程反而会造成效率的地下,因此在新的版本上线程最大为:核数*2 +1。从SerialExecutor的实现看,AsyncTask 默认执行为串行。
不过Google 给我们提供了可以修改为并行的API:executeOnExecutor(Executor exec,Params... params) 自定义Executor。

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 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();
            }
        }

主线程调用的问题

在构造函数的注释中看到不能再非UI线程中调用AsyncTask.发做个测试,测试环境为 API 24 模拟器:

    final String code = intent.getStringExtra("citycode");
    new Thread(){
                
        @Override
        public void run(){
            new HttpPostAsyncTask(UpdateService.this.getApplicationContext(), code).execute("");
        }
    }.start();

No Problem. 一切正常。原因可能是和Handler 有关,在API24 版本中Handler 获取的是主线程的Handler, 这样在onPostExecute 执行UI操作的时候就不会有问题。在老的版本上获取Handler 可能方式不一样,获取的调用线程的Handler. 没有比较旧的代码,手头没有代码不能确认。

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