再论Java Swing线程

核心提示：不正确的Swing线程是运行缓慢、无响应和不稳定的Swing应用的主要原因之一，这是许多原因造成的，再论Java Swing线程，从开发人员对Swing单线程模型的误解，到保证正确的线程执行的困难，包含了几层嵌套，共享的引用和指定的执行顺序，即使对Swing线程进行了很多努力，应用线程逻辑也是很难理解和维护的

　　不正确的Swing线程是运行缓慢、无响应和不稳定的Swing应用的主要原因之一。这是许多原因造成的，从开发人员对Swing单线程模型的误解，到保证正确的线程执行的困难。即使对Swing线程进行了很多努力，应用线程逻辑也是很难理解和维护的。本文阐述了如何在开发Swing应用中使用事件驱动编程，以大大简化开发、维护，并提供高灵活性。

　　背景

　　既然我们是要简化Swing应用的线程，首先让我们来看看Swing线程是怎么工作的，为什么它是必须的。Swing API是围绕单线程模型设计的。这意味着Swing组件必须总是通过同一个线程来修改和操纵。为什么采用单线程模型，这有很多原因，包括开发成本和同步Swing的复杂性－－这都会造成一个迟钝的API。为了达到单线程模型，有一个专门的线程用于和Swing组件交互。这个线程就是大家熟知的Swing线程，AWT（有时也发音为“ought”）线程，或者事件分派线程。在本文的下面的部分，我选用Swing线程的叫法。
既然Swing线程是和Swing组件进行交互的唯一的线程，它就被赋予了很多责任。所有的绘制和图形，鼠标事件，组件事件，按钮事件，和所有其它事件都发生在Swing线程。因为Swing线程的工作已经非常沉重了，当太多其它工作在Swing线程中进行处理时就会发生问题。会引起这个问题的最常见的位置是在非Swing处理的地方，像发生在一个事件监听器方法中，比如JButton的ActionListener，的数据库查找。既然ActionListener的actionPerformed()方法自动在Swing线程中执行，那么，数据库查找也将在Swing线程中执行。这将占用了Swing的工作，阻止它处理它的其它任务－－像绘制，响应鼠标移动，处理按钮事件，和应用的缩放。用户以为应用死掉了，但实际上并不是这样。在适当的线程中执行代码对确保系统正常地执行非常重要。

　　既然我们已经看到了在适当的线程中执行Swing应用的代码是多么重要，现在让我们如何实现这些线程。我们看看将代码放入和移出Swing线程的标准机制。在讲述过程中，我将突出几个和标准机制有关的问题和难点。正如我们看到的，大部分的问题都来自于企图在异步的Swing线程模型上实现同步的代码模型。从那儿，我们将看到如何修改我们的例子到事件驱动－－移植整个方式到异步模型。
　　通用Swing线程解决方案

　　让我们以一个最常用的Swing线程错误开始。我们将企图使用标准的技术来修正这个问题。在这个过程中，我们将看到实现正确的Swing线程的复杂性和常见困难。并且，注重在修正这个Swing线程问题中，许多中间的例子也是不能工作的。在例子中，我在代码失败的地方以//broken开头标出。好了，现在，让我们进入我们的例子吧。

　　假设我们在执行图书查找。我们有一个简单的用户界面，包括一个查找文本域，一个查找按钮，和一个输出的文本区域。这个接口如图1所示。不要批评我的UI设计，这个确实很丑陋，我承认。


图 1. 基本查询用户界面

　　用户输入书的标题，作者或者其它条件，然后显示一个结果的列表。下面的代码例子演示了按钮的ActionListener在同一个线程中调用lookup()方法。在这些例子中，我使用了thread.sleep()休眠5秒来作为一个占位的外部查找。线程休眠的结果等同于一个耗时5秒的同步的服务器调用。

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);
　 }
}
　　假如你运行这段代码（完整的代码可以在这儿下载），你会立即发现存在一些问题。图2显示了查找运行中的一个屏幕截图。


图 2. 在Swing线程中进行查找

　　注重Go按钮看起来是被按下了。这是因为actionPerformed方法通知了按钮绘制为非按下外观，但是还没有返回。你也会发现要查找的字串“abcde”并没有出现在文本区域中。searchButton_actionPerformed的第1行代码将文本区域设置为要查找的字串。但是，注重Swing重画并不是立即执行的。而是把重画请求放置到Swing事件队列中等待Swing线程处理。但是这儿，我们因查找处理占用了Swing线程，所以，它还不能马上进行重画。

　　要修正这些问题，让我们把查找操作移入非Swing线程中。我们第一个想到的就是让整个方法在一个新的线程中执行。这样作的问题是Swing组件，本例中的文本区域，只能从Swing线程中进行编辑。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);
　 }
}
　　这种方法有很多问题。注重final String[][] 。这是一个处理匿名内部类和作用域的不得已的替代。基本上，在匿名内部类中使用的，但在外部环绕类作用域中定义的任何变量都需要定义为final。你可以通过创建一个数组来持有变量解决这个问题。这样的话，你可以创建数组为final的，修改数组中的元素，而不是数组的引用自身。既然我们已经解决这个问题，让我们进入真正的问题所在吧。图3显示了这段代码运行时发生的情况：


图 3. 在Swing线程外部进行查找

　　界面显示了一个null，因为显示代码在查找代码完成前被处理了。这是因为一旦新的线程启动了，代码块继续执行，而不是等待线程执行完毕。这是那些希奇的并发代码块中的一个，下面将把它编写到一个方法中使其能够真正执行。

　　在SwingUtilities类中有两个方法可以帮助我们解决这些问题：invokerLater()和invokeAndWait()。每一个方法都以一个Runnable作为参数，并在Swing线程中执行它。invokeAndWait（）方法阻塞直到Runnnable执行完毕；invokeLater()异步地执行Runnable。invokeAndWait()一般不赞成使用，因为它可能导致严重的线程死锁，对你的应用造成严重的破坏。所以，让我们把它放置一边，使用invokeLater()方法。
要修正最后一个变量变量scooping和执行顺序的问题，我们必须将文本区域的getText()和setText()方法调用移入一个Runnable，只有在查询结果返回后再执行它，并且在Swing线程中执行。我们可以这样作，创建一个匿名Runnable传递给invokeLater()，包括在新线程的Runnable后的文本区域操作。这保证了Swing代码不会在查找结束之前执行。下面是修正后的代码：

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();}
　　这可以工作，但是这样做令人非常头痛。我们不得不对通过匿名线程执行的顺序，我们还不得不处理困难的scooping问题。问题并不少见，并且，这只是一个非常简单的例子，我们已经碰到了作用域，变量传递，和执行顺序等一系列问题。相像一个更复杂的问题，包含了几层嵌套，共享的引用和指定的执行顺序。这种方法很快就失控了。