J2ME中多線程網路連接編程的分析

編程|多線程|網路 　　 摘 要 介紹並分析了J2ME的通用網路連接架構（GCF），並以此為基礎，指出了在J2ME網路連接編程中存在的問題，並提出了通過構建多線程的兩種解決方案。

　　 關鍵詞 J2ME GCF多線程 網路連接

　　 引言
　
　　J2ME(Java 2 Micro Edition)是Java 2的一個組成部分，它與J2SE、J2EE並稱。J2ME是一種高度最佳化的Java運行環境，主要針對消費類電子裝置的，例如蜂窩電話、可視電話、數字機頂盒和汽車導航系統等等。即J2ME是為消費電子產品和手持功能量身定製的Java專用版本。
J2ME的出現使開發跨平台的消費類電子產品的應用軟體成為可能。Java語言的與平台無關的特性移植到小型電子裝置上,允許移動無線裝置之間共用應用程式。它提供了基於HTTP的進階Internet協議，使行動電話能以Client/Server方式直接存取Internet的全部資訊，從而使得不同的Client訪問不同的資源。

　　在將來的無線通訊時代中，大量的網路應用程式將被開發出來去滿足無線移動通訊的要求，而要充分的發揮無線移動通訊裝置的通訊能力，J2ME網路編程就變得尤為重要。那麼為了高效地進行網路編程，就要利用Java語言的多線程編程機制。

　　 1、J2ME的網路連接架構（GCF）

　　通用串連架構（Generic Connection Framework，GCF）為資源有限的裝置提供了一個可擴充的、通用的I/O 架構。GCF 是一組在 javax.microedition.io 包中定義的介面。圖 1 顯示了 GCF 的類階層。


圖1 GCF 的類階層
　　在 GCF 中共定義了七個介面 ，其中 Connection 是最基本的連線類型。且同時提供了對資料包和流串連的支援。沿著階層向下派生出提供更多功能的介面。例如， StreamConnection 介面支援輸入資料流和輸出資料流， ContentConnection介面又擴充了 StreamConnection 介面以支援對流的內容類型、資料長度和編碼格式的確定，HttpConnection介面又擴充了ContentConnection介面以支援對於標準的HTTP請求。如在架構層規定的適用於手機或雙向傳呼機的移動資訊裝置架構MIDP(Mobile Information Device Profile)在其MIDP 1.0 規範只要求裝置支援 HTTP 連線協定，而更新的 MIDP 2.0 規範要求同時支援 HTTP 和 HTTPS，後者提供了對更安全的網路連接的支援。

　　 2、網路編程中的多線程

　　由於目標裝置具有記憶體小,計算能力弱和電池供電等特點,所以如何使應用程式高效的運行就成為開發中的一個大問題.尤其針對手機等移動資訊裝置時,無線通訊的特點又對我們的程式提出了更高的要求.從代碼最佳化的角度,在網路編程中引入多線程就顯得十分重要。

　　當程式啟動並執行時候，Application Management Software(應用管理軟體)首先初始化一個MIDlet,然後調用它的startApp()方法使得MIDlet進入active狀態，這條程式分支就是主線程，它執行其他的方法後都會返回到這個分支上來繼續執行。然而網路連接是個可能堵塞的操作，意味著它可能長時間都不返回。

　　在SUN公司的無線開發包WTK中類比一段網路連接程式運行時，WTK會提示網路連接工作可能會堵塞使用者輸入，需要建立另外一個線程去進行連網操作。針對以上情況，引入多線程的處理機制。

　　2.1 利用Thread類與Runnable介面

　　編寫J2ME網路連接應用程式的時候往往藉助Command顯示組件，調用其事件處理函數完成網路的串連工作，代碼架構如下：

public void commandAction(Command c, Displayable s) {
　if(c==sendCommand){
　　requestConnect()；//串連方法
　}
　else if(
　　c==backCommand){
　　　display.setCurrent(mainForm); }
　else{
　　destroyApp(false);
　　notifyDestroyed(); }
}
// 擷取一個HTTP的串連
private void requestConnect() {
　String url= URL.URLString
　HttpConnection hpc = null;
　try{
　　hpc = (HttpConnection)Connector.open(url);
　　int status = hpc.getResponseCode();
　　if(status != HttpConnection.HTTP_OK)
　　　content = "聯機失敗!";
　　else
　　　content = "已聯機!";
　}
　catch(IOException e){System.out.println(content);}
　try{
　　if(hpc != null) hpc.close();
　}
　catch(IOException e2){}}
　　上面的程式工作原理可用圖2的工作原理圖a來表示。


圖2 工作原理圖a

　　分析圖2可以得出，如果這樣的網路連接程式在手機上運行，那麼將可能長時間得不到響應。因為串連工作只有一個主線程，所有的應用都是在這個主線程當中進行的，如果此主線程不返回，那麼就不能進行後面的行為，使用者也不能進行任何操作。

　　下面改進一下程式，建立一個實現Runnable介面的ConnectPipe類來建立多線程。代碼如下：

//實現Runnable介面
class ConnectPipe implement Runnable{
　……
　public void run(){
　　requestConnect()；}
}
　　修改commandAction函數：

public void commandAction(Command c, Displayable s) {
　if(c==sendCommand){
　　//建立新線程
　　new Thread(new ConnectPipe()).start()；
　}
　else if(c==backCommand){
　　……
　}
}
　　修改之後程式能夠較為順利的運行，當處理網路連接的時候，啟動一個線程後主線程會立刻返回，兩個線程並行，不會引發在此地堵塞。其工作原理可用圖3的工作原理圖b來表示。


圖3 工作原理圖b
　　詳細分析圖3，又發現儘管程式可以正常工作，但是每次使用者按下按鈕的時候都會有新的線程產生，這樣顯然不夠高效，同時，非同步行為又有可能使兩個線程間產生死結。幸好java中提供了wait()和notify()/notifyAll()來進行線程間的通訊，協調同步問題。那麼對應本程式中的線程同步問題，設計思想如下：啟動線程後，讓其進入等待的狀態，當使用者啟用Command事件的時候喚醒線程，才讓其繼續運行。代碼類似如下：

public synchronized void run() {
　while (dealing) {
　　try { wait(); }//線程等待
　　catch (InterruptedException ie) {}
　　if (dealing) requestConnect();
　}
}
public synchronized void deal() {
　notify();//喚醒線程
}
　　其中dealing變數用於定義一個鎖，當其為true時，當前線程等待，直到使用者啟用Command事件之後，調用deal()方法中的notify()喚醒當前線程繼續運行。這樣程式就顯得相當的高效，也在很大程度上避免了線程間的死結問題。其工作原理可用圖4的工作原理圖c來表示。


圖4 工作原理圖c
　　2.2 利用系統類別Timer和TimerTask

　　系統類別Timer類是一個計時器，和TimerTask類結合可以來實現在MIDlet中定時執行特定任務。需要說明的是每一個Timer對象實際上都是一個後台啟動並執行獨立的線程。這是因為調度一次的任務都是由TimerTask類的實現對象負責，TimerTask類是一個抽象類別，它的主要特點是實現了Runnable介面，因此擴充了必須實現的public void run()方法。

　　所以，在J2ME的網路編程中，我們可以利用Timer類和TimerTask類來建立線程，完成網路連接等工作。設計思想如下：建立一個Timer類計時器，一個完成網路連接功能的TimerTask類，在系統空閑時，反覆調度任務要求串連，直到串連成功，再調用TimerTask類的cancel()可以停止一個具體的調度任務。核心代碼類似如下：

class ConnectTimer implement TimerTask{
　ConnectTimer (){
　　m_Timer = new Timer();//定義Timer
　　m_Timer.schedule(this,500,5000); //調度任務
　}
　……
　public synchronized void run(){
　　requestConnect()；//串連方法
　　cancel();//取消任務
　}
}

public void commandAction(Command c, Displayable s) {
　if(c==sendCommand){
　　new ConnectTimer；}
　else if(c==backCommand){
　　……
　}
}
　　3、結束語

　　綜上所述，在J2ME的應用開發中網路程式的設計具有重要的地位，而編程的關鍵又在於編寫高效友好的J2ME網路連接程式。通過Java語言內建的多執行緒機制，利用線程進行同步平行處理，解決了網路連接時的阻塞問題，達到了程式高效啟動並執行目的。