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多线程在JAVA ME应用程序中的使用

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多线程技术是JAVA ME中的关键技术，应用十分频繁，尤其是在游戏中。但是对于新手来说，又容易忽略或错误的使用多线程，导致程序堵塞，而无法响应用户的输入请求。

作者：中国IT实验室 来源：中国IT实验室 2007年8月28日

关键字： JavaME 多线程

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   多线程技术是JAVA ME中的关键技术，应用十分频繁，尤其是在游戏中。但是对于新手来说，又容易忽略或错误的使用多线程，导致程序堵塞，而无法响应用户的输入请求。
    由于笔者对于游戏开发不是十分了解，所以本文将仅就多线程技术在JAVA ME应用程序中的使用展开讨论。本文主要包含如下部分：
  •          多线程与联网
  •          多线程与拍照
  •          Timer与TimerTask

多线程与联网

   手机中，所有的MIDlet程序都是由Application Manager Software（AMS）管理的。当MIDlet初始化后，AMS就会调用MIDlet的startApp()方法，此时MIDlet就进入了Acitive状态。在JAVA ME中有些操作可能会导致程序堵塞，比如连接网络等。如果这些操作与主程序在同一个主线程中完成，那么由于堵塞会造成程序长时间无法返回，也就无法响应用户的其他操作了。所以，如果我们在commandAction()中进行了联网的操作，则会造成如上所述的情况。
   下面，将通过一个例子来演示如上的情况，并使用多线程最终解决此问题。这是一个“Echo Message”实例，手机端向服务器端发送一条消息，服务器得到此消息后直接返回给手机端。
   首先，创建一个NetworkConnection类来封装联网相关的操作，这样，MIDlet中只需调用此类中的方法就可以完成联网的操作。代码如下：


以下是引用片段：
/*
 * NetworkConnection.java
 *
 * Created on 2006年7月20日, 下午2:54
 *
 */
package nju.hysteria.thread.connection;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.IOException;
import javax.microedition.io.Connector;
import javax.microedition.io.HttpConnection;
/**
 *
 * @author Magic
 */
public class NetworkConnection {
    private static final String URL = "http://localhost:8080/thread/";
    private HttpConnection httpConnection;
    private String message;
    
    public NetworkConnection(String message) {
        this.message = message;
        connect();
    }
    
    /**
     * Connect to web server.
     *
     */
    public void connect(){
        try {
            httpConnection = (HttpConnection) Connector.open(URL);
            httpConnection.setRequestMethod(HttpConnection.POST);
        } catch (IOException ex) {
            System.out.println("Can not open connection!");
            ex.printStackTrace();
        }
    }
    
    
    /**
     * Send message to server.
     * @throws java.io.IOException 
     */
    public void sendMessage() throws IOException{
        DataOutputStream out = httpConnection.openDataOutputStream();
        out.writeUTF(message);
        out.close();
    }
    
    /**
     * Receive message from server.
     * @throws java.io.IOException 
     * @return 
     */
    public String receiveMessage() throws IOException {
        DataInputStream in = httpConnection.openDataInputStream();
        String message = in.readUTF();
        in.close();
        return message;
    }
    
    /**
     * Close connection.
     */
    public void close(){
        if(httpConnection!=null){
            try {
                httpConnection.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
}
    构造函数的参数是将要被发送的消息。服务器端的代码在此不再列出，详细请见本文的源代码。
    接着，我们写一个MIDlet调用类中的方法。MalConnectionMidlet在commandAction()方法中直接调用NetworkConnection中的方法，而没有重新创建一个线程。代码如下：

以下是引用片段：
/*
 * MalConnectionMidlet.java
 *
 * Created on 2006年7月20日, 下午2:53
 */
package nju.hysteria.thread.connection;
import java.io.IOException;
import javax.microedition.midlet.*;
import javax.microedition.lcdui.*;
/**
 *
 * @author  Magic
 * @version
 */
public class MalConnectionMidlet extends MIDlet implements CommandListener {
    private Display display;
    private TextBox text;
    private Command showCommand;
    
    public MalConnectionMidlet(){
        display = Display.getDisplay(this);
        text = new TextBox("Message","请使用‘问候’命令发送消息",100,TextField.ANY);
        showCommand = new Command("问候",Command.SCREEN,1);
        text.addCommand(showCommand);
        text.setCommandListener(this);
    }
    
    public void startApp() {
        display.setCurrent(text);
    }
    
    public void pauseApp() {
    }
    
    public void destroyApp(boolean unconditional) {
    }
    public void commandAction(Command command, Displayable displayable) {
        if(command==showCommand){
            /**
             *  在当前的线程中直接进行联网操作，造成程序堵塞。
       */
            String message = null;
            
            NetworkConnection connection = new NetworkConnection("Hello World");
            try {
                connection.sendMessage();
                message = connection.receiveMessage();
                connection.close();
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
            text.setString(message);
        }
    }
}
    当用户按下“问候”命令时，就会向服务器发送“Hello World”的消息，然后再得到服务器返回的消息，并显示在TextBox中。
    运行程序，如图1所示。当用户按下“问候”命令后，程序就僵死了，并在Console窗口中得到如下警告：

    图1

以下是引用片段：
Warning: To avoid potential deadlock, operations that may block, such as 
 networking, should be performed in a different thread than the 
 commandAction() handler.

    这就是因为没有使用多线程造成的。下面，就来看看如何使用多线程来解决此问题。

 

[NextPage]


    新建类NetworkThread，它继承在Thread，并将原先commandAction()中发送，接受消息的操作移到此类中完成。代码如下：


以下是引用片段：
/*
 * NetworkThread.java
 *
 * Created on 2006年7月20日, 下午4:16
 *
 */
package nju.hysteria.thread.connection;
import java.io.IOException;
import javax.microedition.lcdui.TextBox;
/**
 *
 * @author Magic
 */
public class NetworkThread extends Thread {
    private NetworkConnection connection;
    private TextBox text;
    
    public NetworkThread(TextBox text) {
        super();
        this.text = text;
    }
    public void run() {
        String message = null;
            
        connection = new NetworkConnection("Hello World");
        try {
            connection.sendMessage();
            message = connection.receiveMessage();
            connection.close();
        } catch (IOException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        text.setString(message);
    }
    
}
    同时，修改原先的MIDlet，得到新的MIDlet：

以下是引用片段：
/*
 * ConnectionMidlet.java
 *
 * Created on 2006年7月20日, 下午2:53
 */
package nju.hysteria.thread.connection;
import java.io.IOException;
import javax.microedition.midlet.*;
import javax.microedition.lcdui.*;
/**
 *
 * @author  Magic
 * @version
 */
public class ConnectionMidlet extends MIDlet implements CommandListener {
    private Display display;
    private TextBox text;
    private Command showCommand;
    
    public ConnectionMidlet(){
        display = Display.getDisplay(this);
        text = new TextBox("Message","请使用‘问候’命令发送消息",100,TextField.ANY);
        showCommand = new Command("问候",Command.SCREEN,1);
        text.addCommand(showCommand);
        text.setCommandListener(this);
    }
    
    public void startApp() {
        display.setCurrent(text);
    }
    
    public void pauseApp() {
    }
    
    public void destroyApp(boolean unconditional) {
    }
    public void commandAction(Command command, Displayable displayable) {
        if(command==showCommand){
            /**
             * 创建新的线程完成联网操作
             */
            (new NetworkThread(text)).start();
        }
    }
}
    此时，在commandAction()中，我们创建了新的线程来完成消息的发送和接受。运行程序，可以成功接受到返回的消息，如图2所示。

  图2

多线程与拍照

    同样，在移动多媒体API（JSR 135）的使用过程中也需要应用到多线程。利用手机摄像头拍照的操作也会引起的堵塞，因此当在commandAction()中调用拍照操作时，若未开辟新线程来处理，同样也会造成程序没有响应。让我们通过一个例子来观察一下吧。
    这是一个很简单的摄像头程序，首先程序将会调用摄像头取景，然后当用户按下“拍照”命令后就捕捉当前的画面并显示给用户。图3是程序的UML类图。

  图3

    MalCameraMidlet和CameraMidlet分别是错误和正确的MIDlet，它们都创建一个CameraView(用于显示摄像头画面）的对象，唯一的不同在于前者创建MalCamera的对象，后者创建Camera的对象（MalCamera和Camera都是CameraView的子类）。SnapShot则是将摄像头捕捉到的图像显示给用户的类。
    首先，我们还是来看一下未使用多线程，而造成程序没有响应的情况。如下是MalCameraMidlet类的代码，其中保存着一个指向CameraView的引用，并在startApp()中创建了MalCamera对象。

以下是引用片段：
/**
 * MalCameraMidlet.java
 * 
 */
package nju.hysteria.thread.camera;
import javax.microedition.lcdui.Display;
import javax.microedition.midlet.MIDlet;
/**
 * This MIDlet create the mal camera view, so the program
 * will block after calling Capture command.
 * @author Magic
 *
 */
public class MalCameraMidlet extends MIDlet {
 protected Display display;
 private CameraView camera;
 
 public MalCameraMidlet() {
  super();
  display = Display.getDisplay(this);
 }
 protected void startApp() {
  camera = new MalCamera(this);
  display.setCurrent(camera);
 }
 
       /**
        * Show current camera.
        */
 public void showCamera(){
  display.setCurrent(camera);
 }
 
 protected void pauseApp() {
 }
 protected void destroyApp(boolean arg0) {
 }
}
    CameraView是一个抽象类，是两个显示Camera的类的父类。它负责显示Camera，并将commandAction()方法留给子类实现，代码如下：

以下是引用片段：
/**
 * CameraView.java
 */
package nju.hysteria.thread.camera;
import java.io.IOException;
import javax.microedition.lcdui.Command;
import javax.microedition.lcdui.CommandListener;
import javax.microedition.lcdui.Displayable;
import javax.microedition.lcdui.Form;
import javax.microedition.lcdui.Item;
import javax.microedition.media.Manager;
import javax.microedition.media.MediaException;
import javax.microedition.media.Player;
import javax.microedition.media.control.VideoControl;
import javax.microedition.midlet.MIDlet;
/**
 * This is an abstract class, which display camera to user.
 * @author Magic
 *
 */
public abstract class CameraView extends Form implements CommandListener {
 protected MIDlet midlet;
 protected Player player;
 protected VideoControl vc;
 protected Command exitCommand;
 protected Command captureCommand;
 
 protected CameraView(MIDlet midlet){
  super("照相");
  this.midlet = midlet;
  
  exitCommand = new Command("退出",Command.EXIT,0);
  captureCommand = new Command("拍照",Command.SCREEN,1);
  
  addCommand(exitCommand);
  addCommand(captureCommand);
  
  setCommandListener(this);
  
  /**
   * Create camera player and control.
   */
  try {
   player = Manager.createPlayer("capture://video");
   player.realize();
   
   vc = (VideoControl)player.getControl("VideoControl");
   append((Item)vc.initDisplayMode(VideoControl.USE_GUI_PRIMITIVE,null));
   player.start();
  } catch (IOException e) {
   e.printStackTrace();
  } catch (MediaException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }
 
 public abstract void commandAction(Command cmd,Displayable displayable);
}

 

[NextPage]

    MalCamera和Camera都继承了CameraView类，并分别实现了commandAction()方法。先来看一下MalCamera：


以下是引用片段：
/**
 * MalCamera.java
 */
package nju.hysteria.thread.camera;

import javax.microedition.lcdui.Command;
import javax.microedition.lcdui.Displayable;
import javax.microedition.media.MediaException;
import javax.microedition.midlet.MIDlet;
/**
 * This class display the mal camera. In commandAction(),
 * for capture command, just get the data without create a 
 * new thread, and thus cause program blocked.
 * @author Magic
 *
 */
public class MalCamera extends CameraView {

 
 public MalCamera(MIDlet midlet){
  super(midlet);
 }
 
 public void commandAction(Command cmd, Displayable displayable) {
  if(cmd==exitCommand){
   try {
    player.stop();
   } catch (MediaException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   player.close();
   ((MalCameraMidlet)midlet).destroyApp(false);
   midlet.notifyDestroyed();
  }else if(cmd==captureCommand){
   // Do not handle in a new thread.
   try {
    byte[] data = vc.getSnapshot(null);
    new SnapShot(midlet,data);
   } catch (MediaException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
 }
}
    其中SnapShot是显示捕捉到的图像的界面，详细请看文后的源代码，这里不再赘述。
    现在运行MalCameraMidlet，按下“拍照”命令后，出现询问是否记录图像的提示，但是，当你按下Yes后程序就再也没有响应了，如图4所示。

  图4

    查看控制台窗口，得到如下提示：

以下是引用片段：
Warning: To avoid potential deadlock, operations that may block, such as 
 networking, should be performed in a different thread than the 
 commandAction() handler.

    同样，还是由于没有创建新的线程进行处理的原因。下面，我们就把处理的代码放到新的线程中来完成，看看情况如何。如下是修改过的MalCamera代码，Camera.java:

以下是引用片段：
/**
 * Camera.java
 */
package nju.hysteria.thread.camera;
import javax.microedition.lcdui.Command;
import javax.microedition.lcdui.Displayable;
import javax.microedition.media.MediaException;
import javax.microedition.midlet.MIDlet;
/**
 * This class displays camera. And do the right thing 
 * for capture command, putting code in a new thread.
 * @author Magic
 *
 */
public class Camera extends CameraView {
 public Camera(MIDlet midlet){
  super(midlet);
 }
 
 public void commandAction(Command cmd, Displayable displayable) {
  if(cmd==exitCommand){
   try {
    player.stop();
   } catch (MediaException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   player.close();
   ((CameraMidlet)midlet).destroyApp(false);
   midlet.notifyDestroyed();
  }else if(cmd==captureCommand){
   // Handle in a new thread.
   new Thread(){
    public void run(){
     try {
      byte[] data = vc.getSnapshot(null);
      new SnapShot(midlet,data);
     } catch (MediaException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   }.start();
  }
 }
}
    同样，我们也需要在MIDlet中创建Camera的对象，而不是MalCamera。CameraMidlet的代码如下：

以下是引用片段：
/**
 * CameraMidlet.java
 */
package nju.hysteria.thread.camera;
import javax.microedition.lcdui.Display;
import javax.microedition.midlet.MIDlet;
/**
 * The correct MIDlet.
 * @author Magic
 *
 */
public class CameraMidlet extends MIDlet {
 protected Display display;
 private CameraView camera;
 
 public CameraMidlet() {
  super();
  display = Display.getDisplay(this);
 }
 protected void startApp() {
  camera = new Camera(this);
  display.setCurrent(camera);
 }
       /**
        * Show current camera.
        */
 public void showCamera(){
  display.setCurrent(camera);
 }
 
 protected void pauseApp() {
 }
 protected void destroyApp(boolean arg0) {
 }
}
    运行CameraMidlet，按下“拍照”命令，这次程序没有堵塞，我们可以得到捕捉到的图片。如图5所示：

  图5

 

[NextPage]

Timer与TimerTask

    联网和拍照这两种情况都需要程序员创建新的线程来完成任务，并且这种做法对于程序员来说是显式的，即通过直接使用Thread类或Runnable接口来直接创建新线程。在MIDP的API中同样提供了隐式的方式来创建新线程，以方便程序员的编程。这就是TimerTask类，它实现了Runnable接口，用户只需创建一个继承它的类，并且实现run()方法，以此来创建新线程，而无需显示的继承Thread或Runnable。
    当然，TimerTask的优点不仅于此，从它的名字来看，可以认为它是一个在特定时间执行的任务。run()方法中代码就是这任务，那么怎么控制其在特定时间执行呢？这就需要Timer这个类的帮助了。顾名思义，Timer是一个定时器，通过调用它的多个schedule(...)方法中的一个，可以控制在特定的时间，或每隔一定时间执行TimerTask。具体的方法介绍请看JDK文档。
    TimerTask和Timer经常一起使用，比如在显示时间，倒计时和显示欢迎界面时会经常用到。下面，就通过一个实例来介绍这两个的用法。
    这是一个计时的程序，程序从0秒开始，用户可以随时暂停或继续计时。程序是通过Timer和TimerTask来完成的，包含三个类：ClockMidlet，ClockCanvas和Clock。首先来看一下本程序最主要的类ClockCanvas：


以下是引用片段：
/**
 * ClockCanvas.java
 */
package nju.hysteria.thread.clock;
import java.util.Timer;
import javax.microedition.lcdui.Canvas;
import javax.microedition.lcdui.Command;
import javax.microedition.lcdui.CommandListener;
import javax.microedition.lcdui.Displayable;
import javax.microedition.lcdui.Font;
import javax.microedition.lcdui.Graphics;
/**
 * This class display time to user, and also start the timer
 * to update time each second.
 * @author Magic
 *
 */
public class ClockCanvas extends Canvas implements CommandListener {
 private ClockMidlet midlet;
 private Command exitCommand;
 private Command stopCommand;
 private Command resumeCommand;
 private long second;
 private int x;
 private int y;
 
 // Timer
 private Timer timer;
 
 public ClockCanvas(ClockMidlet midlet){
  this.midlet = midlet;
  exitCommand = new Command("退出",Command.EXIT,0);
  stopCommand = new Command("停止",Command.SCREEN,1);
  resumeCommand = new Command("继续",Command.SCREEN,1);
  
  addCommand(exitCommand);
  addCommand(stopCommand);
  setCommandListener(this);
  
  second = 0;
  x = getWidth()/2 - 10;
  y = getHeight()/2 - 10;
  
  // Create timer and start it.
  timer = new Timer();
  timer.schedule(new Clock(this),0,1000);
 }
 
 /**
  * Add one second.
  *
  */
 public void addSecond(){
  second++;
 }
 
 protected void paint(Graphics g) {
  g.setColor(0,0,0);
  g.fillRect(0,0,getWidth(),getHeight());
  g.setColor(255,0,0);
  g.setFont(Font.getFont(Font.FACE_SYSTEM,Font.STYLE_PLAIN,Font.SIZE_LARGE));
  // Draw second.
  g.drawString(String.valueOf(second),x,y,Graphics.LEFT|Graphics.TOP);
 }
 public void commandAction(Command cmd, Displayable displayable) {
  if(cmd==exitCommand){
   timer.cancel();
   midlet.destroyApp(false);
   midlet.notifyDestroyed();
  }else if (cmd==stopCommand){
   timer.cancel();
   removeCommand(stopCommand);
   addCommand(resumeCommand);
  }else if (cmd==resumeCommand){
   timer = null;
   timer = new Timer();
   timer.schedule(new Clock(this),0,1000);
   removeCommand(resumeCommand);
   addCommand(stopCommand);
  }
 }
}
    ClockCanvas继承了Canvas，用来向用户显示当前的秒数。注意构造函数中黑体的代码，创建了Timer，并且调用schedule()方法来设定运行任务的时间，第一个参数是TimerTask的对象，这里是Clock，它继承了TimerTask，我们将稍后讨论；第二个参数是运行的延迟，这里为0，也就是立刻执行；第三个参数是连续运行的时间间隔，这里为1000毫秒，也就是每隔1秒钟更新界面。
    注意commandAction()方法，在处理“停止”命令时，需要停止计时，此处调用timer.cancle()来取消计时器，所以界面将停止更新；当按下“继续”命令后，又需要继续开始计时，所以我们重新创建了Timer，因为原来的已经取消了，是不可用的了。
    接着就来看看Clock是如何来工作的，代码如下：

以下是引用片段：
/**
 * Clock.java
 */
package nju.hysteria.thread.clock;
import java.util.TimerTask;
/**
 * Update the time.
 * @author Magic
 *
 */
public class Clock extends TimerTask {
 private ClockCanvas canvas;
 
 public Clock(ClockCanvas canvas){
  this.canvas = canvas;
 }
 
 public void run() {
  canvas.addSecond();
  canvas.repaint();
 }
}

   非常简单，在run()方法中就是调用了ClockCanvas类中addSencond()方法来增加时间，同时调用repaint()来更新界面。从表面上看几乎没有多线程的痕迹，其实创建Timer的时候就相当于在后台创建了一个新的线程，它控制着TimerTask的执行，因此对于秒数的增加是在另一个线程的完成的，而主线程只负责更新显示。
   在加上下面的ClockMidlet就可以运行程序了。

以下是引用片段：
/**
 * ClockMidlet.java
 */
package nju.hysteria.thread.clock;
import javax.microedition.lcdui.Canvas;
import javax.microedition.lcdui.Display;
import javax.microedition.midlet.MIDlet;
/**
 * Clock MIDlet.
 * @author Magic
 *
 */
public class ClockMidlet extends MIDlet {
 private Display display;
 private Canvas clockCanvas;
 
 public ClockMidlet() {
  super();
  display = Display.getDisplay(this);
 }
 protected void startApp(){
  clockCanvas = new ClockCanvas(this);
  display.setCurrent(clockCanvas);
 }
 protected void pauseApp() {
 }
 protected void destroyApp(boolean arg0) {
 }
}
   运行程序，将以秒为单位进行计时，如图6所示：

  图6

总  结

    以上介绍了多线程技术在联网，拍照中的应用，以及MIDP自带的TimerTask和Timer的使用方法。在实际编程过程中会遇到更多的使用多线程的情况，比如播放背景音乐等，但基本方法都是如此，这里不再赘述了。
    由于笔者水平有限，以上论述只是蜻蜓点水，未能深入讨论多线程的使用，特别是防止死锁，以及wait()/notify()的使用。

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