再論Java Swing線程

2019-11-17 06:34:22

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供稿：網友

　　不正確的Swing線程是運行緩慢、無響應和不穩定的Swing應用的主要原因之一。這是許多原因造成的，從開發人員對Swing單線程模型的誤解，到保證正確的線程執行的困難。即使對Swing線程進行了很多努力，應用線程邏輯也是很難理解和維護的。本文闡述了如何在開發Swing應用中使用事件驅動編程，以大大簡化開發、維護，并提供高靈活性。

　　背景

　　既然我們是要簡化Swing應用的線程，首先讓我們來看看Swing線程是怎么工作的，為什么它是必須的。Swing API是圍繞單線程模型設計的。這意味著Swing組件必須總是通過同一個線程來修改和操縱。為什么采用單線程模型，這有很多原因，包括開發成本和同步Swing的復雜性－－這都會造成一個遲鈍的API。為了達到單線程模型，有一個專門的線程用于和Swing組件交互。這個線程就是大家熟知的Swing線程，AWT（有時也發音為“ought”）線程，或者事件分派線程。在本文的下面的部分，我選用Swing線程的叫法。
既然Swing線程是和Swing組件進行交互的唯一的線程，它就被賦予了很多責任。所有的繪制和圖形，鼠標事件，組件事件，按鈕事件，和所有其它事件都發生在Swing線程。因為Swing線程的工作已經非常沉重了，當太多其它工作在Swing線程中進行處理時就會發生問題。會引起這個問題的最常見的位置是在非Swing處理的地方，像發生在一個事件監聽器方法中，比如JButton的ActionListener，的數據庫查找。既然ActionListener的actionPerformed()方法自動在Swing線程中執行，那么，數據庫查找也將在Swing線程中執行。這將占用了Swing的工作，阻止它處理它的其它任務－－像繪制，響應鼠標移動，處理按鈕事件，和應用的縮放。用戶以為應用死掉了，但實際上并不是這樣。在適當的線程中執行代碼對確保系統正常地執行非常重要。

　　既然我們已經看到了在適當的線程中執行Swing應用的代碼是多么重要，現在讓我們如何實現這些線程。我們看看將代碼放入和移出Swing線程的標準機制。在講述過程中，我將突出幾個和標準機制有關的問題和難點。正如我們看到的，大部分的問題都來自于企圖在異步的Swing線程模型上實現同步的代碼模型。從那兒，我們將看到如何修改我們的例子到事件驅動－－移植整個方式到異步模型。
　　通用Swing線程解決方案

　　讓我們以一個最常用的Swing線程錯誤開始。我們將企圖使用標準的技術來修正這個問題。在這個過程中，我們將看到實現正確的Swing線程的復雜性和常見困難。并且，注重在修正這個Swing線程問題中，許多中間的例子也是不能工作的。在例子中，我在代碼失敗的地方以//broken開頭標出。好了，現在，讓我們進入我們的例子吧。

　　假設我們在執行圖書查找。我們有一個簡單的用戶界面，包括一個查找文本域，一個查找按鈕，和一個輸出的文本區域。這個接口如圖1所示。不要批評我的UI設計，這個確實很丑陋，我承認。

再論Java Swing線程（圖一）

圖 1. 基本查詢用戶界面

　　用戶輸入書的標題，作者或者其它條件，然后顯示一個結果的列表。下面的代碼例子演示了按鈕的ActionListener在同一個線程中調用lookup()方法。在這些例子中，我使用了thread.sleep()休眠5秒來作為一個占位的外部查找。線程休眠的結果等同于一個耗時5秒的同步的服務器調用。

PRivate void searchButton_actionPerformed()
{
　outputTA.setText("Searching for: " + searchTF.getText());
　//Broken!! Too mUCh work in the Swing
　thread String[] results = lookup(searchTF.getText());
　outputTA.setText("");
　for (int i = 0; i < results.length; i++)
　{
　　String result = results[i];
　　outputTA.setText(outputTA.getText() + '/n' + result);
　 }
}
　　假如你運行這段代碼（完整的代碼可以在這兒下載），你會立即發現存在一些問題。圖2顯示了查找運行中的一個屏幕截圖。

再論Java Swing線程（圖二）

圖 2. 在Swing線程中進行查找

　　注重Go按鈕看起來是被按下了。這是因為actionPerformed方法通知了按鈕繪制為非按下外觀，但是還沒有返回。你也會發現要查找的字串“abcde”并沒有出現在文本區域中。searchButton_actionPerformed的第1行代碼將文本區域設置為要查找的字串。但是，注重Swing重畫并不是立即執行的。而是把重畫請求放置到Swing事件隊列中等待Swing線程處理。但是這兒，我們因查找處理占用了Swing線程，所以，它還不能馬上進行重畫。

　　要修正這些問題，讓我們把查找操作移入非Swing線程中。我們第一個想到的就是讓整個方法在一個新的線程中執行。這樣作的問題是Swing組件，本例中的文本區域，只能從Swing線程中進行編輯。下面是修改后的searchButton_actionPerformed方法：

private void searchButton_actionPerformed()
{
　outputTA.setText("Searching for: " + searchTF.getText());
　//the String[][] is used to allow access to
　// setting the results from an inner class
　final String[][] results = new String[1][1];
　new Thread()
　{
　　public void run()
　　{
　　　results[0] = lookup(searchTF.getText());
　　 }
　 }.start();
　outputTA.setText("");
　for (int i = 0; i < results[0].length; i++)
　 {
　　String result = results[0][i];
　　outputTA.setText(outputTA.getText() + '/n' + result);
　 }
}
　　這種方法有很多問題。注重final String[][] 。這是一個處理匿名內部類和作用域的不得已的替代?；旧?，在匿名內部類中使用的，但在外部環繞類作用域中定義的任何變量都需要定義為final。你可以通過創建一個數組來持有變量解決這個問題。這樣的話，你可以創建數組為final的，修改數組中的元素，而不是數組的引用自身。既然我們已經解決這個問題，讓我們進入真正的問題所在吧。圖3顯示了這段代碼運行時發生的情況：

再論Java Swing線程（圖三）

圖 3. 在Swing線程外部進行查找

　　界面顯示了一個null，因為顯示代碼在查找代碼完成前被處理了。這是因為一旦新的線程啟動了，代碼塊繼續執行，而不是等待線程執行完畢。這是那些希奇的并發代碼塊中的一個，下面將把它編寫到一個方法中使其能夠真正執行。

　　在SwingUtilities類中有兩個方法可以幫助我們解決這些問題：invokerLater()和invokeAndWait()。每一個方法都以一個Runnable作為參數，并在Swing線程中執行它。invokeAndWait（）方法阻塞直到Runnnable執行完畢；invokeLater()異步地執行Runnable。invokeAndWait()一般不贊成使用，因為它可能導致嚴重的線程死鎖，對你的應用造成嚴重的破壞。所以，讓我們把它放置一邊，使用invokeLater()方法。
要修正最后一個變量變量scooping和執行順序的問題，我們必須將文本區域的getText()和setText()方法調用移入一個Runnable，只有在查詢結果返回后再執行它，并且在Swing線程中執行。我們可以這樣作，創建一個匿名Runnable傳遞給invokeLater()，包括在新線程的Runnable后的文本區域操作。這保證了Swing代碼不會在查找結束之前執行。下面是修正后的代碼：

private void searchButton_actionPerformed()
{
　outputTA.setText("Searching for: " + searchTF.getText());
　final String[][] results = new String[1][1];
　new Thread()
　{
　　public void run()
　　{ //get results.
　　　results[0] = lookup(searchTF.getText())
　　　// send runnable to the Swing thread
　　　// the runnable is queued after the
　　　// results are returned
　　　SwingUtilities.invokeLater(
　　　　new Runnable()
　　　　{
　　　　　public void run()
　　　　　{
　　　　　　// Now we're in the Swing thread
　　　　　　outputTA.setText("");
　　　　　　for (int i = 0; i < results[0].length; i++)
　　　　　　{
　　　　　　　String result = results[0][i];
　　　　　　　outputTA.setText( outputTA.getText() + '/n' + result);
　　　　　　 }
　　　　　 }
　　　　}
　　　);
　　}
　}.start();}
　　這可以工作，但是這樣做令人非常頭痛。我們不得不對通過匿名線程執行的順序，我們還不得不處理困難的scooping問題。問題并不少見，并且，這只是一個非常簡單的例子，我們已經碰到了作用域，變量傳遞，和執行順序等一系列問題。相像一個更復雜的問題，包含了幾層嵌套，共享的引用和指定的執行順序。這種方法很快就失控了。

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