Multithreading: Threads in grafischen Oberflächen

Sehen wir uns einmal kurz ein Programm an, das du ganz am Anfang in Java geschrieben haben könntest: Mit der Konsole eine Grundrechenoperation auf zwei positive ganze Zahlen anwenden.

package post06;


import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;


public class Grundrechnung {
	public static void main(String[] args) throws IOException {
		System.out.print("Gib eine Rechnung ein: ");
		//Liest eine einzeilige Eingabe von der Konsole
		String s = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)).readLine();
		//Der reguläre Ausdruck [*+/-] entspricht dem einmaligen Auftauchen eines der
		//in eckigen Klammern aufgelisteten Zeichen. Das Bedeutet, dass split die beiden
		//Zahlen, aber nicht den Operator zurückgibt. Wegen "-" sind negative Zahlen
		//nicht möglich.
		String[] parts = s.split("[*+/-]");
		if(parts.length != 2) {
			System.err.println("Rechnung falsch");
			return;
		}
		//Den Operator erhält man, in dem man das Zeichen direkt nach der ersten Zahl nimmt.
		char operator = s.charAt(parts[0].length());
		
		int zahl1 = Integer.parseInt(parts[0]);
		int zahl2 = Integer.parseInt(parts[1]);
		
		switch(operator) {
			case '+':
				System.out.println("Das Ergebnis: " + (zahl1 + zahl2));
			break;
			case '-':
				System.out.println("Das Ergebnis: " + (zahl1 - zahl2));
			break;
			case '*':
				System.out.println("Das Ergebnis: " + (zahl1 * zahl2));
			break;
			case '/':
				if(zahl2 == 0) System.err.println("Division durch 0!");
				else System.out.println("Das Ergebnis: " + (zahl1 / zahl2));
			break;
			default:
				System.err.println("Unzulässiger Operator");
			break;
		}
	}
}

Der Ablauf ist hier ganz klar, in der Reihenfolge, in der die Anweisungen im Sourcecode auftauchen. Jetzt nehmen wir das GUI-Beispiel vom letzten mal.
Übersichtlich ist es auch: Wenn man auf den Button drückt, wird das Element hinzugefügt. Allerdings ist aus dem von uns geschriebenen Code nicht ersichtlich, wie dieses wenn zustande kommt.

Sicherlich hast du auch schon eine Fehlermeldung in so einem Programm gesehen:

Exception in thread "AWT-EventQueue-0" java.lang.NullPointerException
at post06.EditListener.actionPerformed(EditListener.java:25)
at javax.swing.JTextField.fireActionPerformed(JTextField.java:492)
at javax.swing.JTextField.postActionEvent(JTextField.java:705)
at javax.swing.JTextField$NotifyAction.actionPerformed(JTextField.java:820)
at javax.swing.SwingUtilities.notifyAction(SwingUtilities.java:1636)
at javax.swing.JComponent.processKeyBinding(JComponent.java:2849)
at javax.swing.JComponent.processKeyBindings(JComponent.java:2884)
at javax.swing.JComponent.processKeyEvent(JComponent.java:2812)
at java.awt.Component.processEvent(Component.java:5993)
at java.awt.Container.processEvent(Container.java:2041)
at java.awt.Component.dispatchEventImpl(Component.java:4583)
at java.awt.Container.dispatchEventImpl(Container.java:2099)
at java.awt.Component.dispatchEvent(Component.java:4413)
at java.awt.KeyboardFocusManager.redispatchEvent(KeyboardFocusManager.java:1848)
at java.awt.DefaultKeyboardFocusManager.dispatchKeyEvent(DefaultKeyboardFocusManager.java:704)
at java.awt.DefaultKeyboardFocusManager.preDispatchKeyEvent(DefaultKeyboardFocusManager.java:969)
at java.awt.DefaultKeyboardFocusManager.typeAheadAssertions(DefaultKeyboardFocusManager.java:841)
at java.awt.DefaultKeyboardFocusManager.dispatchEvent(DefaultKeyboardFocusManager.java:668)
at java.awt.Component.dispatchEventImpl(Component.java:4455)
at java.awt.Container.dispatchEventImpl(Container.java:2099)
at java.awt.Window.dispatchEventImpl(Window.java:2475)
at java.awt.Component.dispatchEvent(Component.java:4413)
at java.awt.EventQueue.dispatchEvent(EventQueue.java:599)
at java.awt.EventDispatchThread.pumpOneEventForFilters(EventDispatchThread.java:269)
at java.awt.EventDispatchThread.pumpEventsForFilter(EventDispatchThread.java:184)
at java.awt.EventDispatchThread.pumpEventsForHierarchy(EventDispatchThread.java:174)
at java.awt.EventDispatchThread.pumpEvents(EventDispatchThread.java:169)
at java.awt.EventDispatchThread.pumpEvents(EventDispatchThread.java:161)
at java.awt.EventDispatchThread.run(EventDispatchThread.java:122)

Das ist die sogenannte "Stack Trace" der Exception: Die genaue Abfolge von Methodenaufrufen, die dazu geführt hat, dass die Exception aufgetreten ist.
Ganz oben steht in diesem Fall unsere Methode:

at post06.EditListener.actionPerformed(EditListener.java:25)

Das ist die Methode die die Exception geworfen hat. Direkt darunter steht die Methode, die unsere aufgerufen hat usw.

Im Gegensatz dazu einfach eine falsche Eingabe in dem neuen Beispiel ("a+1"):

Exception in thread "main" java.lang.NumberFormatException: For input string: "a"
at java.lang.NumberFormatException.forInputString(NumberFormatException.java:48)
at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:447)
at java.lang.Integer.parseInt(Integer.java:497)
at post06.Grundrechnung.main(Grundrechnung.java:27)

Ich nehme mal an, dass ihr gesehen habt, worum es geht: Im oberen Fall ist der thread "AWT-EventQueue-0", im unteren "main". main bezieht sich einleuchtenderweise auf unsere main-Methode, die das Programm startet. Das sieht man auch in der Stack Trace: Die unterste Methode, die Methode, die alle anderen aufgerufen hat, ist die main-Methode.

alle anderen Methoden werden in main aufgerufen. Erst, wenn die Methode fertig ist, wird die nächste aufgerufen. Die Reihenfolge ist fix.

Aber was ist mit der anderen Stack Trace?

   at java.awt.EventDispatchThread.run(EventDispatchThread.java:122)

Die unterste Methode ist nicht die main-Methode! Das bedeutet, dass unsere GUI einen eigenen, unabhängigen Programmablauf hat:

Auch in unserer GUI-Anwendung gibt es eine main-Methode, aber alles, was in der GUI passiert (z.B. die actionPerformed-Methode unseres Listeners), passiert in einem separaten Thread: Diese Dinge können gleichzeitig und unabhängig zum main-Thread passieren.

Das war eine ziemlich lange Einführung für das Thema. Was ich zeigen wollte ist:

• Mit mehreren Threads können mehrere Aufgaben gleichzeitig ablaufen
• Auch, wenn du es nicht gewusst hast, hast du sicher schon lange mit Threads gearbeitet
• Swing (mit AWT zusammen) verwendet einen eigenen Thread dafür, dass die Benutzereingaben zu deinem Programm gelangen
• Das ist notwendig, weil Benutzereingaben großteils warten bedeutet: Warten, bis eine Taste oder ein Button gedrückt wurde. Und warten braucht Zeit.
• Ohne eigenen Thread könntest du in deinem Programm keine Sachen im Hintergrund machen, während die GUI angezeigt wird.

Das gilt aber auch in die andere Richtung: wenn deine actionPerformed-Methode eine Aufgabe ausführt, die sehr lange benötigt (Suche im Dateisystem, Netzwerkarbeit, Grafikoperationen, ...), dann blockiert die Methode den Swing-Thread.
Innerhalb des Threads gibt es, genau so wie im main-Thread, eine fixe Reihenfolge der Methodenaufrufe. Solange deine actionPerformed-Methode nicht abläuft, kann Swing keine Events bearbeiten. Das sieht dann so aus, dass deine Anwendung nicht reagiert.

Für heute war das lang genug, ein paar Praxisbeispiele machen wir später ;)