浅析Swing线程模型和EDT

最近我用Swing写一个测试工具，在阅读我要测试的软件的codes的时候，发现他在更新UI的时候大量的用到了SwingUtilities的invokelater方法。我以前做Swing的应用比较少，大学时代为数不多的几次写Swing程序，我记得都是在main方法里面直接创建Frame和更新界面Embarrassed。

以前，我会这么写：

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);  


  }  


}

所以我仔细搜了一下相关资料，了解到了Swing的单线程模型和EDT(Event-Dispatch-Thread),才发现我原来的做法是非常危险的，遂总结如下：

Java Swing是一个单线程图形库，里面的绝大多数代码不是线程安全(thread-safe)的,看看Swing各个组件的API,你可以发现绝大多数没有做同步等线程安全的处理，这意味着它并不是在任何地方都能随便调用的（假如你不是在做实验的话），在不同线程里面随便使用这些API去更新界面元素如设置值，更新颜色很可能会出现问题。

虽然Swing的API不是线程安全，但是如果你按照规范写代码（这个规范后面说），Swing框架用了其他方式来保障线程安全，那就是Event Queue和EDT,我们先来看一幅图：

从上图我们可以形象的看到，在GUI界面上发出的请求事件如窗口移动，刷新，按钮点击，不管是单个的还是并发的，都会被放入事件队列(Event Queue)里面进行排队，然后事件分发线程（Event Dispatch Thread）会将它们一个一个取出，分派到相应的事件处理方法。前面我们之所以说Swing是单线程图形包就是因为处理GUI事件的事件分发线程只有一个，只要你不停止这个GUI程序，EDT就会永不间断去处理请求。

那这种“单线程队列模型”的好处是什么呢？在ITPUB的javagui的《深入浅出Swing事件分发线程》文中总结了两点：

（1）将同步操作转为异步操作

（2）将并行处理转换为串行顺序处理

我觉得还可以补充一点：(3)极大地简化了界面编程。如果是多线程的模型的话，所有事件处理改成异步线程中进行，那么界面元素的的同步访问就要开发人员自己来做处理，想想也很复杂，所以也就难怪目前大多数GUI框架都是采用的是这种单线程的模型。

那我们我们需要注意什么和遵循什么原则呢？

在《JFC Swing Tutorial》中在如何保持“操作GUI代码线程安全”上做了一个很好的总结：

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中创建GUI，在事件处理器中修改GUI的，那么你的代码在Swing这块就是线程安全的。

所以前面的代码应该修改成这样：

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);  


  }  


}

但是除了线程安全外，还有两点我们需要注意和理解：

那种特别耗时的任务不应该把它放到EDT中，否则这个应用程序会变得无法响应。因为EDT会忙于执行你的耗时的任务，而无暇顾及其他GUI事件。（没办法啊，那么多活堆在那，EDT一个人挑，做男人难啊，做EDT更难!）
如果你在其他线程访问和修改GUI组件，那么你必须要使用SwingUtilities. invokeAndWait(), SwingUtilities. invokeLater() 。他们的俩的都有一个相同的作用就是将要执行的任务放入事件队列(Event Queue)中，好让EDT允许事件派发线程调用另一个线程中的任意一个代码块。

那么invokeLater()和invokeAndWait()的有什么区别呢？

单纯从字面上来理解public static void invokeLater(Runnable doRun)就是指里面的Runnable运行体会在稍后被调用运行,整个执行是异步的。

public static void invokeAndWait(Runnable doRun)就是指里面定义的Runnable运行体会调用运行并等待结果返回,是同步的。

下面用两个例子来展示他们的区别：

（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中被执行的，所以一定会等待doHelloWorld方法的执行并返回，即”Hello World on”一定会在”Finished on”前显示出来。

（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中被执行的，因而“Finished on”有可能出现在其他信息的前面比如”Hello World On”。

参考资料：

(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

浅析Swing线程模型和EDT

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