为什么从另一个线程访问GUI元素是错误的？

Question

在我使用过的所有GUI库（Swing、Android、Windows Forms、WPF）中，都有一个黄金规则，即不能从另一个线程（非GUI线程）访问或修改GUI元素。我想这个规则适用于任何GUI库。违反此规则很可能导致应用程序崩溃。然而，最近我一直在思考，为什么会这样？我找不到任何深入的解释。那么，这个规则的低级解释是什么？

- user5178972

Answer 1

除非明确设计和构建为线程安全，否则没有任何软件是线程安全的。

图形用户界面（GUI）是一个复杂的有状态的系统，使其线程安全将是“代价高昂”的。

- H H

Answer 2

通常情况下，这是有一个非常简单的原因。UI函数通常不是线程安全的（使它们线程安全会降低性能）。

- SergeyA

Answer 3

据我所知，这简直是不正确的：只要正确应用线程安全技术，Java中的每个对象都可以被并发访问。事实上，Java Swing对象大多数情况下都没有准备好进行多线程操作，因此您需要执行外部同步。

在GUI中，有几种情况需要多个线程进行协作：游戏、视觉效果、用户事件等。

有关GUI和多线程的更多信息： https://docs.oracle.com/javase/tutorial/uiswing/concurrency/dispatch.html

- Little Santi

Answer 4

在你列出的那些中，有些可能是现有机制的包装器，因此您必须通过底层GUI框架间接回答问题。对于诸如Qt之类的多平台GUI框架，您还将拥有决定可能性和不可能性的最低公共分母。

现在，为什么访问GUI不是线程安全的？在我最熟悉的情况下（win32和X11），访问通常是通过发送请求并有时等待相应的答案来间接执行的。这通常以原子方式工作，即使跨进程边界，因此这不是直接导致问题的原因。但是，如果您从多个线程执行此操作，则最坏的情况是数据以不协调的方式进行修改。例如，如果您从两个线程读取，修改和写入同一个小部件，则这些操作可能会交错进行，因此只有一个线程的修改实际上会被应用。

不支持跨线程访问的其他原因：

在win32中，消息队列是线程本地的，这意味着只有创建窗口的线程才能找到并处理该窗口的消息。我想这是一个遗留问题，因为早期的进程只有单线程，消息队列只是全局的。将其设为线程本地与使errno线程安全的方法相同。

另一个原因是，在表示某些GUI元素的进程内创建支持对象。例如，MFC（在win32上）使用从操作系统部件句柄到表示该对象的C++对象的映射。该映射存储在线程本地存储中（遵循线程本地消息队列），对C++对象的访问不受互斥锁保护。从不同的线程访问这些对象是不好的，不是因为它们代表GUI对象，而是因为它们没有同步，就这么简单。

如果您考虑修改小部件树的结构（例如浏览器中的DOM树），则要么详细了解应用程序的其他部分正在做什么，要么需要在每次操作之前锁定对整个树的访问，以确保安全。不用说，这实际上防止了任何并行操作，因此您还可以采取下一步，要求所有操作都来自一个线程，从而节省整个多线程开销。

话虽如此，我相信Qt和C#（以及可能还有其他语言）实际上支持一些跨线程操作。它们会执行一些（更或者更少）晦涩的魔法，将调用转发到GUI线程，并将结果再次转发回调用线程。换句话说，它们试图使必要的线程间通信对程序员更加方便，同时保留单线程GUI的效率和简洁性。这不仅限于GUI处理，而是一种通用方法，只是对GUI特别重要。

- Ulrich Eckhardt