Java图形用户界面程序设计所需要使用的工具

鲜于言悠

发布于 2024-06-14 08:47:30

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发布于 2024-06-14 08:47:30

文章被收录于专栏：c/c++的学习笔记c/c++的学习笔记

前言

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通常情况下，java语言一般是用来开发后台程序的，所谓的后台程序就是部署在服务器端的程序，默默的工作，用户是看不到任何界面的，所以很多情况下，学习java会感觉很枯燥。

事实上，我们使用java语言同样可以完成图形化界面程序的开发，而学习图形化界面编程相对来说就会有趣很多，因为所见即所得，也就是说，我们写的大部分代码的执行效果，是可以通过图形化界面实实在在能够看得到的。

java使用AWT和Swing相关的类可以完成图形化界面编程，其中AWT的全称是抽象窗口工具集(Abstract Window Toolkit),它是sun公司最早提供的GUI库，这个GUI库提供了一些基本功能，但这个GUI库的功能比较有限，所以后来sun公司又提供了Swing库。通过使用AWT和Swing提供的图形化界面组件库，java的图形化界面编程非常简单，程序只需要依次创建所需的图形组件，并以合适的方式将这些组件组织在一起，就可以开发出非常美观的用户界面。

一、图形用户界面程序设计的概述

GUI概述

程序使用者与程序之间进行的交互操作和信息交换，都必须借助程序的用户界面。程序的用户界面大致可分为两种：命令行用户界面(Command Line Interface, CLI) 和图形用户界面(Graphical User Interface, GUI)。其中，GUI 以图形形式的窗体代表应用程序；在窗体、对话框等容器上添加菜单、按钮等标准图形元素，组成直观的用户界面；

程序的结果同样是图形形式输出。GUI 程序在操作上往往借助鼠标、键盘发送命令、启动操作。正因为 GUI 既在视觉上给用户舒适的感觉，又使得操作简单，所以成为主流的程序用户界面。

在Java 程序设计中，可通过三种途径实现 GUI:调用Java提供的相关类和接口编写代码，使用配置文件（譬如 XML 配置文件），借助可视化编辑环境（如 Window Builder)。就本质上而言，后两种途径都以第一种途径为基础：在后续的学习中，主要介绍第一种途径。

Java GUI技术的发展

Java提供了强大而丰富的GUI编程支持，利用这些技术可以轻而易举地开发出高效率的、便于操作的GUI程序。Java的图形用户界面技术经历了3个发展阶段：AWT(Abstract User Intertace) 技术、Swing 技术和JavaFX技术。JavaFX融入了现代GUI技术，方便开发在台式计算机、手持设备和 Web 上跨平台的富因特网应用 (RIA)。即便如此，掌握AWT 和 Swing 技术，仍然是开发 Java GUI程序的基本要求。

AWT，通常被翻译为“抽象窗口工具包”，是Java 提供用来建立和设置图形用户界面的基本工具。这些所谓的“工具”被抽象并归类为 java.awt 包中的类和接口，主要包括用户界面组件类（包括容器类、组件类）、布局管理器、图形和图像工具（包括形状、颜色和字体类）等。

AWT在实际的运行过程中需要调用所在平台的图形系统，并且受其影响而在不同平台下呈现出不同的外观。例如，同样的代码运行在 Windows 平台下，或者 UNIX 平台下，显示结果存在差异。根据 AWT 对平台的这种依赖性，所提供的组件被称作“重量级组件”。

为了改善 Java GUI 技术，又研发了 Swing 技术；自JDK1.2 开始，增加了新的javax.swing包，提供了功能更齐全和更灵活的Swing 组件类。Swing 以AWT 为基础，在保留 AWT 所有功能的同时，进一步对 AWT的功能进行扩展。Swing组件的实现使用的是百分之百的Java代码，且不需调用平台的图形系统。根据 Swing对平台的这种非依赖性，所提供的组件被称为“轻量级组件”。

AWT 和 Swing 所提供的 GUI 工具都包括3个概念：组件(Component)、容器(Container)、和布局管理器(LayoutManager)，每个概念对应着一个类或接口。

组件是指以图形化的方式展现，能与用户进行交互的 GUI 元素。在Java GUI中，组件是最基本的单位；常见的组件有标签、文本框、按钮等。在 AWT和 Swing中，提供了Component 类、JComponent 类及它们的子类，这些类实例化后的对象就是生成的相应组件。然而，组件并不能独立地显示，必须将其放置在容器中。

容器是指能够容纳组件（或者其他容器）的一种特殊组件，并使它们成为一个整体。在AWT 和 Swing中，提供了 Container 类及其子类，这些类实例化后的对象就是生成的相应容器。Container 类的父类是 Component，因此容器也可以是一个组件，具有组件的所有性质。使用容器组织其他组件对象，能够实现设计的灵活性，也能以整体结构来布置界面。

布局管理器是指用来设置容器中布局的组织管理方式。容器中的各个组件之间的位置、大小关系就是布局；在 AWT 和 Swing 中，提供了 LayoutManager 接口及其实现类来管理布局。每个容器在实例化时都实现了一个布局管理器实例，不同的容器有不同的默认布局管理器。使用布局管理器生成的GUI具有良好的平台无关性。

完成 GUI应用程序所应具备的功能，除了合理使用各种容器、组件和布局管理方式产生美观的界面外，还需要进行事件处理，以达到程序与用户的交互，从而实现程序的功能。Java 语言主要在 java.awt.event包提供了AWT 组件和 Swing组件所激发的各类事件的接口和类，用来检测并对事件做出反应。

综上所述，AWT和 Swing 以类（或接口）的形式提供了丰富的GUI工具，所以重点是掌握这些类（接口）的使用。容器类实例化得到容器对象，用于容纳所有其他 GUI组件的载体；布局管理器类实例化布局管理器对象，调用容器对象的成员方法 setLayout()设置布局方式为布局管理器对象；组件类实例化得到组件对象，调用容器对象的成员方法add()将组件对象添加到容器对象中。针对不同组件激发的不同事件，定义类去实现相应的事件监听器接口，按照“事件委托处理模型”完成事件处理。

二、AWT概述

简介

当 JDK 1.0发布时， Sun 提供了一套基本的GUI类库，这个GUI类库希望可以在所有平台下都能运行，这套基本类库被称为"抽象窗口工具集 CAbstract Window Toolkit )"，它为Java应用程序提供了基本的图形组件。

AWT是窗口框架，它从不同平台的窗口系统中抽取出共同组件，当程序运行时，将这些组件的创建和动作委托给程序所在的运行平台。简而言之，当使用 AWT 编写图形界面应用时，程序仅指定了界面组件的位置和行为，并未提供真正的实现，JVM调用操作系统本地的图形界面来创建和平台一致的对等体。

使用AWT创建的图形界面应用和所在的运行平台有相同的界面风格，比如在 Windows 操作系统上，它就表现出 Windows 风格 ; 在 UNIX 操作系统上，它就表现出UNIX 风格。 Sun 希望采用这种方式来实现 " Write Once, Run Anywhere " 的目标。

AWT继承体系

所有和 AWT 编程相关的类都放在 java.awt 包以及它的子包中， AWT 编程中有两个基类 :Component和 MenuComponent。

Component：代表一个能以图形化方式显示出来，并可与用户交互的对象，例如 Button 代表一个按钮，TextField 代表一个文本框等；
MenuComponent：则代表图形界面的菜单组件，包括 MenuBar (菜单条)、 Menultem (菜单项)等子类。

其中 Container 是一种特殊的 Component，它代表一种容器，可以盛装普通的 Component。

AWT中还有一个非常重要的接口叫LayoutManager ，如果一个容器中有多个组件，那么容器就需要使用LayoutManager来管理这些组件的布局方式。

总结

AWT（Abstract Window Toolkit）是Java中用于创建图形用户界面（GUI）的一套类库。它提供了一系列的组件类，包括窗口、按钮、文本框、标签等，可以用于构建用户友好的界面。

AWT的设计理念是基于本地操作系统窗口系统的，所以它使用了操作系统提供的原生组件来渲染界面。这样可以使得AWT应用程序在不同平台上具有相似的外观和行为。

AWT提供了一套事件模型，可以处理用户按下按钮、鼠标点击等操作。开发人员可以通过注册监听器来响应这些事件，并进行相应的处理。

AWT也提供了一些布局管理器，可以用来控制组件的位置和大小。开发人员可以使用布局管理器来自动调整界面的排列，以适应不同的窗口大小。

尽管AWT是Java的一部分，但它的效率和灵活性相对较低。因此，许多Java程序员更喜欢使用Swing，它是建立在AWT之上的高级GUI工具包。Swing提供了更丰富的组件和更高的性能，使得开发人员可以创建更复杂、更具交互性的GUI应用程序。

三、Swing概述

相较于 AWT,Swing 是Java 语言中更先进的GUI技术。Swing 技术采用 MVC 体系结构，将数据的内容和显示进行分离，增加灵活性。Swing 组件新增诸多功能：实现Accessible 接口提供对可存取性的支持；可调用成员方法 registerKeyboardAction（）以键盘操作代替鼠标操作；可调用成员方法 setBorder()设置组件外围的边框：标签、按钮等组件可以使用图标。

大多数 Swing 组件都在 javax.swing 包中；只有 javax.swing.table.JTableHeader 和javax.swing.text.JTexrComponent 两个组件是例外。Swing 组件都是轻量级组件，但是不能说 javax.swing 包中的类都是轻量级组件类，例如该包中的JFrame、JDialog、JWindow、JApplet 都不是轻量级组件类。Swing 组件类和 javax.swing 包中的类，是两个不同的范畴。Swing 组件大多以 JComponent 类作为父类（如图4-13所示）;JComponent 类是一个抽象类，定义了所有子类组件的一般成员方法；而 JComponent 类继承自 Container类，所以这部分组件都可以作为容器使用。

根据图4-13 很容易发现 Swing 和 AWT有紧密的关系：其一，Swing的类都是AWT 的 Container 类的直接子类或者间接子类；其二，Swing 的类名很多是在 AWT 的某个类名前加上一个字母“J”构成：这说明 Swing对 AWT中的等同类进行了功能上的扩展。另外， JFrame、 JDialog、JApplet等3个非轻量级组件类的父类分别是AWT 包中的 Frame、Dialog、 Applet。

Swing 中常用来生成容器对象的JFrame、JDialog 和 JApplet等3个类，与AWT包中的 Frame、Dialog 和 Applet基本类似；然则，Swing 比 AWT更加强调容器的概念，容器中可以再放置容器，也可以放置组件；所以，JFrame、JDialog 和 JApplet 实例化的容器对象被称为顶层容器。JPanel 属于中间容器，和顶层容器形成容器的层次结构。

Swing概述

实际使用 Java 开发图形界面程序时，很少使用 AWT 组件，绝大部分时候都是用 Swing 组件开发的。 Swing是由100%纯 Java实现的，不再依赖于本地平台的 GUI，因此可以在所有平台上都保持相同的界面外观。独立于本地平台的Swing组件被称为轻量级组件;而依赖于本地平台的 AWT 组件被称为重量级组件。

由于 Swing 的所有组件完全采用 Java 实现，不再调用本地平台的 GUI，所以导致 Swing 图形界面的显示速度要比 AWT 图形界面的显示速度慢一些，但相对于快速发展的硬件设施而言，这种微小的速度差别无妨大碍。

优势

Swing 组件不再依赖于本地平台的 GUI，无须采用各种平台的 GUI 交集，因此 Swing 提供了大量图形界面组件，远远超出了 AWT 所提供的图形界面组件集。
Swing 组件不再依赖于本地平台 GUI ，因此不会产生与平台相关的 bug 。
Swing 组件在各种平台上运行时可以保证具有相同的图形界面外观。

Swing 提供的这些优势，让 Java 图形界面程序真正实现了 " Write Once, Run Anywhere" 的目标。

Swing的特征

Swing 组件采用 MVC(Model-View-Controller，即模型一视图一控制器)设计模式：
- 模型(Model): 用于维护组件的各种状态；
- 视图(View): 是组件的可视化表现；
- 控制器(Controller):用于控制对于各种事件、组件做出响应。
当模型发生改变时，它会通知所有依赖它的视图，视图会根据模型数据来更新自己。Swing使用UI代理来包装视图和控制器，还有一个模型对象来维护该组件的状态。例如，按钮JButton有一个维护其状态信息的模型ButtonModel对象。 Swing组件的模型是自动设置的，因此一般都使用JButton，而无须关心ButtonModel对象。
Swing在不同的平台上表现一致，并且有能力提供本地平台不支持的显示外观。由于 Swing采用 MVC 模式来维护各组件，所以当组件的外观被改变时，对组件的状态信息(由模型维护)没有任何影响。因此，Swing可以使用插拔式外观感觉 (Pluggable Look And Feel, PLAF)来控制组件外观，使得 Swing图形界面在同一个平台上运行时能拥有不同的外观，用户可以选择自己喜欢的外观。相比之下，在 AWT 图形界面中，由于控制组件外观的对等类与具体平台相关，因此 AWT 组件总是具有与本地平台相同的外观。