Многозадачность в JavaMe при HTTP соединении

Введение

Разрабатывая простые приложения для JavaMe мы обычно не нуждаемся в использовании многозадачности. Но как только от мидлета требуется производить такие действия, как связь с серверами по HTTP протоколу или SMS, показывать анимацию или ожидать совершения какого-либо события, то без многозадачности не обойтись. В статье мы сфокусируемся на решении следующей, реально возникшей практической, задачи. Мобильное приложение должно отправить информацию на сервер по протоколу HTTP, получить ответ, а во время ожидания показывать анимированную картинку. Далее предполагается, что читатель знаком с JavaMe, ее ограничениями и возможностями. Далее подразумевается MIDP 2.0. В первой части статьи мы попробуем ответить на вопрос, а так ли уж необходима многозадачность при работе с сетевым соединением. Далее мы рассмотрим два способа установления соединения в отдельном потоке. В третей части мы рассмотрим, как разные потоки могут взаимодействовать друг с другом. В заключении, будет не большой рассказ о том, как все перечисленное можно использовать при разработке реального приложения.

HTTP - зачем многозадачность?

Действительно, почему просто не поставить вызов соединения в код выполнения какой либо команды. Например так:

public class Simple extends MIDlet implements CommandListener{  
  ...
  ...

  private void connectWOThread(){
    String urlString = input.getString();
    HttpConnection conn = null;
    try {
      conn = (HttpConnection)Connector.open("http://"+urlString);
      int resp = conn.getResponseCode();      
      output.setString(new Integer(resp).toString());
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }finally{
      if(conn !=null){
        try {
          conn.close();
        } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }
  
  public void commandAction(Command command, Displayable arg1) {
    if(command.equals(connectD)){
      connectWOThread();
    }
  }

}

На первый взгляд ничего неправильного в приведенном выше коде нет. Однако, на большинстве реальных устройств, а также на некоторых эмуляторах этот код выполнятся не будет, возникает блокировка или дедлок. Рассмотрим, как выполняется этот код на некоторых платформах и причины, по которым возникает дедлок. Во первых, код выполняется в системном потоке или потоке событий. Система блокирует поток, вызвавший запрос на установление соединения до того момента, когда соединение будет фактически установлено, в нашем случае блокируется системный поток. В этот момент система безопасности "песочницы", а как известно все мидлеты, если они не подписаны, выполняются в "песочнице", может потребовать от пользователя разрешения на выполнение операции соединения. Запрос на разрешение должен выполнить системный поток, который в свою очередь ожидает завершения установления соединения. Получаем дедлок. Поэтому, настоятельно рекомендуется все действия, связанные с сетевыми запросами выносить в отдельный поток.

Два способа решения проблемы.

Простейшая многозадачная реализация приведенного выше кода может выглядеть так:

public class Simple extends MIDlet implements CommandListener{
  ...
  ...
  private void connectWThread(){
    String urlString = input.getString();
    HttpConnection conn = null;
    try {
      conn = (HttpConnection)Connector.open("http://"+urlString);      
      int resp = conn.getResponseCode();      
      output.setString(new Integer(resp).toString());
    } catch (IOException e) {
      e.printStackTrace();
    }finally{
      if(conn !=null){
        try {
          conn.close();
        } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }
  }
  
  public void commandAction(Command command, Displayable arg1) {
    if(command.equals(connectSimple)){
      SimpleConnector sc = new SimpleConnector();
      new Thread(sc).start();
    }
  }
  
  private class SimpleConnector implements Runnable{
    public void run() {
      connectWThread();
    }
    
  }
}

Мы немного модифицировали наш код. Мы вынесли операцию установления соединения в отдельный поток. Приведенный выше код уже работает, он не приводит к дедлоку, если мы выполняем команду connectSimple. Таким образом, мы можем устанавливать сетевое соединение с внешними ресурсами внутри нашей программы. Теперь надо вспомнить, что мы говорим о приложении работающем на мобильном устройстве. MIDP 2.0 гарантирует нам только то, что приложение может запускать одновременно как минимум 10 потоков, а также открывать как минимум одно сетевое соединение. Таким образом, если логика приложения позволяет производить несколько соединений одновременно, например, отсылать на сервер некоторые данные, получать от сервера картинку, то на некоторых платформах мы сделать этого не сможем. Помимо этого, создание нового потока довольно ресурсоемкая операция.

Если мы хотим, чтобы наша программа работала на как можно большем количестве устройств, то наиболее простым решением будет следующее: Запустить параллельный поток, отвечающий только за установку сетевых соединений. В тот момент, когда нам нужно это соединение, мы просто активируем этот поток, он выполняет необходимые действия и "засыпает".

Пример измененного кода: ... protected void startApp() throws MIDletStateChangeException { connecto = new ConnectionThread(); new Thread(connecto).start(); Display.getDisplay(this).setCurrent(mainForm); } private void connectWOThread(){ String urlString = input.getString(); HttpConnection conn = null; try { conn = (HttpConnection)Connector.open("http://"+urlString); int resp = conn.getResponseCode(); output.setString(new Integer(resp).toString()); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); }finally{ if(conn !=null){ try { conn.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } } public void commandAction(Command command, Displayable arg1) { if(command.equals(connectSimple)){ connecto.conn(); } } private class ConnectionThread implements Runnable { private Object mut = new Object(); private boolean shouldRun = true; public void run() { while(shouldRun){ synchronized (mut) { try{ mut.wait(); }catch(InterruptedException e){} } if(!input.getString().equals("")){ connectWOThread(); input.setString(""); } } } public void conn(){ synchronized (mut){ mut.notify(); } } } ...

Как видно из кода, в момент старта или активации приложения запускается новый поток, который тут-же ставится на ожидание mut.wait(). Активация потока и постановка его в ожидание реализована с помощью монитора. Монитором может выступать любой объект, кроме примитивных типов и строк, в некоторых реализациях. Активация потока происходит путем вызова метода mut.notify(). Так как этот вызов находится в блоке synchronized, то это значит, что монитор заблокирован для всех остальных потоков, которые хотят к нему обратится. У нас запущен только один поток, поэтому он и будет активирован. Активированный поток должен тут-же заблокировать монитор для себя, что достигается путем synchronized блока.

Что же получилось в результате? При запуске или активации приложения создается новый спящий поток, который активируется при выборе пользователем определенной команды. Это позволяет экономно расходовать ресурсы, в отличие от бесконечного цикла. После выполнения этот поток становится спящим. Естественно в методе pauseApp() необходимо остановить выполнение дополнительного потока.

Взаимодействие потоков.

Теперь рассмотрим как можно реализовать анимированную заставку на момент установления соединения. Для чего это надо? Если приложение предполагает интенсивный обмен данными с сервером, то хорошо бы в момент соединения выводить картинку. Так как в данной статье мы рассматриваем потоки, то можно сделать картинку анимированной. Вначале несколько замечаний. В спецификации сказано, что MIDP контейнер обязан уметь работать с графическими файлами в формате PNG. При этом форматы GIF и JPG не упоминаются. Тем не менее, довольно большое количество телефонов поддерживают эти форматы, но есть модели(некоторые из которых очень популярны, например смартфоны фирмы HTC), которые эти форматы не поддерживают. Поэтому у нас все картинки будут только в PNG.

Анимационная заставка должна работать следующим образом. Когда пользователь нажимает на команду соединения с сервером всплывает анимированая картинка. Когда обмен данных с сервером завершается картинка убирается. Все очень просто. Исходя из соображений приведенных ранее, для заставки мы создадим один поток и будем просто вызывать его в тот момент, когда нам это будет надо.

  ...
  ...
  protected void startApp() throws MIDletStateChangeException {
    connecto = new ConnectionThread();
    new Thread(connecto).start();
    animationT = new AnimThread();
    new Thread(animationT).start();
    Display.getDisplay(this).setCurrent(mainForm);
  }

  ...
  ...
  
  public void commandAction(Command command, Displayable arg1) {
    if(command.equals(connectSimple)){
      connecto.conn();
    }
  }
  
  
  private class ConnectionThread implements Runnable {
    private Object mut = new Object();
    private boolean shouldRun = true;
    
    public void run() {
      while(shouldRun){
        
        synchronized (mut) {
          try{
            mut.wait();
          }catch(InterruptedException e){}
        }  
        if(!input.getString().equals("")){
          animationT.show();
          connectWOThread();
          input.setString("");
          animationT.hide();
        }              
      }
    }
    
    public void conn(){
      synchronized (mut){
        mut.notify();
      }
    }
  }
  
  private class AnimThread extends Canvas implements Runnable{
    private final String path = "/test/multithreading/start.png";
    private final int w = 55; //sprite pixels width
    private final int h = 68; //sprite pixels height
    private final int delay = 100; //milliseconds
    private final long minShows = 5000;
    
    private Sprite anim = null;
    
    
    private Object mut = new Object();
    private boolean shouldRun = true;
    private Boolean show = new Boolean(false);
    
    public AnimThread(){
      InputStream is = AnimThread.class.getResourceAsStream(path);
      Image im;
      try {
        im = Image.createImage(is);
        anim = new Sprite(im,w,h);
        //adjusting position of animation 
        int w1 = this.getWidth();
        int h1 = this.getHeight();
        anim.setPosition((w1-anim.getWidth())/2, (h1 - anim.getHeight())/2);
        
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      
    }
    
    public void run() {
      while(shouldRun){        
        synchronized (mut) {
          try{
            mut.wait();
          }catch(InterruptedException e){}
        }  
        
        if(anim != null){
          long star_time = System.currentTimeMillis();
          boolean finished = false;
          synchronized (show) {
            finished = false;
          }
          int counter = 0;
          repaint();
          while(!finished){            
            paintSingleFrame(counter++);
            counter = counter<anim.getFrameSequenceLength()?counter:0;
            if(!shouldRun){
              break;
            }
            synchronized (show) {
              if((star_time+minShows)<System.currentTimeMillis()&&!show.booleanValue()){
                finished = true;
                disp.setCurrent(mainForm);
              }
            }            
          }
        }
      }
    }
    
    
    
    private void paintSingleFrame(int frameIndex){
      anim.setFrame(frameIndex);
      repaint(anim.getX(),anim.getY(),anim.getWidth(), anim.getHeight());        
      
      try {
        Thread.sleep(delay);
      } catch (InterruptedException e) {}
    }
    
    
    protected void paint(Graphics g) {
      g.setColor(255,255,255);
      g.fillRect(g.getClipX(), g.getClipY(), g.getClipWidth(), g.getClipHeight());
      if(anim!=null){
        anim.paint(g);
      }
    }
    
    public void show(){
      synchronized (mut){
        show = new Boolean(true);
        disp.setCurrent(this);
        mut.notify();
      }
    }
    
    public void hide(){
      synchronized (show){
        show = new Boolean(false);          
      }
    }
    
  }

}

Как можно увидеть из приведенного выше кода наш мидлет стал более сложным. Одновременно у нас запускаются два потока. Один из них как и раньше отвечает за сетевые соединения. Другой поток отвечает за показ анимированной заставки.

Поток, отвечающий за показ анимации, становится в режим ожидания сразу после своего запуска. За это отвечает объект mut. Поток активируется точно таким же способом, как и поток connecto. Некоторая сложность кода обусловлена тем, что анимация будет демонстрироваться как минимум minShows миллисекунд.

Применение

Описанный выше способ реализации мидлета, устанавливающего сетевые соединения, применялся при разработке мобильного приложения к системе DomEconom. Эта система предназначена для помощи при ведении учета семейных финансов. В ней реализована довольно интересная технология распределенного хранения данных, что позволяет вносить данные о доходах и расходах разными членами семьи с разных компьютеров, например с домашнего и с рабочего. Система сама синхронизирует данные. Более того все данные хранятся в зашифрованном виде, а пароль известен только пользователю. Таким образом никто не зная пароля не может прочитать конфиденциальную информацию. Для облегчения ввода данных о расходах был разработан мидлет. Он работает следующим образом. Пользователь заполняет форму, в которой указывает сумму, счет, категорию, валюту и т.д. и отправляет эти данные на сервер. В процессе отправки мидлет шифрует данные, показывает пользователю анимированную заставку. Система полностью бесплатна. Посмотреть ее можно по адресу: www.domeconom.ru