Android學習之——並發編程：AsyncTask和UI線程

Android的UI是單線程的，所以對於已耗用時間長的程式必須非同步運行。實現非同步任務的一個很方便的工具是AsyncTask。它完全隱藏了運行任務的線程的很多詳細資料。 以一個例子來說明AsyncTask： 一個非常簡單的應用中，有需要初始化遊戲引擎，當載入內容時，顯示一些插播廣告圖形。假設，我們希望在使用者等待遊戲啟動時，顯示一個動畫背景（類似於Windows Phone 8）上的載入程式的等待介面。當使用者在點擊啟動按鈕以後，會執行多個初始化。 問題：如果在UI線程中執行遠程服務調用初始化時，整個UI介面無法執行任何其他動作。 解決：使用AsyncTask解決這個問題，代碼如下：

private final class AsyncInitGame extends AsyncTask{    private final View root;    private final Game game;    private final TextView message;    private final Drawable bg;     public AsyncInitGame(View root, Drawable bg, Game game, TextView msg)    {        this.root = root;        this.bg = bg;        this.game = game;        this.message = msg;    }    //run on the UI thread     //1. 當UI線程調用任務的execute方法時，會首先調用該方法，這裡要做的操作時該任務能夠對其本身和環境執行初始化，在這個例子中是安裝等待啟動的背景動畫    @Override protected void onPreExecute()    {        if(0 >= mInFlight++){            root.setBackgroundResouce(R.anim.dots);            ((AnimationDrawable)root.getBackground()).start();        }    }    //runs on the UI thread    //3. 當doInBackground方法完成時，就移除背景線程，再在UI線程中調用onPostExecute方法。    @Override protected void onPostExecute(String msg){        if(0 >= --mInFlight){            ((AndimationDrawable)root.getBackground()).stop();            root.setBackgroundDrawable(bg);        }        message.setText(msg);    }    //runs on a background thread    //2. 在onPreExecute方法完成後AsyncTask建立新的背景線程，並發執行doInBackground方法。    @Override protected String doInBackground(String... args){        return (1 != args.length) || (null == args[0])) ? null : game.initialize(args[0]);    }}private final class AsyncInitGame extends AsyncTask{    private final View root;    private final Game game;    private final TextView message;    private final Drawable bg;     public AsyncInitGame(View root, Drawable bg, Game game, TextView msg)    {        this.root = root;        this.bg = bg;        this.game = game;        this.message = msg;    }    //run on the UI thread     //1. 當UI線程調用任務的execute方法時，會首先調用該方法，這裡要做的操作時該任務能夠對其本身和環境執行初始化，在這個例子中是安裝等待啟動的背景動畫    @Override protected void onPreExecute()    {        if(0 >= mInFlight++){            root.setBackgroundResouce(R.anim.dots);            ((AnimationDrawable)root.getBackground()).start();        }    }    //runs on the UI thread    //3. 當doInBackground方法完成時，就移除背景線程，再在UI線程中調用onPostExecute方法。    @Override protected void onPostExecute(String msg){        if(0 >= --mInFlight){            ((AndimationDrawable)root.getBackground()).stop();            root.setBackgroundDrawable(bg);        }        message.setText(msg);    }    //runs on a background thread    //2. 在onPreExecute方法完成後AsyncTask建立新的背景線程，並發執行doInBackground方法。    @Override protected String doInBackground(String... args){        return (1 != args.length) || (null == args[0])) ? null : game.initialize(args[0]);    }}

假設AsyncTask的實現是正確的，我們單擊按鈕“啟動”按鈕只需要建立一個執行個體並調用它，如下所示：

((Button)findViewById(R.id.start)).setOnClickListener(    new View.OnClickListener(){        @Override public void onClick(View v){            new AsyncInitGame(root, bg, game, msg).execute("basic");        }    });//註：該文中的代碼並不全面，只是為了闡述AsyncTask

doInBackground是類Game的代理（proxy）。解釋： 一般來說AsyncTask需要一組參數並返回一個結果。因為需要線上程之間傳遞該參數並返回結果，所以就需要一些握手機制用來確保執行緒安全性。 1. 通過參數傳遞調用execute方法來調用AsyncTask。 2. 當線程在後台執行時，這些參數最終通過AsyncTask機制傳遞給doInBackground方法的，doInBackground返回結果。 3. AsyncTask把該結果作為參數傳遞給doPostExecute方法，doPostExecute方法和最初的execute方法在同一個線程中運行。
AsyncTask不但會確保資料流安全也會確保型別安全。該抽象基類（AsyncTask）使用Java反省，使得實現能夠制定任務參數和結果的類型，下面以一個例子來說明：

public class AsyncDBReq extends AsyncTask{    @Override protected ResultSet doInBackground(PreparedStatement...q){        //implementation.....    }    @Override protected onPostExecute(ResultSet result){        //implementation    }}public class AsyncHttpReq extends AsyncTask{    @Override protected HeepResponse doInBackground(HttpRequest.....req){        //implementaion.....    }    @Override protected void onPostExecute(HttpResponse result){        //implementaion    }}

第一個類，AsyncDBReq執行個體的execute方法參數是一個或者多個PreparedStatement變數。該類中AsyncDBReq執行個體的doInBackground方法會把這些PreparedStatement參數作為其參數，返回結果是ResultSet。onPostExecute方法會把該ResultSet作為其參數使用。第二個類也是如此。
AsyncTask的一個執行個體只能運行一次！！！，第二次執行execute方法會拋出IllegalStateException一場。所以每個任務調用都需要一個新的執行個體。
雖然AsyncTask簡化平行處理，但它有很強的限制約束條件且無法自動驗證這些條件。注意不要違反這些約束條件是非常有必須要的，對於這些約束條件，最明顯的是doInBackground方法，因為它是在另一個線程上執行的，只能引用範圍內的變數！！！這樣才是安全執行緒的OK痛點來了，如果實際使用中可能還是會發生下面兩個這樣的錯誤，所以，可能需要大量的練習來熟悉和理解了。案例一：

//易犯錯誤一、//....some clasint mCOunt;public void initButton1(Button button){    mCOunt = 0;    button.setonClickListener(        new View.OnClickListener(){            @SuppressWarnings("unchecked")            @Override public void onCLick(View v){                new AsyncTask(){                    @Override protected Void doInBackground(Void...args){                        mCount++; //!!! not thread safe!!                        return null;                    }                }.execute();            }});}

這裡在編譯時間不會產生編譯錯誤，也沒有運行警告，可能甚至在bug被觸發時也不會立即失敗，但該代碼絕對是錯誤的。有兩個不同的線程訪問變數mCount，而這兩個線程之間卻沒有執行同步。 鑒於這種情況，在本文的第一段代碼中的mInFlight的訪問執行同步時，你可能會感到奇怪。事實上它是正確的，AsyncTask約束會確保onPreExecute方法和onPostExecute方法在同一個線程中執行，即execute方法被調用的線程。和mCount不同，mInFlight只有一個線程訪問，不需要執行同步。
案例二：可能會導致最致命的的並發問題是在用完某個參數變數後，沒有釋放其引用。如下代碼：

//易犯錯誤二、public void initButton(Button button, final Map vals){    button.setOnClickListener(        new View.OnClickListener(){            @Override public void onClick(View v){                new AsyncTask, Void, Void>(){                    @Override protected Void doInBackground(Map...params){                        //implementation, uses the params Map                    }                }.execute(vals);                vals.clear();//this is not thread safe!!!!            }});}

錯誤原因：initButton的參數valse被並發引用，卻沒有執行同步！！！當調用AsyncTask時，它作為參數傳遞給execute方法。syncTask架構可以確保當調用doInBackground方法時，該引用會正確地傳遞給後台線程。但是對於在initButton方法中所儲存並使用的vals引用，卻沒有辦法處理。調用vals.caear修改了在另一個線程上正在使用的狀態，但沒有執行同步。因此，不是安全執行緒的。最佳解決辦法：確保AsyncTask的參數是不可變的。如果這些參數不可變，類似String、Integer或只包含final變數的POJO對象，那麼它們都是安全執行緒的，不需要更多的操作。要保證傳遞給AsyncTask的可變對象是程式安全的唯一辦法是確保只有AsyncTask持有引用。在案例二中參數vals是傳遞給initButton方法，我們完全無法保證它不存在懸空的引用(dangline references)。即使刪掉代碼vals.clear，也無法保證該代碼正確，因為調用initButton方法的執行個體可能會儲存其參數map的引用，它最終傳遞的是參數vals。使該代碼正確的唯一方式是完全複製（深拷貝）map及其包含的對象！！！
最後還有AsyncTask還有一個方法沒有使用到：onProgressUpdate。作用：使長時間啟動並執行任務可以周期性安全地把狀態返回給UI線程。
用一個例子來說明並結束本文吧，哎，打字不容易啊，妹子的電腦上沒有eclipse，只能用editplus，木有智能提示傷不起的。該例子說明了如何使用onProgressUpdate方法實現進度條，向使用者顯示遊戲初始化進程還需要多久的時間。

public class AsyncTaskDemoWithProgress extends Activity{    private final class AsyncInit extends AsyncTask implements Game.InitProgressLIstener    {        private final View root;        private final Game game;        private final TextView message;        private final Drawable bg;         public AsyncInit(View root, Drawable bg, Game game, TextView msg){        this.root = root;        this.bg = bg;        this.game = game;        this.message = msg;        }        //run on the UI thread         //1. 當UI線程調用任務的execute方法時，會首先調用該方法        @Override protected void onPreExecute()        {            if(0 >= mInFlight++){                root.setBackgroundResouce(R.anim.dots);                ((AnimationDrawable)root.getBackground()).start();            }        }        //runs on the UI thread        //3. 當doInBackground方法完成時，就移除背景線程，再在UI線程中調用onPostExecute方法。        @Override protected void onPostExecute(String msg){            if(0 >= --mInFlight){                ((AndimationDrawable)root.getBackground()).stop();                root.setBackgroundDrawable(bg);            }            message.setText(msg);        }        //runs on its own thread        //2. 在onPreExecute方法完成後AsyncTask建立新的背景線程，並發執行doInBackground方法。        @Override protected String doInBackground(String... args){            return (1 != args.length) || (null == args[0])) ? null : game.initialize(args[0]);        }        //runs on its UI thread         @Override protected void onProgressUpdate(Integer... vals){            updateProgressBar(vals[0].intValue());        }        //runs on the UI thread        @Override public void onInitProgress(int pctComlete){            //為了正確地給UI線程發布進程狀態，onInitProgress調用的是AsyncTask的publicProgress。            //AsyncTask處理UI線程的publicProgress調度細節，從而onProgressUpdate可以安全地使用View方法。            publicProgress(Integer.valueOf(pctComplete));        }    }    int mInFlight,mComplete;    /** @see android.app.Activity#onCreate(android.os.Bundle) */    @Override public void onCreate(Bundle state){        super.onCreate(state);        setContentView(R.layout.asyncdemoprogress);        final View root = findViewById(R.id.root);        final Drawable bg = root.getBackground();        final TextView msg = ((TextView)findViewById(R.id.msg));        final Game game = Game.newGame();        ((Button)findViewById(R.id.start)).setOnClickListener(            new View.OnClickListener(){            @Override public void onCLick(View v){                mComplete=0;                new AsyncInit(root, bg, game, msg).execute("basic");            }});    }     void updateProgressBar(int progress){        int p = progress;        if(mComplete < p){            mComplete = p;            (ProgressBar)findViewById(R.id.progress)).setprogress(p);        }    }}

.......嗯，其實還沒結束，來個總結： · Android UI線程是單線程的。為了熟練使用Android UI，開發人員必須對任務隊列概念很熟悉。 · 為了保證UI的及時響應，需要啟動並執行任務的執行時間超過幾毫秒，或者需要好幾百條指令，都不應該在UI線程中執行。 · 並發編程很棘手，容易犯錯，並難以找出錯誤。 · AsyncTask是運行簡單、非同步任務的很便捷的工具。要記住的是doInBackground運行在另一個線程上。它不能寫任何其他線程可見的狀態，也不能讀任何其他線程可寫的狀態，這也包括其參數！ · 不可改變的對象時在併線程之間傳遞資訊的重要工具。

Mr.傅：學習筆記
歡迎轉載，轉載註明出處，謝謝《Android程式設計》引用說明：Programming Android by Zigurd Mednieks, Laird Dornin, G.Blake Meike, and Masumi Nakamura. Copyright 2011 O'Reilly Media, Inc., 978-1-449-38969-7