浅析SwingWorker

        正确理解和使用Swing线程模型编程是编写响应灵活的Swing程序的关键。从Java SE 6开始引进的SwingWorker能帮你轻松的编写多线程Swing程序，改善你Swing程序的结构，提高界面响应的灵活性。SDN(Sun developer Network)上有一篇很好的文章：Improve Application Performance With SwingWorker in Java SE 6详细演示了如何使用SwingWorker改善Swing应用程序。把它翻译过来同大家共享。

摘要

        桌面应用程序员常见的错误是误用Swing事件调度线程（Event Dispatch Thread, EDT)。他们要么从非UI线程访问UI组件，要么不考虑事件执行顺序，要么不使用独立任务线程而在EDT线程上执行耗时任务，结果使编写的应用程序变得响应迟钝、速度很慢。耗时计算和输入/输出(IO)密集型任务不应放在Swing EDT上运行。发现这种问题的代码并不容易，但Java SE 6提供了javax.swing.SwingWorker类，使修正这种代码变得更容易。
        本文演示了一个使用SwingWorker类创建和管理任务线程的例子，描述了如何避免编写运行缓慢、感觉迟钝、容易失去响应的用户界面。这个演示例子叫Image Search，它展示了如何使用SwingWorker API来和网站Flickr进行交互、搜索并下载图像。
        如果需要理解Swing Ui的基本概念，包括事件处理和侦听等UI编程，可以参照前面的文章，或从Sun官方网站下载阅读Java教程的Swing部分。
演示程序介绍
        Image Search执行的耗时任务是访问Flickr网站服务，该任务不应该在EDT上执行。Image Search程序搜索Flickr站点，搜索匹配用户输入的查询条件的图像，下载匹配图形的缩略图。当用户从缩略图列表中选择某缩略图时，它将下载该图的原始图片。该演示程序使用SwingWorker类作为任务线程，从而避免了在EDT上执行这些耗时任务。
        当用户输入查询条件时，程序在Flickr网站请求一个图像查询。如果有符合查询条件的图像，程序下载上限为100个的缩略图像。可以修改程序改变下载图像的数目。搜索和下载图像的同时，有一进度条显示搜索进度。图1显示了查询字段和进度条：

图1，搜索图像并显示下载进度
        每当程序成功下载一个缩略图片后，就添加到一个JList组件中，图片从Flickr站点到达后就被添加列表中。程序使用SwingWorker的一个实例，程序能在每个图片到达时添加到列表，而不用等待所有的图片都到达。图2显示列表中的图片：

图2匹配缩略图的列表
        当从列表选择一个图片，程序将下载该图片的原始图片，并显示在列表的下面。当大图片下载时，另一进度条将显示下载进度。图3显示列表和图片下载进度条。

图3选中缩略图下载大图片
        最后，当所有图片数据下载完毕后，程序在列表下方显示图片。
        程序使用SwingWorker来完成所有图片搜索和下载任务。另外，程序还演示了如何取消任务，如何在任务完成之前获得即时结果。该程序有两个SwingWorker的子类：ImageSearcher和ImageRetriever。ImageSearcher类负责搜索和获取图片列表中的缩略图，ImageRetriever类负责用户从列表选择时下载原始版本的图片。本文用这个类来描述SwingWorker类的主要功能。图4显示程序的整个外观。

 

图4使用SwingWorkere类创建响应灵活程序界面

回顾Swing线程基础
        一个Swing程序中一般有下面三种类型的线程：
    * 初始化线程(Initial Thread)
    * UI事件调度线程(EDT)
    * 任务线程(Worker Thread)
        每个程序必须有一个main方法，这是程序的入口。该方法运行在初始化或启动线程上。初始化线程读取程序参数并初始化一些对象。在许多Swing程序中，该线程主要目的是启动程序的图形用户界面(GUI)。一旦GUI启动后，对于大多数事件驱动的桌面程序来说，初始化线程的工作就结束了。
        Swing程序只有一个用EDT，该线程负责GUI组件的绘制和更新，通过调用程序的事件处理器来响应用户交互。所有事件处理都是在EDT上进行的，程序同UI组件和其基本数据模型的交互只允许在EDT上进行，所有运行在EDT上的任务应该尽快完成，以便UI能及时响应用户输入。
        Swing编程时应该注意以下两点：
1.从其他线程访问UI组件及其事件处理器会导致界面更新和绘制错误。
2.在EDT上执行耗时任务会使程序失去响应，这会使GUI事件阻塞在队列中得不到处理。
3.应使用独立的任务线程来执行耗时计算或输入输出密集型任务，比如同数据库通信、访问网站资源、读写大树据量的文件。
        总之，任何干扰或延迟UI事件的处理只应该出现在独立任务线程中；在初始化线程或任务线程同Swing组件或其缺省数据模型进行的交互都是非线程安全性操作。
        SwingWorker类帮你管理任务线程和Swing EDT之间的交互，尽管SwingWorker不能解决并发线程中遇到的所有问题，但的确有助于分离Swing EDT和任务线程，使它们各负其责：对于EDT来说，就是绘制和更新界面，并响应用户输入；对于任务线程来说，就是执行和界面无直接关系的耗时任务和I/O密集型操作。

使用合适线程

        初始化线程运行程序的main方法，该方法能处理许多任务。但在典型的Swing程序中，其主要任务就是创建和运行应用程序的界面。创建UI的点，也就是程序开始将控制权转交给UI时的点，往往是同EDT交互出现问题的第一个地方。
        Image Search示例的主类是MainFrame，从其main方法启动。许多程序使用下面方法启动界面，但这是错误的启动UI界面的方法：
public class MainFrame extends javax.swing.JFrame {
  ...

  public static void main(String[] args) {
    new MainFrame().setVisible(true);
  }
}
        尽管这种错误出现在开始，但仍然违反了不应在EDT外的其他线程同Swing组件交互的原则。这个错误尤其容易犯，线程同步问题虽然不是马上显示出来，但是还要注意避免这样书写。
        正确启动UI界面应该如下：

public class MainFrame extends javax.swing.JFrame {
  ...

  public static void main(String[] args) {
    SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
      public void run() {
        new MainFrame().setVisible(true);
      }
    });
  }
}
        使用NetBeans IDE的开发者应该对这段代码很熟悉，NetBeans通常会自动生成这段代码。这段启动代码虽然和SwingWorker没有直接关系，但是这个编程范式很重要。SwingUtilities类包含一些静态方法帮你同UI组件交互，其中invokeLater方法意思是在EDT上执行其Runnable任务。Runnable接口定义了可作为独立线程执行的任务。
        在初始化线程中使用invokeLater方法能正确的初始化程序界面。就像前面文章所提到的，此方法是异步执行的，也就是说调用会立即返回。创建界面后，大部分初始化线程基本上就结束了。
        通常有两种办法调用此方法：
    * SwingUtilities.invokeLater
    * EventQueue.invokeLater
        两个方法都是正确的，选择任何一个都可以。实际上，SwingUtilities版只是一个薄薄的封装方法，它直接转而调用EventQueue.invokeLater。因为Swing框架本身经常调用SwingUtilities，使用SwingUtilities可以减少程序引入的类。
        另种将任务放到EDT执行的方法是SwingUtilities.invokeAndWait，不像invokeLater，invokeAndWait方法是阻塞执行的，它在EDT上执行Runnnable任务，直到任务执行完了，该方法才返回调用线程。
        invokeLater和invokeAndWait都在事件派发队列中的所有事件都处理完之后才执行它们的Runnable任务，也就是说，这两个方法将Runnable任务放在事件队列的末尾。
        注意：虽然可以在其他线程上调用invokeLater，也可以在EDT上调用invokeLater，但是千万不要在EDT线程上调用invokeAndWait方法！很容易理解，这样做会造成线程竞争，程序就会陷入死锁。

将EDT线程仅用于GUI任务

        Swing框架负责管理组件绘制、更新以及EDT上的线程处理。可以想象，该线程的事件队列很繁忙，几乎每一次GUI交互和事件都是通过它完成。事件队列的上任务必须非常快，否则就会阻塞其他任务的执行，使队列里阻塞了很多等待执行的事件，造成界面响应不灵活，让用户感觉到界面响应速度很慢，使他们失去兴趣。理想情况下，任何需时超过30到100毫秒的任务不应放在EDT上执行，否则用户就会觉察到输入和界面响应之间的延迟。
        幸运的是，不会仅仅因为有复杂的任务、计算或输入输出密集任务需要作为GUI事件处理任务执行，Swing的性能就要有所降低。毕竟有许多桌面程序执行耗时任务，比如处理电子表格公式、跨越网络查询数据库、通过Internet向其他程序发送信息。即使有这些任务，界面仍然可以让用户感觉到响应灵活、快捷。编写响应灵活的程序需要创建和管理独立于EDT的线程。
        在Image Search程序中，有两个事件如果完全在EDT上处理就会降低界面的响应速度：图像搜索处理和选中图片下载处理。
        两个事件处理都要访问Web服务，这些服务通常要许多秒后才能响应，在此期间，如果程序在EDT上进行Web服务交互，用户就不能取消搜索或者同界面交互，像这两种都不应该在EDT上运行。
        图5显示了在A和B点之间，EDT不能处理UI事件，AB两点之间代表了程序访问Flickr网站Web服务的IO操作时间：

图5. 在执行Web服务期间EDT不能响应UI事件

        javax.swing.SwingWorker类是Java SE 6中新出现的类，使用SwingWorker，程序能启动一个任务线程来异步查询，并马上返回EDT线程。图6显示了使用SwingWorker后，事件处理立即返回，允许EDT继续执行后续的UI事件。

图6.使用任务线程，程序能够在避免在EDT上执行I/O密集型任务

（待续）