Java Swing開發(fā)中的線程安全
SwingAPI的設(shè)計(jì)目標(biāo)是強(qiáng)大、靈活和易用。非凡地，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SwingAPI，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(lái)說，這個(gè)線程是事件派發(fā)線程。規(guī)則的例外：有些操作保證是線程安全的。事件分發(fā)：假如你需要從事件處理或繪制代碼以外的地方訪問UI，那么你可以使用SwingUtilities類的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(lái)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《TheJavaTutorial》中的“BINGOexample”，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：
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RunnabledoWorkRunnable=newRunnable }; |
SwingUtilities.invokeLater;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(lái)代替invokeAndWait。假如你真的要使用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：
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voidshowHelloThereDialogthrowsException }; SwingUtilities.invokeAndWait; } |
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：
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voidprintTextField throwsException }; SwingUtilities.invokeAndWait; System.out.println;} |
假如你能避免使用線程，***這樣做。線程可能難于使用，并使得程序的debug更困難。一般來(lái)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，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(lái)自客戶的消息。你可以使用兩個(gè)類來(lái)幫助你實(shí)現(xiàn)線程：SwingWorker：創(chuàng)建一個(gè)后臺(tái)線程來(lái)執(zhí)行費(fèi)時(shí)的操作。Timer：創(chuàng)建一個(gè)線程來(lái)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。
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SwingWorkersanexampleofusingSwingWorker：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(zhǎng)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(lái)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：
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...//在main方法中： finalSwingWorkerworker=newSwingWorker }; worker.start; ... //在動(dòng)作事件處理方法中： JOptionPane.showMessageDialog） |
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(lái)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?，假如必要，阻塞到ExpensiveDialogComponent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(lái)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。啟動(dòng)定時(shí)器后，動(dòng)作監(jiān)聽者的actionPerformed方法會(huì)被調(diào)用來(lái)執(zhí)行操作。定時(shí)器動(dòng)作監(jiān)聽者定義的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(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫循環(huán)的例子：
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publicclassAnimatorApplicationTimer extendsJFrameimplementsActionListener publicvoidstartAnimationelse } publicvoidstopAnimation publicvoidactionPerformed ... } |
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(lái)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(wú)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)間和空間在鎖的治理上。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)，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SubArcticJavaToolkit的對(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(jiǎn)化編成，使得設(shè)計(jì)“專注于單一任務(wù)的簡(jiǎn)單自治實(shí)體”成為可能。在一些情況下它們的確簡(jiǎn)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(wú)論大多數(shù)程序員所受的練習(xí)、他們的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，還是我們用來(lái)幫助自己的工具，都不是能夠用來(lái)對(duì)付非決定論的。例如，全面測(cè)試在bug依靠于時(shí)間時(shí)是幾乎不可能的。尤其對(duì)于Java來(lái)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，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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