淺析Swing線程模型和EDT
最近我用Swing寫一個測試工具，在閱讀我要測試的軟件的codes的時候，發現他在更新UI的時候大量的用到了SwingUtilities的invokelater方法。我以前做Swing的應用比較少，大學時代為數不多的幾次寫Swing程序，我記得都是在main方法里面直接創建Frame和更新界面Embarrassed。
以前，我會這么寫：
- import java.awt.Color;
- import javax.swing.*;
- public class OldSwingDemo {
- public static void main(String[] argv) {
- JLabel bulletin = new JLabel("Hello,World!", JLabel.CENTER);
- JFrame frame = new JFrame("Bulletin");
- frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
- frame.getContentPane().add(bulletin);
- frame.setSize(200, 150);
- frame.setVisible(true);
- bulletin.setForeground(Color.RED);
- }
- }
所以我仔細搜了一下相關資料，了解到了Swing的單線程模型和EDT(Event-Dispatch-Thread),才發現我原來的做法是非常危險的，遂總結如下：
Java Swing是一個單線程圖形庫，里面的絕大多數代碼不是線程安全(thread-safe)的,看看Swing各個組件的API,你可以發現絕大多數沒有做同步等線程安全的處理，這意味著它并不是在任何地方都能隨便調用的（假如你不是在做實驗的話），在不同線程里面隨便使用這些API去更新界面元素如設置值，更新顏色很可能會出現問題。
雖然Swing的API不是線程安全，但是如果你按照規范寫代碼（這個規范后面說），Swing框架用了其他方式來保障線程安全，那就是Event Queue和EDT,我們先來看一幅圖：
從上圖我們可以形象的看到，在GUI界面上發出的請求事件如窗口移動，刷新，按鈕點擊，不管是單個的還是并發的，都會被放入事件隊列(Event Queue)里面進行排隊，然后事件分發線程（Event Dispatch Thread）會將它們一個一個取出，分派到相應的事件處理方法。前面我們之所以說Swing是單線程圖形包就是因為處理GUI事件的事件分發線程只有一個，只要你不停止這個GUI程序，EDT就會永不間斷去處理請求。
那這種“單線程隊列模型”的好處是什么呢？在ITPUB的javagui的《深入淺出Swing事件分發線程》文中總結了兩點：
（1）將同步操作轉為異步操作
（2）將并行處理轉換為串行順序處理
我覺得還可以補充一點：(3)極大地簡化了界面編程。如果是多線程的模型的話，所有事件處理改成異步線程中進行，那么界面元素的的同步訪問就要開發人員自己來做處理，想想也很復雜，所以也就難怪目前大多數GUI框架都是采用的是這種單線程的模型。
那我們我們需要注意什么和遵循什么原則呢？
在《JFC Swing Tutorial》中在如何保持“操作GUI代碼線程安全”上做了一個很好的總結：
To avoid the possibility of deadlock, you must take extreme care that Swing components and models are modified or queried only from the event-dispatching thread. As long as your program creates its GUI from the event-dispatching thread and modifies the GUI only from event handlers, it is thread safe.
只要你是在EDT中創建GUI，在事件處理器中修改GUI的，那么你的代碼在Swing這塊就是線程安全的。
所以前面的代碼應該修改成這樣：
- import java.awt.Color;
- import javax.swing.JFrame;
- import javax.swing.JLabel;
- import javax.swing.SwingUtilities;
- public class NewSwingDemo {
- public static void main(String[] argv) {
- SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- constructUI();
- }
- });
- }
- private static void constructUI() {
- JLabel bulletin = new JLabel("Hello,World!", JLabel.CENTER);
- JFrame frame = new JFrame("Bulletin");
- frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
- frame.getContentPane().add(bulletin);
- frame.setSize(200, 150);
- frame.setVisible(true);
- bulletin.setForeground(Color.RED);
- }
- }
但是除了線程安全外，還有兩點我們需要注意和理解：
- 那種特別耗時的任務不應該把它放到EDT中，否則這個應用程序會變得無法響應。因為EDT會忙于執行你的耗時的任務，而無暇顧及其他GUI事件。（沒辦法啊，那么多活堆在那，EDT一個人挑，做男人難啊，做EDT更難!）
- 如果你在其他線程訪問和修改GUI組件，那么你必須要使用SwingUtilities. invokeAndWait(), SwingUtilities. invokeLater() 。他們的倆的都有一個相同的作用就是將要執行的任務放入事件隊列(Event Queue)中，好讓EDT允許事件派發線程調用另一個線程中的任意一個代碼塊。
那么invokeLater()和invokeAndWait()的有什么區別呢？
單純從字面上來理解public static void invokeLater(Runnable doRun)就是指里面的Runnable運行體會在稍后被調用運行,整個執行是異步的。
public static void invokeAndWait(Runnable doRun)就是指里面定義的Runnable運行體會調用運行并等待結果返回,是同步的。
下面用兩個例子來展示他們的區別：
（1）
- public class SwingDemoInvokeAndWait {
- public static void main(String[] argv) throws InterruptedException, InvocationTargetException {
- SwingUtilities.invokeAndWait(new Runnable() {
- @Override
- public void run() {
- constructUI();
- }
- });
- final Runnable doHelloWorld = new Runnable() {
- public void run() {
- System.out.println("Hello World on " + Thread.currentThread());
- }
- };
- Thread appThread = new Thread() {
- public void run() {
- try {
- SwingUtilities.invokeAndWait(doHelloWorld);
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("Finished on " + Thread.currentThread());
- }
- };
- appThread.start();
- }
- private static void constructUI() {
- JLabel bulletin = new JLabel("Hello,World!", JLabel.CENTER);
- JFrame frame = new JFrame("Bulletin");
- frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
- frame.getContentPane().add(bulletin);
- frame.setSize(200, 150);
- frame.setVisible(true);
- bulletin.setForeground(Color.RED);
- }
- }
由于doHelloWorld是在invokeAndWait中被執行的，所以 一定會等待doHelloWorld方法的執行并返回，即”Hello World on”一定會在”Finished on”前顯示出來。
（2）
- import java.awt.Color;
- import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
- import javax.swing.JFrame;
- import javax.swing.JLabel;
- import javax.swing.SwingUtilities;
- public class SwingDemoInvokeLater {
- public static void main(String[] argv) throws InterruptedException, InvocationTargetException {
- final Runnable doHelloWorld = new Runnable() {
- public void run() {
- System.out.println("Hello World on " + Thread.currentThread());
- }
- };
- Thread appThread = new Thread() {
- public void run() {
- try {
- SwingUtilities.invokeLater(doHelloWorld);
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("Finished on " + Thread.currentThread()+",but this might well be displayed before the other message.");
- }
- };
- appThread.start();
- }
- private static void constructUI() {
- JLabel bulletin = new JLabel("Hello,World!", JLabel.CENTER);
- JFrame frame = new JFrame("Bulletin");
- frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
- frame.getContentPane().add(bulletin);
- frame.setSize(200, 150);
- frame.setVisible(true);
- bulletin.setForeground(Color.RED);
- }
- }
由于doHelloWorld是在invokeLater中被執行的，因而“Finished on”有可能出現在其他信息的前面比如”Hello World On”。
參考資料：
(1)Swing Threading and The event-dispatch thread
(2)Section 9.1. Why are GUIs Single-threaded? - Java Concurrency in Practice
(3)How to Use Threads - JFC Swing Tutorial, The: A Guide to Constructing GUIs, Second Edition
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