Eclipse客戶端程序中多線程的使用

作者：佚名 2009-06-08 20:16:15

本文分析了Eclipse中多線程程序的實現(xiàn)，討論了在Eclipse客戶端程序開發(fā)中應用多線程的方法和要注意的問題，同時也討論了多線程程序的一些調(diào)試和問題解決的方法。

Eclipse 作為一個開發(fā)平臺，使用越來越廣泛，基于Eclipse Rich Client Platform開發(fā)的客戶端程序也越來越多。在當今越來越復雜的應用環(huán)境中，我們的客戶端程序不可避免的要同時進行多任務的處理。一個優(yōu)異的客戶端程序都會允許用戶同時啟動多個任務，從而大大提高用戶的工作效率以及用戶體驗。本文中我們來談談Eclipse中實現(xiàn)多任務的方式。

在我們基于Eclipse的Java程序中，我們有很多種方式提供多任務的實現(xiàn)。熟悉Java的朋友立即會想到Java的Thread類，這是Java中使用最多的一個實現(xiàn)多任務的類。Eclipse平臺為多任務處理提供了自己的API,那就是Job以及UIJob。Eclipse中的Job是對Java Thread的一個封裝，為我們實現(xiàn)多任務提供了更方便的接口。以下是Job的基本用法：

清單 1. Job用法示例

                Job job = new Job(“Job Name”){
protected IStatus run(IProgressMonitor monitor) {
    
  // 在這里添加你的任務代碼
  return Status.OK_STATUS;
 }
};
job.schedule(delayTime);

在 Eclipse中我們也會經(jīng)常用到Display.asynchExec() 和Display.synchExec()來啟動任務的執(zhí)行。這兩個方法主要為了方便我們完成界面操作的任務。以下是 Display.asynchExec()的用法，Display.synchExec()和它類似。

清單 2. Display.synchExec()用法示例

                Display.getDefault().asyncExec(new Runnable() {
public void run() {
 // 在這里添加你的任務代碼
  }
 });

通常，在Eclipse中我們最好使用Eclipse提供的Job接口來實現(xiàn)多任務，而不是使用Java的thread。為什么呢？主要有以下幾個原因：

Job是可重用的工作單元，一個Job我們可以很方便的讓它多次執(zhí)行。
Job提供了方便的接口，使得我們在處理中能夠很方便的與外界交流，報告當前的執(zhí)行進度
Eclipse提供了相應的機制使得程序員可以方便的介入Job的調(diào)度，例如我們可以方便的實現(xiàn)每次只有一個同一類型的Job在運行
Eclipse缺省提供了Job管理的程序，可以查看當前所有的Job和它們的進度，也提供UI終止、暫停、繼續(xù)指定的Job
使用Job可以提高程序的性能，節(jié)省線程創(chuàng)建和銷毀的開銷。Eclipse中的Job封裝了線程池的實現(xiàn)。當我們啟動一個Job時，Eclipse不會馬上新建一個Thread，它會在它的線程池中尋找是否有空閑的線程，如果有空閑線程，就會直接用空閑線程運行你的Job。一個Job終止時，它所對應的線程也不會立即終止，它會被返回到線程池中以備重復利用。這樣，我們可以節(jié)省創(chuàng)建和銷毀線程的開銷

下面我們從幾個方面來討論Eclipse中Job的實現(xiàn)和使用方面的問題。

Eclipse中Job的實現(xiàn)

Eclipse 的核心包中提供了一個JobManager類，它實現(xiàn)了IJobManager接口，Eclipse中Job的管理和調(diào)度都是由JobManager來實現(xiàn)的。 JobManager維護有一個線程池，用來運行Job。當我們調(diào)用Job的schedule方法后，這個Job會被JobManager首先放到一個 Job運行的等待隊列中去。之后，JobManager會通知線程池有新的Job加入了運行等待隊列。線程池會找出一個空閑的線程來運行Job，如果沒有空閑線程，線程池會創(chuàng)建一個新的線程來運行Job。一旦Job運行完畢，運行Job的線程會返回到線程池中以備下次使用。從上面Job運行的過程我們可以看到，JobManager介入了一個Job運行的全過程，它了解Job什么時候開始，什么時候結束，每一時候Job的運行狀態(tài)。JobManager將這些Job運行的信息以接口的方式提供給用戶，同時它也提供了接口讓我們可以介入Job的調(diào)度等，從而我們擁有了更加強大的控制Job的能力。

為了我們更方便的了解Job所處的狀態(tài)，JobManager設置Job的一個狀態(tài)標志位,我們可以通過Job的getState方法獲得Job當前的狀態(tài)值以了解其狀態(tài)：

NONE：當一個Job剛構造的時候，Job就會處于這種狀態(tài)。當一個Job執(zhí)行完畢（包括被取消）后，Job的狀態(tài)也會變回這種狀態(tài)。
WAITING:當我們調(diào)用了Job的shedule方法，JobManager會將Job放入等待運行的Job隊列，這時Job的狀態(tài)為WAITING.
RUNNING:當一個Job開始執(zhí)行，Job的狀態(tài)會變?yōu)镽UNNING。
SLEEPING: 當我們調(diào)用Job的sleep方法后，Job會變成這一狀態(tài)。當我們調(diào)用schudule方法的時候帶上延時的參數(shù)，Job的狀態(tài)也會轉(zhuǎn)入這一狀態(tài)，在這一段延時等待的時間中，Job都處于這一狀態(tài)。這是一種睡眠狀態(tài)，Job在這種狀態(tài)中時不能馬上轉(zhuǎn)入運行。我們可以調(diào)用Job的wakeup方法來將 Job喚醒。這樣，Job又會轉(zhuǎn)入WAITING狀態(tài)等待運行。

Eclipse中的UI線程

另外，在Eclipse的線程處理中，有一個UI線程的概念。Eclipse程序中的主線程是一個特殊的線程，程序啟動后會先執(zhí)行這個線程，也就是我們的 main()函數(shù)所在的線程。作為桌面應用程序，我們的主線程主要負責界面的響應以及繪制界面元素，所以通常我們也叫它UI線程。

以下代碼，編過SWT應用程序的讀者會非常熟悉。它一般出現(xiàn)在main函數(shù)的結尾。下面來仔細分析一下它的詳細情況。

//當窗口未釋放時
while (!shell.isDisposed()) {

    //如果display對象事件隊列中沒有了等待的事件，就讓該線程進入等待狀態(tài)
    if (!display.readAndDispatch())
        display.sleep();

}

上面的程序?qū)嶋H上就是我們UI線程的處理邏輯：當程序啟動后，UI線程會讀取事件等待隊列，看有沒有事件等待處理。如果有，它會進行相應處理，如果沒有它會進入睡眠狀態(tài)。如果有新的事件到來，它又會被喚醒，進行處理。UI線程所需要處理的事件包括用戶的鼠標和鍵盤操作事件，操作系統(tǒng)或程序中發(fā)出的繪制事件。一般來說，處理事件的過程也就是響應用戶操作的過程。

一個好的桌面應用程序需要對用戶的操作作出最快的響應，也就是說我們的UI線程必須盡快的處理各種事件。從我們程序的角度來說，在UI線程中我們不能進行大量的計算或者等待，否則用戶操作事件得不到及時的處理。通常，如果有大量的計算或者需要長時間等待（例如進行網(wǎng)絡操作或者數(shù)據(jù)庫操作）時，我們必須將這些長時間處理的程序單獨開辟出一個線程來執(zhí)行。這樣雖然后臺運行著程序，但也不會影響界面上的操作。

除主線程之外的所有線程都是非UI線程。在Eclipse程序中，我們所有對界面元素的操作都必須放到UI線程中來執(zhí)行，否則會拋出Exception，所以我們要區(qū)分出UI線程和非UI線程，保證我們對UI的操作都在UI線程中執(zhí)行。

如何判斷當前線程是否UI線程: 你可以通過調(diào)用Display.getCurrent()來知道當前線程是否是UI線程。如果Display.getCurrent()返回為空,表示當前不是UI線程。

Eclipse中使用線程的幾種典型情況

控制Job的并發(fā)運行

對于某些Job，為了避免并發(fā)性問題，我們希望同時只有一個這樣的Job在運行，這時我們需要控制Job的并發(fā)運行。在另一種情況下，我們也需要控制Job 的并發(fā)運行：我們在程序中對于一個任務，我們有可能會啟動一個Job來執(zhí)行，對于少量的任務來說，這是可行的，但是如果我們預測可能會同時有大量的任務，如果每一個任務啟動一個Job，我們同時啟動的Job就會非常多。這些Job會侵占大量的資源，影響其他任務的執(zhí)行。我們可以使用Job的rule來實現(xiàn)控制Job的并發(fā)執(zhí)行。簡單的我們可以通過下面的代碼實現(xiàn)。我們先定義一個如下rule：

 private ISchedulingRule Schedule_RULE = new ISchedulingRule() {
  public boolean contains(ISchedulingRule rule) {
   return this.equals(rule);
  }
  public boolean isConflicting(ISchedulingRule rule) {
   return this.equals(rule);
  }
 };

對于需要避免同時運行的Job，我們可以將它們的rule設成上面定義的rule。如：

 myjob1.setRule(Schedule_RULE);
 myjob2.setRule(Schedule_RULE);

這樣對于myjob1和myjob2這兩個Job，它們不會再同時執(zhí)行。Myjob2會等待myjob1執(zhí)行完再執(zhí)行。這是由Eclipse的JobManager來提供實現(xiàn)的。JobManager可以保證所有啟動的Job中，任意兩個Job的rule是沒有沖突的。我們在上面定義的rule是最簡單的。我們可以重寫isConflicting函數(shù)來實現(xiàn)一些更加復雜的控制，比如控制同時同類型的Job最多只有指定的個數(shù)在運行。但是我們要注意，isConflicting方法不能過于復雜。一旦一個Job的rule與其他Job的rule有沖突，isConflicting方法會調(diào)用很多次。如果其中的計算過于復雜，會影響整體的性能。

根據(jù)需要執(zhí)行Job

由于我們有的Job有可能不是立即執(zhí)行的，在有些情況下，等到該Job準備執(zhí)行的時候，該Job所要執(zhí)行的任務已經(jīng)沒有意義了。這時，我們可以使用Job的 shouldSchedule（）和shouldRun（）來避免Job的運行。在我們定義一個Job時，我們可以重載shouldSchedule和 shouldRun方法。在這些方法中，我們可以檢查Job運行的一些先決條件，如果這些條件不滿足，我們就可以返回false。JobManager在安排Job運行時，它會先調(diào)用該Job的shouldSchedule方法，如果返回為false，JobManager就不會再安排這個Job運行了。同樣，JobManager在真正啟動一個線程運行一個Job前，它會調(diào)用該Job的shouldRun方法，如果返回false，它不再運行這個 Job。在下面的例子中，我們希望啟動一個Job在十秒鐘之后更新文本框中的內(nèi)容。為了保證我們的Job運行時是有意義的，我們需要確保我們要更新的文本框沒有被銷毀，我們重載了shouldSchedule和shouldRun方法。

Text text = new Text(parent,SWT.NONE);
UIJob refreshJob = new UIJob(“更新界面”){
public IStatus runInUIThread(IProgressMonitor monitor) {
    
  text.setText(“新文本”);
  return Status.OK_STATUS;
 }
 public boolean shouldSchedule(){
  return !text.isDisposed();
 }
 public boolean shouldRun(){
  return !text.isDisposed();
 }
};
refreshJob.schedule(10000);

在UI線程中涉及長時間處理的任務

我們經(jīng)常碰到這樣一種情況：用戶操作菜單或者按鈕會觸發(fā)查詢大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)查詢完后更新表格等界面元素。用戶點擊菜單或者按鈕所觸發(fā)的處理程序一般處于UI 線程，為了避免阻塞UI，我們必須把數(shù)據(jù)查詢等費時的工作放到單獨的Job中執(zhí)行，一旦數(shù)據(jù)查詢完畢，我們又必須更新界面，這時我們又需要使用UI線程進行處理。下面是處理這種情況的示例代碼：

 button.addSelectionListener(new SelectionListener(){
 public void widgetSelected(SelectionEvent e){
  perform();
 }
 
 public void widgetDefaultSelected(SelectionEvent e){
  perform();
 }

 private void perform(){
  Job job = new Job(“獲取數(shù)據(jù)”){
   protected IStatus run(IProgressMonitor monitor){
    // 在此添加獲取數(shù)據(jù)的代碼
    Display.getDefault().asyncExec(new Runnable(){
 public void run(){
  // 在此添加更新界面的代碼
 }
});
 }
  };
  job.schedule();
 }

 });

延時執(zhí)行Job,避免無用的Job運行

我們經(jīng)常需要根據(jù)選中的對象刷新我們部分的界面元素。如果我們連續(xù)很快的改變選擇，而每次刷新界面涉及到的區(qū)域比較大時，界面會出現(xiàn)閃爍。從用戶的角度來說，我們很快的改變選擇，希望看到的只是最后選中的結果，中間的界面刷新都是不必要的。

在 Jface中，StructuredViewer提供了addPostSelectionChangedListener方法。如果我們使用這個方法監(jiān)聽 selectionChanged事件，當用戶一直按著方向鍵改變選中時，我們只會收到一個selectionChanged事件。這樣我們可以避免過度的刷新界面。

實際上，Jface中就是通過延時執(zhí)行Job來實現(xiàn)這一功能的。我們也可以自己實現(xiàn)類似功能：

 private final static Object UPDATE_UI_JOBFAMILY = new Object();
tableviewer. addSelectionChangedListener (new ISelectionChangedListener (){

 public void selectionChanged(SelectionChangedEvent event){
  Job.getJobManager().cancel(UPDATE_UI_JOBFAMILY);
  new UIJob("更新界面") {
              protected IStatus runInUIThread (IProgressMonitor monitor) {
                   //更新界面
                   return Status.OK_STATUS; 
              }

   public boolean belongsTo(Object family){
    return family== UPDATE_UI_JOBFAMILY;
   }
   
          }.schedule(500);
 }
});

首先，我們需要將界面更新的代碼放到一個UIJob中，同時我們將Job延時500毫秒執(zhí)行（我們可以根據(jù)需要改變延時的時間）。如果下一個 selectionChanged事件很快到來，我們的調(diào)用 Job.getJobManager().cancel(UPDATE_UI_JOBFAMILY)將以前未運行的Job取消，這樣只有最后一個Job會真正運行。

在UI線程中等待非UI線程的結束

有時，我們在UI線程中需要等待一個非UI線程執(zhí)行完，我們才能繼續(xù)執(zhí)行。例如，我們在UI線程中要顯示某些數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)又需要從數(shù)據(jù)庫或者遠程網(wǎng)絡獲取。于是，我們會啟動一個非UI的線程去獲取數(shù)據(jù)。而我們的UI線程必須要等待這個非UI線程執(zhí)行完成，我們才能繼續(xù)執(zhí)行。當然，一種簡單的實現(xiàn)方法是使用join。我們可以在UI線程中調(diào)用非UI線程的join方法，這樣我們就可以等待它執(zhí)行完了，我們再繼續(xù)。但是，這會有一個問題。當我們的UI線程等待時，意味著我們的程序不會再響應界面操作，也不會刷新。這樣，用戶會覺得我們的程序象死了一樣沒有反應。這時，我們可以使用ModalContext 類。你可以將你要執(zhí)行的獲取數(shù)據(jù)的任務用ModalContext的run方法來運行（如下）。ModalContext會將你的任務放到一個獨立的非 UI線程中執(zhí)行，并且等待它執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行。與join方法不同的是，ModalContext在等待時不會停止UI事件的處理。這樣我們的程序就不會沒有響應了。

try {
   ModalContext.run(new IRunnableWithProgress(){
    public void run(IProgressMonitor monitor) 
 throws InvocationTargetException, InterruptedException {
     /*需要在非UI線程中執(zhí)行的代碼*/
     ModalContext.checkCanceled(monitor);
    }    
   }, true, new NullProgressMonitor(), Display.getCurrent());
  } catch (InvocationTargetException e) {
   
  } catch (InterruptedException e) {
     }

針對相關聯(lián)的Job統(tǒng)一進行處理

有時，我們需要對相關聯(lián)的Job一起處理。例如需要同時取消這些Job，或者等待所有這些Job結束。這時我們可以使用Job Family。對于相關聯(lián)的Job，我們可以將它們設置成同一個Job Family。我們需要重載Job的belongsTo方法以設置一個Job的Job Family。

Private Object MY_JOB_FAMILY = new Object();
Job job = new Job(“Job Name”){
protected IStatus run(IProgressMonitor monitor) {
 // 在這里添加你的任務代碼
  return Status.OK_STATUS;
 }
 
 public boolean belongsTo(Object family){
  return MY_JOB_FAMILY.equals(family);
 }
};

我們可以使用JobManager的一系列方法針對Job Family進行操作：

Job.getJobManager().cancel(MY_JOB_FAMILY); //取消所有屬于MY_JOB_FAMILY的所有Job
Job.getJobManager().join(MY_JOB_FAMILY); //等待屬于MY_JOB_FAMILY的所有Job結束
Job.getJobManager().sleep(MY_JOB_FAMILY); //將所有屬于MY_JOB_FAMILY的Job轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)
Job.getJobManager().wakeup(MY_JOB_FAMILY); //將所有屬于MY_JOB_FAMILY的Job喚醒

線程死鎖的調(diào)試和解決技巧

一旦我們使用了線程，我們的程序中就有可能有死鎖的發(fā)生。一旦發(fā)生死鎖，我們發(fā)生死鎖的線程會沒有響應，導致我們程序性能下降。如果我們的UI線程發(fā)生了死鎖，我們的程序會沒有響應，必須要重啟程序。所以在我們多線程程序開發(fā)中，發(fā)現(xiàn)死鎖的情況，解決死鎖問題對提高我們程序的穩(wěn)定性和性能極為重要。

如果我們發(fā)現(xiàn)程序運行異常（例如程序沒有響應），我們首先要確定是否發(fā)生了死鎖。通過下面這些步驟，我們可以確定是否死鎖以及死鎖的線程：

在Eclipse中以Debug模式運行程序
執(zhí)行響應的測試用例重現(xiàn)問題
在Eclipse的Debug View中選中主線程（Thread[main]），選擇菜單Run->Suspend。這時Eclipse會展開主線程的函數(shù)調(diào)用棧，我們就可以看到當前主線程正在執(zhí)行的操作。
通常，Eclipse在等待用戶的操作，它的函數(shù)調(diào)用棧會和以下類似：

圖片示例
如果主線程發(fā)生死鎖，函數(shù)調(diào)用棧的最上層一般會是你自己的函數(shù)調(diào)用，你可以查看一下你當前的函數(shù)調(diào)用以確定主線程在等待什么
使用同樣的方法查看其他線程，特別是那些等待UI線程的線程

我們需要找出當前線程相互的等待關系，以便找出死鎖的原因。我們找出死鎖的線程后就可以針對不同情況進行處理：

減小鎖的粒度，增加并發(fā)性
調(diào)整資源請求的次序
將需要等待資源的任務放到獨立的線程中執(zhí)行

Job使用中要注意的問題

不要在Job中使用Thread.sleep方法。如果你想要讓Job進入睡眠狀態(tài)，最好用Job的sleep方法。雖然，使用Thread.sleep和 Job的sleep方法達到的效果差不多，但是它們實現(xiàn)的方式完全不同，對系統(tǒng)的影響也不一樣。我們知道Eclipse中Job是由Eclipse的 JobManager來管理的。如果我們調(diào)用Job的sleep方法，JobManager會將Job轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，與其對應的線程也會重新放入線程池等待運行其他Job。而如果我們在Job中直接調(diào)用Thread.sleep方法，它會直接使運行Job的線程進入睡眠狀態(tài)，其他Job就不可能重用這個線程了。同時，雖然運行該Job的線程進入了睡眠狀態(tài)，Job的狀態(tài)還是Running（運行狀態(tài)），我們也不能用Job的wakeup方法喚醒該Job了
Job 的取消。一般我們會直觀的認為，一旦調(diào)用Job的cancel方法，Job就會停止運行。實際上，這并不一定正確，當Job處于不同的狀態(tài)時，我們調(diào)用 Job的cancel方法所起的效果是不同的。當Job在WAITING狀態(tài)和SLEEPING狀態(tài)時，一旦我們調(diào)用cancel方法，JobManager會將Job直接從等待運行的隊列中刪除，Job不會再運行了，這時cancel方法會返回true。但是如果Job正在運行，cancel方法調(diào)用并不會立即終止Job的運行，它只會設定一個標志，指明這個Job已經(jīng)被取消了。我們可以使用Job的run方法傳入的參數(shù) IProgressMonitor monitor，這個參數(shù)的isCanceled方法會返回Job是否被取消的狀態(tài)。如果需要，我們必須在我們的代碼的適當位置檢查Job是否被取消的標志，作出適當?shù)捻憫Ａ硗猓捎谡{(diào)用Job的cancel方法不一定立即終止Job，如果我們需要等待被取消的Job運行完再執(zhí)行，我們可以用如下代碼：
if (!job.cancel())
job.join();
Join方法的使用。由于join方法會導致一個線程等待另一個線程，一旦等待線程中擁有一個被等待線程所需要的鎖，就會產(chǎn)生死鎖。當我們的線程中需要用到同步時，這種死鎖的情況非常容易出現(xiàn)，所以我們使用join時必須非常小心，盡量以其他方法替代。
避免過時的Job造成的錯誤。由于我們啟動的線程并不一定是馬上執(zhí)行的，當我們的Job開始運行時，情況可能發(fā)生了變化。我們在Job的處理代碼中要考慮到這些情況。一種典型的情況是，我們在啟動一個對話框或者初始化一個ViewPart時，我們會啟動一些 Job去完成一些數(shù)據(jù)讀取的工作，一旦數(shù)據(jù)讀取結束，我們會啟動新的UI Job更新相應的UI。有時，用戶在打開對話框或者View后，馬上關閉了該對話框或者View。這時我們啟動的線程并沒有被中斷，一旦在Job中再去更新UI，就會出錯。在我們的代碼中必須作相應的處理。所以，我們在線程中更新界面元素之前，我們必須先檢查相應的控件是否已經(jīng)被dispose了

結束語

在我們進行基于Eclipse的客戶端開發(fā)時，使用多線程可以大大的提供我們的程序并發(fā)處理能力，同時對于提高用戶體驗也有很好的幫助。但是，多線程程序也有其不利的一面，我們也不要濫用線程：

首先，多線程程序會大大的提高我們程序的復雜度，使得我們的開發(fā)和調(diào)試更加困難
其次，過多的線程容易引發(fā)死鎖、數(shù)據(jù)同步等并發(fā)問題的發(fā)生
另外，由于線程創(chuàng)建和銷毀需要開銷，程序的整體性能可能因為過多線程的使用而下降

所以，我們在使用線程時一定要謹慎。本文對Eclipse線程的討論，希望能對大家使用線程有所幫助。由于實際情況較為復雜，文中所提到的方法僅供參考，讀者對于不同的實際問題需要進行具體分析，從而找出最佳的解決方案。

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