[轉(zhuǎn)]Swing中的多線程
Swing中的多線程
關(guān)鍵字: swing中的多線程
本文關(guān)于Swing中的多線程,發(fā)表于1998年4月。一個(gè)月后,我們發(fā)表了另一篇文章《使用Swing Worker線程》,該文更深入地討論了這一主題。要更好地了解多線程在Swing中如何工作,我們建議你把這兩篇文章都看一下。
注意:在2000年9月我們修改了這篇文章和它的例子以適用于一個(gè)更新版本的SwingWorker類。SwingWorker類的這個(gè)版本修正了一些微妙的線程bug。
Swing API的設(shè)計(jì)目標(biāo)是強(qiáng)大、靈活和易用。特別地,我們希望能讓程序員們方便地建立新的Swing組件,不論是從頭開始還是通過擴(kuò)展我們所提供的一些組件。
出于這個(gè)目的,我們不要求Swing組件支持多線程訪問。相反,我們向組件發(fā)送請(qǐng)求并在單一線程中執(zhí)行請(qǐng)求。
本文討論線程和Swing組件。目的不僅是為了幫助你以線程安全的方式使用Swing API,而且解釋了我們?yōu)槭裁磿?huì)選擇現(xiàn)在這樣的線程方案。
本文包括以下內(nèi)容:
單線程規(guī)則:Swing線程在同一時(shí)刻僅能被一個(gè)線程所訪問。一般來說,這個(gè)線程是事件派發(fā)線程(event-dispatching thread)。
規(guī)則的例外:有些操作保證是線程安全的。
事件分發(fā):如果你需要從事件處理(event-handling)或繪制代碼以外的地方訪問UI,那么你可以使用SwingUtilities類的invokeLater()或invokeAndWait()方法。
創(chuàng)建線程:如果你需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)線程――比如用來處理一些耗費(fèi)大量計(jì)算能力或受I/O能力限制的工作――你可以使用一個(gè)線程工具類如SwingWorker或Timer。
為什么我們這樣實(shí)現(xiàn)Swing:我們用一些關(guān)于Swing的線程安全的背景資料來結(jié)束這篇文章。
Swing的規(guī)則是:
一旦Swing組件被具現(xiàn)化(realized),所有可能影響或依賴于組件狀態(tài)的代碼都應(yīng)該在事件派發(fā)線程中執(zhí)行。
這個(gè)規(guī)則可能聽起來有點(diǎn)嚇人,但對(duì)許多簡單的程序來說,你用不著為線程問題操心。在我們深入如何撰寫Swing代碼之前,讓我們先來定義兩個(gè)術(shù)語:具現(xiàn)化(realized)和事件派發(fā)線程(event-dispatching thread)。
具現(xiàn)化的意思是組建的paint()方法已經(jīng)或可能會(huì)被調(diào)用。一個(gè)作為頂級(jí)窗口的Swing組件當(dāng)調(diào)用以下方法時(shí)將被具現(xiàn)化:setVisible(true)、show()或(可能令你驚奇)pack()。當(dāng)一個(gè)窗口被具現(xiàn)化,它包含的所有組件都被具現(xiàn)化。另一個(gè)具現(xiàn)化一個(gè)組件的方法是將它放入到一個(gè)已經(jīng)具現(xiàn)化的容器中。稍后你會(huì)看到一些對(duì)組件具現(xiàn)化的例子。
事件派發(fā)線程是執(zhí)行繪制和事件處理的線程。例如,paint()和actionPerformed()方法會(huì)自動(dòng)在事件派發(fā)線程中執(zhí)行。另一個(gè)將代碼放到事件派發(fā)線程中執(zhí)行的方法是使用SwingUtilities類的invokeLater()方法。
所有可能影響一個(gè)已具現(xiàn)化的Swing組件的代碼都必須在事件派發(fā)線程中執(zhí)行。但這個(gè)規(guī)則有一些例外:
有些方法是線程安全的:在Swing API的文檔中,線程安全的方法用以下文字標(biāo)記:
This method is thread safe, although most Swing methods are not.
(這個(gè)方法是線程安全的,盡管大多數(shù)Swing方法都不是。)
一個(gè)應(yīng)用程序的GUI常??梢栽谥骶€程中構(gòu)建和顯示:下面的典型代碼是安全的,只要沒有(Swing或其他)組件被具現(xiàn)化:
public class MyApplication {
public static void main(String[] args) {
JFrame f = new JFrame("Labels");
// 在這里將各組件
// 加入到主框架……
f.pack();
f.show();
// 不要再做任何GUI工作……
}
}
上面所示的代碼全部在“main”線程中運(yùn)行。對(duì)f.pack()的調(diào)用使得JFrame以下的組件都被具現(xiàn)化。這意味著,f.show()調(diào)用是不安全的且應(yīng)該在事件派發(fā)線程中執(zhí)行。盡管如此,只要程序還沒有一個(gè)看得到的GUI,JFrame或它的里面的組件就幾乎不可能在f.show()返回前收到一個(gè)paint()調(diào)用。因?yàn)樵趂.show()調(diào)用之后不再有任何GUI代碼,于是所有GUI工作都從主線程轉(zhuǎn)到了事件派發(fā)線程,因此前面所討論的代碼實(shí)際上是線程安全的。
一個(gè)applet的GUI可以在init()方法中構(gòu)造和顯示:現(xiàn)有的瀏覽器都不會(huì)在一個(gè)applet的init()和start()方法被調(diào)用前繪制它。因而,在一個(gè)applet的init()方法中構(gòu)造GUI是安全的,只要你不對(duì)applet中的對(duì)象調(diào)用show()或setVisible(true)方法。
要順便一提的是,如果applet中使用了Swing組件,就必須實(shí)現(xiàn)為JApplet的子類。并且,組件應(yīng)該添加到的JApplet內(nèi)容窗格(content pane)中,而不要直接添加到JApplet。對(duì)任何applet,你都不應(yīng)該在init()或start()方法中執(zhí)行費(fèi)時(shí)的初始化操作;而應(yīng)該啟動(dòng)一個(gè)線程來執(zhí)行費(fèi)時(shí)的任務(wù)。
下述JComponent方法是安全的,可以從任何線程調(diào)用:repaint()、revalidate()、和invalidate()。repaint()和revalidate()方法為事件派發(fā)線程對(duì)請(qǐng)求排隊(duì),并分別調(diào)用paint()和validate()方法。invalidate()方法只在需要確認(rèn)時(shí)標(biāo)記一個(gè)組件和它的所有直接祖先。
監(jiān)聽者列表可以由任何線程修改:調(diào)用addListenerTypeListener()和removeListenerTypeListener()方法總是安全的。對(duì)監(jiān)聽者列表的添加/刪除操作不會(huì)對(duì)進(jìn)行中的事件派發(fā)有任何影響。
注意:revalidate()和舊的validate()方法之間的重要區(qū)別是,revalidate()會(huì)緩存請(qǐng)求并組合成一次validate()調(diào)用。這和repaint()緩存并組合繪制請(qǐng)求類似。
大多數(shù)初始化后的GUI工作自然地發(fā)生在事件派發(fā)線程。一旦GUI成為可見,大多數(shù)程序都是由事件驅(qū)動(dòng)的,如按鈕動(dòng)作或鼠標(biāo)點(diǎn)擊,這些總是在事件派發(fā)線程中處理的。
不過,總有些程序需要在GUI成為可見后執(zhí)行一些非事件驅(qū)動(dòng)的GUI工作。比如:
在成為可用前需要進(jìn)行長時(shí)間初始化操作的程序:這類程序通常應(yīng)該在初始化期間就顯示出GUI,然后更新或改變GUI。初始化過程不應(yīng)該在事件派發(fā)線程中進(jìn)行;否則,重繪組件和事件派發(fā)會(huì)停止。盡管如此,在初始化之后,GUI的更新/改變還是應(yīng)該在事件派發(fā)線程中進(jìn)行,理由是線程安全。
必須響應(yīng)非AWT事件來更新GUI的程序:例如,想象一個(gè)服務(wù)器程序從可能運(yùn)行在其他機(jī)器上的程序得到請(qǐng)求。這些請(qǐng)求可能在任何時(shí)刻到達(dá),并且會(huì)引起在一些可能未知的線程中對(duì)服務(wù)器的方法調(diào)用。這個(gè)方法調(diào)用怎樣更新GUI呢?在事件派發(fā)線程中執(zhí)行GUI更新代碼。
SwingUtilities類提供了兩個(gè)方法來幫助你在事件派發(fā)線程中執(zhí)行代碼:
invokeLater():要求在事件派發(fā)線程中執(zhí)行某些代碼。這個(gè)方法會(huì)立即返回,不會(huì)等待代碼執(zhí)行完畢。
invokeAndWait():行為與invokeLater()類似,除了這個(gè)方法會(huì)等待代碼執(zhí)行完畢。一般地,你可以用invokeLater()來代替這個(gè)方法。
下面是一些使用這幾個(gè)API的例子。請(qǐng)同時(shí)參閱《The Java Tutorial》中的“BINGO example”,尤其是以下幾個(gè)類:CardWindow、ControlPane、Player和OverallStatusPane。
使用invokeLater()方法
你可以從任何線程調(diào)用invokeLater()方法以請(qǐng)求事件派發(fā)線程運(yùn)行特定代碼。你必須把要運(yùn)行的代碼放到一個(gè)Runnable對(duì)象的run()方法中,并將此Runnable對(duì)象設(shè)為invokeLater()的參數(shù)。invokeLater()方法會(huì)立即返回,不等待事件派發(fā)線程執(zhí)行指定代碼。這是一個(gè)使用invokeLater()方法的例子:
Runnable doWorkRunnable = new Runnable() {
public void run() { doWork(); }
};
SwingUtilities.invokeLater(doWorkRunnable);
使用invokeAndWait()方法
invokeAndWait()方法和invokeLater()方法很相似,除了invokeAndWait()方法會(huì)等事件派發(fā)線程執(zhí)行了指定代碼才返回。在可能的情況下,你應(yīng)該盡量用invokeLater()來代替invokeAndWait()。如果你真的要使用invokeAndWait(),請(qǐng)確保調(diào)用invokeAndWait()的線程不會(huì)在調(diào)用期間持有任何其他線程可能需要的鎖。
這是一個(gè)使用invokeAndWait()的例子:
void showHelloThereDialog()
throws Exception {
Runnable showModalDialog = new
Runnable() {
public void run() {
JOptionPane.showMessageDialog(
myMainFrame, "Hello There");
}
};
SwingUtilities.invokeAndWait
(showModalDialog);
}
類似地,假設(shè)一個(gè)線程需要對(duì)GUI的狀態(tài)進(jìn)行存取,比如文本域的內(nèi)容,它的代碼可能類似這樣:
void printTextField() throws Exception {
final String[] myStrings =
new String[2];
Runnable getTextFieldText =
new Runnable() {
public void run() {
myStrings[0] =
textField0.getText();
myStrings[1] =
textField1.getText();
}
};
SwingUtilities.invokeAndWait
(getTextFieldText);
System.out.println(myStrings[0]
+ " " + myStrings[1]);
}
如果你能避免使用線程,最好這樣做。線程可能難于使用,并使得程序的debug更困難。一般來說,對(duì)于嚴(yán)格意義下的GUI工作,線程是不必要的,比如對(duì)組件屬性的更新。
不管怎么說,有時(shí)候線程是必要的。下列情況是使用線程的一些典型情況:
執(zhí)行一項(xiàng)費(fèi)時(shí)的任務(wù)而不必將事件派發(fā)線程鎖定。例子包括執(zhí)行大量計(jì)算的情況,會(huì)導(dǎo)致大量類被裝載的情況(如初始化),和為網(wǎng)絡(luò)或磁盤I/O而阻塞的情況。
重復(fù)地執(zhí)行一項(xiàng)操作,通常在兩次操作間間隔一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期。
要等待來自客戶的消息。
你可以使用兩個(gè)類來幫助你實(shí)現(xiàn)線程:
SwingWorker:創(chuàng)建一個(gè)后臺(tái)線程來執(zhí)行費(fèi)時(shí)的操作。
Timer:創(chuàng)建一個(gè)線程來執(zhí)行或多次執(zhí)行某些代碼,在兩次執(zhí)行間間隔用戶定義的延遲。
使用SwingWorker類
SwingWorker類在SwingWorker.java中實(shí)現(xiàn),這個(gè)類并不包含在Java的任何發(fā)行版中,所以你必須單獨(dú)下載它。
SwingWorker類做了所有實(shí)現(xiàn)一個(gè)后臺(tái)線程所需的骯臟工作。雖然許多程序都不需要后臺(tái)線程,后臺(tái)線程在執(zhí)行費(fèi)時(shí)的操作時(shí)仍然是很有用的,它能提高程序的性能觀感。
SwingWorker's get() method. Here's an example of using SwingWorker:
要使用SwingWorker類,你首先要實(shí)現(xiàn)它的一個(gè)子類。在子類中,你必須實(shí)現(xiàn)construct()方法還包含你的長時(shí)間操作。當(dāng)你實(shí)例化SwingWorker的子類時(shí),SwingWorker創(chuàng)建一個(gè)線程但并不啟動(dòng)它。你要調(diào)用你的SwingWorker對(duì)象的start()方法來啟動(dòng)線程,然后start()方法會(huì)調(diào)用你的construct()方法。當(dāng)你需要construct()方法返回的對(duì)象時(shí),可以調(diào)用SwingWorker類的get()方法。這是一個(gè)使用SwingWorker類的例子:
...// 在main方法中:
final SwingWorker worker =
new SwingWorker() {
public Object construct() {
return new
expensiveDialogComponent();
}
};
worker.start();
...// 在動(dòng)作事件處理方法中:
JOptionPane.showMessageDialog
(f, worker.get());
當(dāng)程序的main()方法調(diào)用start()方法,SwingWorker啟動(dòng)一個(gè)新的線程來實(shí)例化ExpensiveDialogComponent。main()方法還構(gòu)造了由一個(gè)窗口和一個(gè)按鈕組成的GUI。
當(dāng)用戶點(diǎn)擊按鈕,程序?qū)⒆枞绻匾枞紼xpensiveDialogComponent創(chuàng)建完成。然后程序顯示一個(gè)包含ExpensiveDialogComponent的模式對(duì)話框。你可以在MyApplication.java找到整個(gè)程序。
使用Timer類
Timer類通過一個(gè)ActionListener來執(zhí)行或多次執(zhí)行一項(xiàng)操作。你創(chuàng)建定時(shí)器的時(shí)候可以指定操作執(zhí)行的頻率,并且你可以指定定時(shí)器的動(dòng)作事件的監(jiān)聽者(action listener)。啟動(dòng)定時(shí)器后,動(dòng)作監(jiān)聽者的actionPerformed()方法會(huì)被(多次)調(diào)用來執(zhí)行操作。
定時(shí)器動(dòng)作監(jiān)聽者(action listener)定義的actionPerformed()方法將在事件派發(fā)線程中調(diào)用。這意味著你不必在其中使用invokeLater()方法。
這是一個(gè)使用Timer類來實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫循環(huán)的例子:
public class AnimatorApplicationTimer
extends JFrame implements
ActionListener {
...//在這里定義實(shí)例變量
Timer timer;
public AnimatorApplicationTimer(...) {
...
// 創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器來
// 來調(diào)用此對(duì)象action handler。
timer = new Timer(delay, this);
timer.setInitialDelay(0);
timer.setCoalesce(true);
...
}
public void startAnimation() {
if (frozen) {
// 什么都不做。應(yīng)用戶要求
// 停止變換圖像。
} else {
// 啟動(dòng)(或重啟動(dòng))動(dòng)畫!
timer.start();
}
}
public void stopAnimation() {
// 停止動(dòng)畫線程。
timer.stop();
}
public void actionPerformed
(ActionEvent e) {
// 進(jìn)到下一幀動(dòng)畫。
frameNumber++;
// 顯示。
repaint();
}
...
}
在一個(gè)線程中執(zhí)行所有的用戶界面代碼有這樣一些優(yōu)點(diǎn):
組件開發(fā)者不必對(duì)線程編程有深入的理解:像ViewPoint和Trestle這類工具包中的所有組件都必須完全支持多線程訪問,使得擴(kuò)展非常困難,尤其對(duì)不精通線程編程的開發(fā)者來說。最近的一些工具包如SubArctic和IFC,都采用和Swing類似的設(shè)計(jì)。
事件以可預(yù)知的次序派發(fā):invokeLater()排隊(duì)的runnable對(duì)象從鼠標(biāo)和鍵盤事件、定時(shí)器事件、繪制請(qǐng)求的同一個(gè)隊(duì)列派發(fā)。在一些組件完全支持多線程訪問的工具包中,組件的改變被變化無常的線程調(diào)度程序穿插到事件處理過程中。這使得全面測(cè)試變得困難甚至不可能。
更低的代價(jià):嘗試小心鎖住臨界區(qū)的工具包要花費(fèi)實(shí)足的時(shí)間和空間在鎖的管理上。每當(dāng)工具包中調(diào)用某個(gè)可能在客戶代碼中實(shí)現(xiàn)的方法時(shí)(如public類中的任何public和protected方法),工具包都要保存它的狀態(tài)并釋放所有鎖,以便客戶代碼能在必要時(shí)獲得鎖。當(dāng)控制權(quán)交回到工具包,工具包又必須重新抓住它的鎖并恢復(fù)狀態(tài)。所有應(yīng)用程序都不得不負(fù)擔(dān)這一代價(jià),即使大多數(shù)應(yīng)用程序并不需要對(duì)GUI的并發(fā)訪問。
這是的SubArctic Java Toolkit的作者對(duì)在工具包中支持多線程訪問的問題的描述:
我們的基本信條是,當(dāng)設(shè)計(jì)和建造多線程應(yīng)用程序,尤其是那些包括GUI組件的應(yīng)用程序時(shí),必須保證極端小心。線程的使用可能會(huì)很有欺騙性。在許多情況下,它們表現(xiàn)得能夠極好的簡化編成,使得設(shè)計(jì)“專注于單一任務(wù)的簡單自治實(shí)體”成為可能。在一些情況下它們的確簡化了設(shè)計(jì)和編碼。然而,在幾乎所有的情況下,它們都使得調(diào)試、測(cè)試和維護(hù)的困難大大增加甚至成為不可能。無論大多數(shù)程序員所受的訓(xùn)練、他們的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐,還是我們用來幫助自己的工具,都不是能夠用來對(duì)付非決定論的。例如,全面測(cè)試(這總是困難的)在bug依賴于時(shí)間時(shí)是幾乎不可能的。尤其對(duì)于Java來說,一個(gè)程序要運(yùn)行在許多不同類型的機(jī)器的操作系統(tǒng)平臺(tái)上,并且每個(gè)程序都必須在搶先和非搶先式調(diào)度下都能正常工作。
由于這些固有的困難,我們力勸你三思是否絕對(duì)有使用線程的必要。盡管如此,有些情況下使用線程是必要的(或者是被其他軟件包強(qiáng)加的),所以subArctic提供了一個(gè)線程安全的訪問機(jī)制。本章討論了這一機(jī)制和怎樣在一個(gè)獨(dú)立線程中安全地操作交互樹。
他們所說的線程安全機(jī)制非常類似于SwingUtilities類提供的invokeLater()和invokeAndWait()方法。
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——使你疲勞的不是遠(yuǎn)方的高山,而是你鞋里一粒沙子!
posted on 2009-10-20 09:49 鋒行 閱讀(817) 評(píng)論(0) 編輯 收藏