android多线程-AsyncTask之工作原理深入解析(上)

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前两篇我们分析android的异步线程类HandlerThread与IntentService，它们都是android系统独有的线程类，而android中还有另一个比较重要的异步线程类，它就是AsyncTask。本篇我们将从以下3点深入分析AsyncTask。

AsyncTask的常规使用分析以及案例实现
AsyncTask在不同android版本的下的差异
AsyncTask的工作原理流程

一、AsyncTask的常规使用分析以及案例实现

AsyncTask是一种轻量级的异步任务类，它可以在线程池中执行后台任务，然后会把执行的进度和最终结果传递给主线程并更新UI。AsyncTask本身是一个抽象类它提供了Params、Progress、Result 三个泛型参数，其类声明如下：

public abstract class AsyncTask<Params, Progress, Result> {

由类声明可以看出AsyncTask抽象类确实定义了三种泛型类型 Params，Progress和Result，它们分别含义如下：

Params ：启动任务执行的输入参数，如HTTP请求的URL
Progress ：后台任务执行的百分比
Result ：后台执行任务最终返回的结果类型

如果AsyncTask不需要传递具体参数，那么这三个泛型参数可以使用Void代替。好~，我们现在创建一个类继承自AsyncTask如下：

package com.zejian.handlerlooper;
import android.graphics.Bitmap;
import android.os.AsyncTask;
/**
 * Created by zejian
 * Time 16/9/4.
 * Description:
 */
public class DownLoadAsyncTask extends AsyncTask<String,Integer,Bitmap> {
    /**
     * onPreExecute是可以选择性覆写的方法
     * 在主线程中执行,在异步任务执行之前,该方法将会被调用
     * 一般用来在执行后台任务前对UI做一些标记和准备工作，
     * 如在界面上显示一个进度条。
     */
    @Override
    protected void onPreExecute() {
        super.onPreExecute();
    }
    /**
     * 抽象方法必须覆写,执行异步任务的方法
     * @param params
     * @return
     */
    @Override
    protected Bitmap doInBackground(String... params) {
        return null;
    }
    /**
     * onProgressUpdate是可以选择性覆写的方法
     * 在主线程中执行,当后台任务的执行进度发生改变时,
     * 当然我们必须在doInBackground方法中调用publishProgress()
     * 来设置进度变化的值
     * @param values
     */
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        super.onProgressUpdate(values);
    }
    /**
     * onPostExecute是可以选择性覆写的方法
     * 在主线程中执行,在异步任务执行完成后,此方法会被调用
     * 一般用于更新UI或其他必须在主线程执行的操作,传递参数bitmap为
     * doInBackground方法中的返回值
     * @param bitmap
     */
    @Override
    protected void onPostExecute(Bitmap bitmap) {
        super.onPostExecute(bitmap);
    }
    /**
     * onCancelled是可以选择性覆写的方法
     * 在主线程中,当异步任务被取消时,该方法将被调用,
     * 要注意的是这个时onPostExecute将不会被执行
     */
    @Override
    protected void onCancelled() {
        super.onCancelled();
    }
}

如代码所示，我们创建一个继承自AsyncTask的异步线程类，在泛型参数方面，传递String类型(Url) , Integer类型（显示进度），Bitmap类型作为返回值。接着重写了抽象方法doInBackground()，以及覆写了onPreExecute()、onProgressUpdate()、onPostExecute()、onCancelled()等方法，它们的主要含义如下：

（1）onPreExecute(), 该方法在主线程中执行，将在execute(Params… params)被调用后执行，一般用来做一些UI的准备工作，如在界面上显示一个进度条。
（2）doInBackground(Params…params), 抽象方法，必须实现，该方法在线程池中执行，用于执行异步任务，将在onPreExecute方法执行后执行。其参数是一个可变类型，表示异步任务的输入参数，在该方法中还可通过publishProgress(Progress… values)来更新实时的任务进度，而publishProgress方法则会调用onProgressUpdate方法。此外doInBackground方法会将计算的返回结果传递给onPostExecute方法。
（3）onProgressUpdate(Progress…),在主线程中执行，该方法在publishProgress(Progress… values)方法被调用后执行，一般用于更新UI进度，如更新进度条的当前进度。
（4）onPostExecute(Result), 在主线程中执行，在doInBackground 执行完成后，onPostExecute 方法将被UI线程调用，doInBackground 方法的返回值将作为此方法的参数传递到UI线程中，并执行一些UI相关的操作，如更新UI视图。
（5）onCancelled()，在主线程中执行，当异步任务被取消时,该方法将被调用,要注意的是这个时onPostExecute将不会被执行。

我们这里再强调一下它们的执行顺序，onPreExecute方法先执行，接着是doInBackground方法，在doInBackground中如果调用了publishProgress方法，那么onProgressUpdate方法将会被执行，最后doInBackground方法执行后完后，onPostExecute方法将被执行。说了这么多，我们还没说如何启动AsyncTask呢，其实可以通过execute方法启动异步线程，其方法声明如下：

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

该方法是一个final方法，参数类型是可变类型，实际上这里传递的参数和doInBackground(Params…params)方法中的参数是一样的，该方法最终返回一个AsyncTask的实例对象，可以使用该对象进行其他操作，比如结束线程之类的。启动范例如下：

new DownLoadAsyncTask().execute(url1,url2,url3);

当然除了以上介绍的内容外，我们在使用AsyncTask时还必须遵守一些规则，以避免不必要的麻烦。

(1) AsyncTask的实例必须在主线程（UI线程）中创建，execute方法也必须在主线程中调用
(2) 不要在程序中直接的调用onPreExecute(), onPostExecute(Result)，doInBackground(Params…), onProgressUpdate(Progress…)这几个方法
(3) 不能在doInBackground(Params… params)中更新UI
(5) 一个AsyncTask对象只能被执行一次，也就是execute方法只能调用一次，否则多次调用时将会抛出异常

到此，AsyncTask的常规方法说明和使用以及注意事项全部介绍完了，下面我们来看一个下载案例，该案例是去下载一张大图，并实现下载实时进度。先来看看AsynTaskActivity.java的实现：

package com.zejian.handlerlooper;
import android.content.Context;
import android.os.AsyncTask;
import android.os.Environment;
import android.os.PowerManager;
import android.widget.Toast;
import com.zejian.handlerlooper.util.LogUtils;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL;
/**
 * Created by zejian
 * Time 16/9/4.
 * Description:
 */
public class DownLoadAsyncTask extends AsyncTask<String, Integer, String> {
    private PowerManager.WakeLock mWakeLock;
    private int ValueProgress=100;
    private Context context;
    public DownLoadAsyncTask(Context context){
        this.context=context;
    }
    /**
     * sync method which download file
     * @param params
     * @return
     */
    @Override
    protected String doInBackground(String... params) {
        InputStream input = null;
        OutputStream output = null;
        HttpURLConnection connection = null;
        try {
            URL url = new URL(params[0]);
            connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            connection.connect();
            // expect HTTP 200 OK, so we don't mistakenly save error report
            // instead of the file
            if (connection.getResponseCode() != HttpURLConnection.HTTP_OK) {
                return "Server returned HTTP " + connection.getResponseCode()
                        + " " + connection.getResponseMessage();
            }
            // this will be useful to display download percentage
            // might be -1: server did not report the length
            int fileLength = connection.getContentLength();
            // download the file
            input = connection.getInputStream();
            //create output
            output = new FileOutputStream(getSDCardDir());
            byte data[] = new byte[4096];
            long total = 0;
            int count;
            while ((count = input.read(data)) != -1) {
                // allow canceling with back button
                if (isCancelled()) {
                    input.close();
                    return null;
                }
                total += count;
                // publishing the progress....
                if (fileLength > 0) // only if total length is known
                    publishProgress((int) (total * 100 / fileLength));
                //
                Thread.sleep(100);
                output.write(data, 0, count);
            }
        } catch (Exception e) {
            return e.toString();
        } finally {
            try {
                if (output != null)
                    output.close();
                if (input != null)
                    input.close();
            } catch (IOException ignored) {
            }
            if (connection != null)
                connection.disconnect();
        }
        return null;
    }
    @Override
    protected void onPreExecute() {
        super.onPreExecute();
        // take CPU lock to prevent CPU from going off if the user
        // presses the power button during download
        PowerManager pm = (PowerManager) context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        mWakeLock = pm.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK,
                getClass().getName());
        mWakeLock.acquire();
        //Display progressBar
//        progressBar.setVisibility(View.VISIBLE);
    }
    @Override
    protected void onPostExecute(String values) {
        super.onPostExecute(values);
        mWakeLock.release();
        if (values != null)
            LogUtils.e("Download error: "+values);
        else {
            Toast.makeText(context, "File downloaded", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    }
    /**
     * set progressBar
     * @param values
     */
    @Override
    protected void onProgressUpdate(Integer... values) {
        super.onProgressUpdate(values);
//        progressBar.setmProgress(values[0]);
        //update progressBar
        if(updateUI!=null){
            updateUI.UpdateProgressBar(values[0]);
        }
    }
    /**
     * get SD card path
     * @return
     */
    public File getSDCardDir(){
        if(Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(Environment.getExternalStorageState())){
            // 创建一个文件夹对象，赋值为外部存储器的目录
            String dirName = Environment.getExternalStorageDirectory()+"/MyDownload/";
            File f = new File(dirName);
            if(!f.exists()){
                f.mkdir();
            }
            File downloadFile=new File(f,"new.jpg");
            return downloadFile;
        }
        else{
            LogUtils.e("NO SD Card!");
            return null;
        }
    }
    public UpdateUI updateUI;
    public interface UpdateUI{
        void UpdateProgressBar(Integer values);
    }
    public void setUpdateUIInterface(UpdateUI updateUI){
        this.updateUI=updateUI;
    }
}

简单说明一下代码，在onPreExecute方法中，可以做了一些准备工作，如显示进度圈，这里为了演示方便，进度圈在常态下就是显示的，同时，我们还锁定了CPU，防止下载中断，而在doInBackground方法中，通过HttpURLConnection对象去下载图片，然后再通过int fileLength =connection.getContentLength();代码获取整个下载图片的大小并使用publishProgress((int) (total * 100 / fileLength));更新进度，进而调用onProgressUpdate方法更新进度条。最后在onPostExecute方法中释放CPU锁，并通知是否下载成功。接着看看Activity的实现：
activity_download.xml

<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:customView="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent">
    <com.zejian.handlerlooper.util.LoadProgressBarWithNum
        android:id="@+id/progressbar"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        customView:progress_radius="100dp"
        android:layout_centerInParent="true"
        customView:progress_strokeWidth="40dp"
        customView:progress_text_size="35sp"
        customView:progress_text_visibility="visible"
        customView:progress_value="0"
        />
    <Button
        android:id="@+id/downloadBtn"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="start download"
        android:layout_centerHorizontal="true"
        android:layout_below="@id/progressbar"
        android:layout_marginTop="40dp"
        />
</RelativeLayout>

AsynTaskActivity.java

package com.zejian.handlerlooper;
import android.Manifest;
import android.app.Activity;
import android.content.pm.PackageManager;
import android.os.Bundle;
import android.support.v4.app.ActivityCompat;
import android.support.v4.content.ContextCompat;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import com.zejian.handlerlooper.util.LoadProgressBarWithNum;
import com.zejian.handlerlooper.util.LogUtils;
/**
 * Created by zejian
 * Time 16/9/4.
 * Description:AsynTaskActivity
 */
public class AsynTaskActivity extends Activity implements DownLoadAsyncTask.UpdateUI {
    private static int WRITE_EXTERNAL_STORAGE_REQUEST_CODE=0x11;
    private static String DOWNLOAD_FILE_JPG_URL="http://img2.3lian.com/2014/f6/173/d/51.jpg";
    private LoadProgressBarWithNum progressBar;
    private Button downloadBtn;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_download);
        progressBar= (LoadProgressBarWithNum) findViewById(R.id.progressbar);
        downloadBtn= (Button) findViewById(R.id.downloadBtn);
        //create DownLoadAsyncTask
        final DownLoadAsyncTask  downLoadAsyncTask= new DownLoadAsyncTask(AsynTaskActivity.this);
        //set Interface
        downLoadAsyncTask.setUpdateUIInterface(this);
        //start download
        downloadBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                //execute
                downLoadAsyncTask.execute(DOWNLOAD_FILE_JPG_URL);
            }
        });
        //android 6.0 权限申请
        if (ContextCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE)
                != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
            //android 6.0 API 必须申请WRITE_EXTERNAL_STORAGE权限
            ActivityCompat.requestPermissions(this, new String[]{Manifest.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE},
                    WRITE_EXTERNAL_STORAGE_REQUEST_CODE);
        }
    }
    @Override
    public void onRequestPermissionsResult(int requestCode, String[] permissions, int[] grantResults) {
        super.onRequestPermissionsResult(requestCode, permissions, grantResults);
        doNext(requestCode,grantResults);
    }
    private void doNext(int requestCode, int[] grantResults) {
        if (requestCode == WRITE_EXTERNAL_STORAGE_REQUEST_CODE) {
            if (grantResults[0] == PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
                // Permission Granted
                LogUtils.e("Permission Granted");
            } else {
                // Permission Denied
                LogUtils.e("Permission Denied");
            }
        }
    }
    /**
     * update progressBar
     * @param values
     */
    @Override
    public void UpdateProgressBar(Integer values) {
        progressBar.setmProgress(values);;
    }
}

在AsynTaskActivity中实现了更新UI的接口DownLoadAsyncTask.UpdateUI，用于更新主线程的progressBar的进度，由于使用的测试版本是android6.0，涉及到外部SD卡读取权限的申请，所以在代码中对SD卡权限进行了特殊处理（这点不深究，不明白可以google一下），LoadProgressBarWithNum是一个自定义的进度条控件。ok~，最后看看我们的运行结果：

效果符合预期，通过这个案例，相信我们对AsyncTask的使用已相当清晰了。基本使用到此，然后再来聊聊AsyncTask在不同android版本中的差异。

二、AsyncTask在不同android版本的下的差异

这里我们主要区分一下android3.0前后版本的差异，在android
3.0之前，AsyncTask处理任务时默认采用的是线程池里并行处理任务的方式，而在android 3.0之后
，为了避免AsyncTask处理任务时所带来的并发错误，AsyncTask则采用了单线程串行执行任务。但是这并不意味着android
3.0之后只能执行串行任务，我们仍然可以采用AsyncTask的executeOnExecutor方法来并行执行任务。接下来，编写一个案例，分别在android
2.3.3 和 android 6.0上执行，然后打印输出日志。代码如下：

package com.zejian.handlerlooper;
import android.app.Activity;
import android.os.AsyncTask;
import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import com.zejian.handlerlooper.util.LogUtils;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
/**
 * Created by zejian
 * Time 16/9/5.
 * Description:
 */
public class ActivityAsyncTaskDiff extends Activity {
    private Button btn;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_async_diff);
        btn= (Button) findViewById(R.id.btn);
        btn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                new AysnTaskDiff("AysnTaskDiff-1").execute("");
                new AysnTaskDiff("AysnTaskDiff-2").execute("");
                new AysnTaskDiff("AysnTaskDiff-3").execute("");
                new AysnTaskDiff("AysnTaskDiff-4").execute("");
                new AysnTaskDiff("AysnTaskDiff-5").execute("");
            }
        });
    }
    private static class AysnTaskDiff extends AsyncTask<String ,Integer ,String>{
        private String name;
        public AysnTaskDiff(String name){
            super();
            this.name=name;
        }
        @Override
        protected String doInBackground(String... params) {
            try {
                Thread.sleep(2000);
            }catch (Exception ex){
                ex.printStackTrace();
            }
            return name;
        }
        @Override
        protected void onPostExecute(String s) {
            super.onPostExecute(s);
            SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
            LogUtils.e(s+" execute 执行完成时间:"+df.format(new Date()));
        }
    }
}

案例代码比较简单，不过多分析，我们直接看在android 2.3.3 和 android 6.0上执行的结果，其中android 2.3.3上执行Log打印如下：

在 android 6.0上执行Log打印如下：

从打印log可以看出AsyncTask在android 2.3.3上确实是并行执行任务的，而在 android
6.0上则是串行执行任务。那么了解这点有什么用呢？其实以前我也只是知道这回事而已，不过最近在SDK开发中遇到了AsyncTask的开发问题，产生问题的场景是这样的，我们团队在SDK中使用了AsyncTask作为网络请求类，因为现在大部分系统都是在Android

3.0以上的系统运行的，所以默认就是串行运行，一开始SDK在海外版往外提供也没有出现什么问题，直到后面我们提供国内一个publisher海外版本时，问题就出现了，该publisher接入我们的SDK后，他们的应用网络加载速度变得十分慢，后来他们一直没排查出啥问题，我们这边也在懵逼中……直到我们双方都找到一个点，那就是publisher的应用和我们的SDK使用的都是AsyncTask作为网络请求，那么问题就来，我们SDK是在在Application启动时触发网络的，而他们的应用也是启动Activity时去访问网络，所以SDK比应用先加载网络数据，但是！！！AsyncTask默认是串行执行的，所以！！只有等我们的SDK网络加载完成后，他们应用才开始加载网络数据，这就造成应用的网络加载延迟十分严重了。后面我们SDK在内部把AsyncTask改为并行任务后问题也就解决了（当然这也是SDK的一个BUG，考虑欠佳）。在Android

3.0之后我们可以通过下面代码让AsyncTask执行并行任务，其AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR为AsyncTask的内部线程池。

new AysnTaskDiff("AysnTaskDiff-5").executeOnExecutor(AsyncTask.THREAD_POOL_EXECUTOR,"");

第一个参数传递是线程池，一般使用AsyncTask内部提供的线程池即可（也可以自己创建），第二个参数，就是最终会传递给doInBackground方法的可变参数，这里不传，所以直接给了空白符。执行效果就不再演示了，大家可以自行测试一下。
ok~，到此AsyncTask在不同android版本中的差异也分析完，感觉文章有点长了，那么AsyncTask工作原理分析就放到下篇吧，晚安。。

简易源码下载：源码地址

主要参考资料：
https://developers.android.com
《android开发艺术探索》