Android – AsyncTask与Handler 的关系

前面的文章已经分析了HandlerAsyncTask的原理,现在说说他们的异同点:

1. 相同点:AsyncTask就是封装了Thread+Handler,来简单实现做异步任务同时又能更新UI

2. 不同点: 在android 3.0之后的AsyncTask中的任务默认是串行执行的,如果你有多个异步任务要并发执行,应该使用Thread(Pool)来替代。 当然AsyncTask也是考虑到了这一点,所以提供了一个executeOnExcutor方法,可以传入我们自定义的executor来进行并发执行。AsyncTask内部实现的Executor是SerialExecutor, 是串行执行的,来看代码他是如何串行化的:1

调用execute的时候,会先把异步任务封装为一个runnable放到一个队列里面,然后再判断要不要执行该任务。
判断的依据很简单,如果当前已经有任务在跑了,那么就不跑了。那么,这个任务会被丢弃吗?不会!当前任务执行后的finally块里面会执行下一个任务。这里的mActive变量设计的很巧妙,当mTasks.poll()得到的下一个任务为空的时候, 就不会再往下执行了, 所以可以保证所有任务都能被执行到,而且任务都是串行执行的。这里execute和scheduleNext两个方法都加上了synchronized关键字,所以也不会有线程安全的问题。
看下AsyncTask的execute方法:
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这里用的是默认的Executor, 而这个默认的Executor就是SerialExecutor, 而且是单例的
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看到sDefaultExecutor前面有个volatile关键字就说明了这个Executor是可以被更改的,果不其然, AsyncTask提供了这么一个方法:
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这样一来,我们通过更改默认的Executor就能达到AsyncTask里面的任务并发执行的目的。
另外,回到AsyncTask的execute方法,是通过executeOnExecutor来提交任务的,而恰巧,executeOnExecutor这个方法是public的,说明我们也可以通过executeOnExecutor这个方法来指定我们自定义的Executor来执行任务,从而达到并发执行的目的。
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同时,AsyncTask也定义了一个Executor常量供我们使用(实际上他的SerialExecutor也在用),就是
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所以我们调用AsyncTask.executeOnExecutor的时候,可以把AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR作为第一个参数传过去即可,也省去了我们自己定义(如果实在需要还是真的要自己定义)的代码了。
如果用Thread+Handler来实现类似AsyncTask类似的功能,可以用Handler的post方法,在Thread中处理任务的过程中,如果想要更新UI线程,有几种方法,一种是post,一种是sendMessage。如果从用法上来看,post应该说更实用一点,sendMessage的话你还要去封装一个消息,然后接受到消息的时候还要再把数据拿出来,进行UI的更新,例如:
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3. 最后画一幅图来总结一下AsyncTask和Handler之间的关系:
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绿色部分是Android框架定义的方法,我们无需去重载,而粉色部分的方法我们可以去重载来实现自己的业务逻辑。
注意:在doInBackground被调用之前会有一个线程池的调度过程,以及会先执行onPreExecute这个方法,这里省略了。

Android – AsyncTask 源码分析

AsyncTask,看名字直接翻译就是异步任务的意思,顾名思义,是用来处理异步的任务的,那么什么任务需要异步处理呢,那些需要比较耗时的计算和资源获取都需要异步处理。如果不异步处理的话,处理这个任务的UI线程就会出现卡顿的情况。

1. AsyncTask是什么?
先看源码中的javadoc:
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简单翻译一下: AsyncTask能够适当和简单地使用UI线程。可以处理后台操作以及发送操作结果到UI线程,而不需要操作Thread和Handler。AsyncTask就是设计用来简化Thread和Handler的使用的工具类,在做一些短操作的时候(最多几秒)应该观念性的想到AsyncTask。如果你需要保持线程在后台跑一段时间,那么强烈建议你使用JUC里面系统的一些并发相关的API,比如Executor,ThreadPoolExecutor和FutureTask等类。一个异步任务是由一个计算逻辑来定义的,跑在后台,在跑完之后将结果反馈给UI线程进行处理。定义一个异步任务需要三个泛型类型(Params,Progress和Result)以及4个步骤(onPreExecute,doInBackground,onProgressUpdate和onPostExecute)。
翻译太差,看得云里雾里有木有,其实简单的说就是异步任务(AsyncTask)是为了简化Thread和Handler的配合使用而定义的一种工具类,实现他,只要制定好几个参数的泛型类型以及覆盖几个步骤的方法(事件)就可以了。其底层还是通过线程(池)和Handler来实现的,后面会提到。

2.定义一个AsyncTask
可以通过匿名内部类的方式,也可以通过类继承的方式,定义一个AsyncTask,但是都必须实现doInBackground这个方法。(吐槽:这个方法的参数类型就是泛型定义里面的Params,但是为什么是不定数组,这个比较奇怪,不知道这个接口的设计者怎么想的。)后面再将实现机制的时候在说说这个方法要怎么实现。

3.实例化AsyncTask
new一个AsyncTask的时候,发生了什么?直接看他的构造方法就知道了:
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这里mWorker就是一个Callable对象,执行的时候会调用到他的call方法,这里call方法会调用doInBackground方法,所以这个mWorker实际上就是把doInBackground做了封装,保证在执行的时候会调用到这个后台方法。而mFutrueTask就是吧mWorker再封装成FutureTask对象,在任务完成的时候执行postResult方法,把数据发给内部的Handler进行处理。这里内部的handler是在类加载的时候定义好的:
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看看他的实现:
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很简单, 根据发过来的消息类型(what),去执行对应的那个方法。注意这里有finish和onProgressUpdate两个路径,先看看onProgressUpdate是用来干嘛的:
我们在定义AsyncTask的时候,可以覆盖其onProgressUpdate方法,这个方法可以更新UI,而且不是等AsyncTask执行结束的时候, 那么是在什么时候触发呢,是在doInBackground中调用了publishProgress这个方法的时候,就会触发这个事件。这个可以干嘛用呢?最直接的一个例子就是进度条(下载,听歌播放等)。进度条一般是有一个进度的过程,不仅仅是开始和结束两个状态,所以我们处理了部分数据之后,为了更及时地反馈给用户,需要更新进度条的进度,所以需要在doInBackground里面调用 publishProgress方法。这就是为什么定义一个AsyncTask需要第三个泛型参数,这个参数就是为了进度中的数据传过来的。他的实现也很简单:
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把当前的AsyncTask包装成AsyncTaskResult,加上当前进度的参数,发送到内部的handler去处理。
再回头来看handler中,对于消息的类型(what)是MESSAGE_POST_PROGRESS的消息会触发onProgressUpdate事件,从而实现线程的更新。
那么什么时候触发finish事件呢?很显然上面提到的mFutureTask的结束方法里面会postResult,而postResult就是给handler发送一个what等于MESSAGE_POST_RESULT的消息,这时就会触发finish事件(其实不是finish事件,后面会分析到)了。
所以这里几个参数是对应的
execute(Params...)
doInbackground(Parmas...)
publishProgress(Progress ...)
onProgressUpdate(Progress...)
finish(Result)
画个图来简单理解一下吧:
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其中, 绿色的部分是我们不需要实现的, 粉色的部分是我们可以实现的一些事件。这里已经把整个AsyncTask的生命周期画出来了。

4.启动AsyncTask
调用AsyncTask的execute(Params...)方法就可以了, 这个方法是直接调用了内部的另一个方法,executeOnExecutor(Executor, Params...),这里传入的executor参数是AsyncTask内部自己实现的SerialExecutor,用法就是一个线程池。当然我们可以在外部直接调用这个executeOnExecutor方法,然后指定我们自己实现(or定义)的Executor就可以了。不过既然人家提供了,不用白不用你说是不?
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看吧,这里会先触发onPreExecute事件,然后把参数交给mWorker定义的mParams,然后才丢到池里面进行处理。这个SerialExecutor实现也不复杂:
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先把runnable对象放到队列里面(mTasks.off),然后再出列交给ThreadPoolExecutor处理,这的实现就是实现了异步任务的串行化处理,先来先执行。

5. 更新UI
在执行过程或者结果的时候需要更新UI,那么在哪里更新呢?不可能直接在doInBackground方法里面更新,因为这时候还不是在UI线程里面,只有在几个on*的事件方法内可以执行UI的更新,因为这几个事件确实是在UI线程中执行的。其中onPreExecute是在启动时还没有进入线程池之前的更新,其他几个都是通过handler来实现的。那么,我们在doInBackground中要如何更新UI呢?很简单,调用publishProgress方法就可以了,看他javadoc里面提供的代码:
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调用publishProgress的时候把当前处理的进度(Progress的含义)传过去,然后在onProgressUpdate事件里面就可以使用这个进度的结果,然后更新UI.

6. 任务结束
任务结束,也会触发事件, 一种是正常结束, 会调用onPostExecute;另一种是用户自己取消(调用AsyncTask的cancel方法), 则会调用onCancelled事件.在结束这里我们也可以执行UI操作,比如结束进度条神马的, 你看这个AsyncTask简直就是为了类似进度条的UI的完美设计啊.
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7.分析总结
最后来分析一下AsyncTask是如何搭建起Thread和Handler之间的桥梁的。首先,先从AsyncTask的入口方法,execute入手,他最终是提交任务给了本地的线程池去处理,这就打通了Thread的这一层。然后他提供了publishProgress这个API来发送消息到Handler里面,就打通了Handler的这一层,如此而为之的目的是为了具备线程的异步执行的特性同时又有更新UI的能力。如下图
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Android – Handler 源码分析

android开发我也是在学习阶段,由于喜欢看源码,所以顺便把经常用到的一些类都看看顺便分析一下他们的工作机制。

Handler在android开发中应该比较常用,主要用于接收异步处理结果的消息并更新UI,比如做了一个天气应用,用户点击刷新的按钮的时候,为了不让界面卡住,这时候应该起一个异步任务去获取数据,然后等数据获取完成之后才更新UI的结果。不同于js更新web上的元素,android的UI更新操作都不是线程安全的,所以需要在同一个线程下才能更新UI,而js是没有多线程的概念的,所有操作都在同一个线程中,所以不会有线程安全的问题。来看看Handler的官方注释:handler.comment

简单翻译一下:一个Handler可以让你用来发送和处理消息(Message),以及消息上附带的Runnable对象,整个是跟消息队列(MessageQueue)一起使用的。每一个Handler实例会关联到一个唯一的线程和该线程的MessageQueue。如果你创建了一个Handler,他将会跟创建这个Handler的线程和该线程的消息队列绑定在一起。也就是说通过把消息发往这个队列和在出列的时候处理他们。Handler一般有两种应用产景,(1)就是调度消息和runnable对象在未来的某个时间点执行(归纳起来就是消息的发送);(2)可以把消息发送到其他线程里面。再简单概括一下就是Handler是跟创建他的线程绑定在一起的,然后通过消息队列方式,实现线程安全的操作。

1. Handler的创建

当你在一个Activity(或者其他)里面new一个Handler的时候,他最终会执行下面这个构造函数:handler.create

第一段if可以无视,是判断Handler是不是静态的,如果不是给你一个警告说可能会内存泄露。Looper.myLooper()其实就是在当前线程的ThreadLocal中获得Looper对象,同时从looper中获取MessageQueue。这里的callback其跟覆盖handleMessage的机制差不多,估计是为了某些地方使用了这种方式,然后一直兼容到现在。

2. 消息的发送机制

当我们调用handler的send()/post()系列的方法的时候(这些方法的调用一般发生在异步处理的任务完成之后,像触发线程的更新操作),handler做了什么操作?他们实际上殊途同归,最终都调用了这个方法:handler.sendMessage

再看看enqueueMessage方法:handler.enqueue

第一句把msg.target设置为当前的handler本身,这一步很重要,因为在这之后,就跟handler没关系了,后面会分析;接着就调用消息队列的入列方法把消息体丢到队列里面排队等待执行。

可以看到,不管是什么方式,最终都是把消息(runnable最后也是包装成消息)丢到消息队列里面。

3. Looper的工作机制

Looper的工作机制就跟他的名字一样,就是一个循环器,作为MessageQueue的消费者,进行消息的出列和处理操作。其核心代码就在loop()方法中,来看看looper

看到for(;;)我们就能猜到这是一个典型的生产者消费者模型了,在for循环里面,looper不断的订阅消息队列的下一个元素(next()方法),然后调用Handler的dispatchMessage方式分发消息给handler进行处理。上面说到设置msg.target那一步很重要就重要在这里。消息处理完之后还可以回收再利用,这点不细说了(如果你的Message是new出来的,回收了也没用,科学的使用方式是使用Message.obtain() 系列的方法来创建消息。)这里消息一个一个处理完之后才会处理下一个,是单线程串行执行的,而且跟创建handler的线程是同一个线程,所以完美的避免的线程安全的问题。那么你的疑问会是,究竟是谁来调用这个loop方法的,不是会卡住吗?是的,这就是精髓所在,这里的looper是UI线程在初始化完所有的UI操作之后调用的,这样一来,就不会有卡住的问题了。

4. 消息分发机制

上面Looper拿到消息之后,会调用Handler的dispatchMessage进行消息的分发操作,这里分发不是简单的调用Handler中的handleMessage方法,而是有其他逻辑在里面的,来看handler.dispatchMessage

惊呆了有木有,handleMessage方法是优先级最低的!为什么呢,因为有Handler有个post方法呀。post方法的参数是一个Runnable对象,然后通过创建一个Message,再把message的callback设置为这个runnable,然后再发送到消息队列里面。post方法的场景是你更新UI的时候需要知道获取到了什么新的数据,然后直接更新。而handleMessage方法可以不需要知道更新了哪些数据,就仅仅更新UI就可以了(当然,神奇的Message里面还配置了bandle,可以传数据的,所以其实都差不多,哈哈)。至于Handler的mCallback成员则是回调函数的通用写法,跟handleMassage的方式差别也不大。到这里就能明白为什么handleMessage在定义的时候不是abstract protected void handleMessage()了吧,因为他确实不是必须的。。。

分析到这里,可以看出,handler之所以可以更新UI,不是系统做了什么神奇般的兼容,而是因为他跟UI线程使用的本来就是同一个线程,UI线程通过Looper.loop来等待消息的分发,handler发送消息后把消息放到消息队列里面,而Looper负责从消息队列里面拿数据,又交给handler进行处理,最终实现了UI的异步更新操作。这是个生产者消费者模型典型应用,其中消息队列的功劳巨大,我们来看看他有哪些功能。如果我们开发中也需要实现这种类似的生产者消费者模型,可以使用这一套机制。需要注意的是,MessageQueue我们不能单独定义来使用,因为其核心API的可访问修饰符都是包级别的,我们不能把代码定义到android.os这个包下面,所以他要通过配合Looper来使用。Looper的核心API都是开放的。

5. 消息队列

enqueueMessage入列,可以把消息放到队列里面,这里队列的底层是android的本地代码实现的,其实可以参照juc里面的DelayQueue的实现,机制差不多,都支持延时出列的,这不过实现方式不同罢了。

next()出列,消息出列,队列的出列优先级是入列的时候定义的时间来决定的,时间值越小(长整形)优先级越高。