Java性能优化技巧集锦（2）

三、GUI篇

这一部分介绍的内容适合于图形用户界面的应用（Applet和普通应用），要用到AWT或Swing。

3.1 用JAR压缩类文件

Java档案文件（JAR文件）是根据JavaBean标准压缩的文件，是发布JavaBean组件的主要方式和推荐方式。JAR档案有助于减少文件体积，缩短下载时间。例如，它有助于Applet提高启动速度。一个JAR文件可以包含一个或者多个相关的Bean以及支持文件，比如图形、声音、HTML和其他资源。

要在HTML/JSP文件中指定JAR文件，只需在Applet标记中加入ARCHIVE = "name.jar"声明。

请参见《使用档案文件提高 applet 的加载速度》。

3.2 提示Applet装入进程

你是否看到过使用Applet的网站，注意到在应该运行Applet的地方出现了一个占位符？当Applet的下载时间较长时，会发生什么事情？最大的可能就是用户掉头离去。在这种情况下，显示一个Applet正在下载的信息无疑有助于鼓励用户继续等待。

下面我们来看看一种具体的实现方法。首先创建一个很小的Applet，该Applet负责在后台下载正式的Applet：


import java.applet.Applet;
import java.applet.AppletStub;
import java.awt.Label;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.GridLayout;
public class PreLoader extends Applet implements Runnable, AppletStub {
   String largeAppletName;
   Label label;
   public void init() {
      // 要求装载的正式Applet
      largeAppletName = getParameter("applet");
      // “请稍等”提示信息
      label = new Label("请稍等..." + largeAppletName);
      add(label);
   }
   public void run(){
      try {
         // 获得待装载Applet的类
         Class largeAppletClass = Class.forName(largeAppletName);
         // 创建待装载Applet的实例
        Applet largeApplet = (Applet)largeAppletClass.newInstance();
         // 设置该Applet的Stub程序
         largeApplet.setStub(this);
         // 取消“请稍等”信息
        remove(label);
        // 设置布局
        setLayout(new GridLayout(1, 0));
        add(largeApplet);
        // 显示正式的Applet
        largeApplet.init();
        largeApplet.start();
     }
     catch (Exception ex) {
        // 显示错误信息
        label.setText("不能装入指定的Applet");
     }
     // 刷新屏幕
     validate();
  }
  public void appletResize(int width, int height) {
        // 把appletResize调用从stub程序传递到Applet
       resize(width, height);
  }
}



编译后的代码小于2K，下载速度很快。代码中有几个地方值得注意。首先，PreLoader实现了AppletStub接口。一般地，Applet从调用者判断自己的codebase。在本例中，我们必须调用setStub()告诉Applet到哪里提取这个信息。另一个值得注意的地方是，AppletStub接口包含许多和Applet类一样的方法，但appletResize()方法除外。这里我们把对appletResize()方法的调用传递给了resize()方法。

3.3 在画出图形之前预先装入它

ImageObserver接口可用来接收图形装入的提示信息。ImageObserver接口只有一个方法imageUpdate()，能够用一次repaint()操作在屏幕上画出图形。下面提供了一个例子。


public boolean imageUpdate(Image img, int flags, int x, int y, int w, int h) {
         if ((flags & ALLBITS) !=0 {
              repaint();
         }
         else if (flags & (ERROR ABORT )) != 0) {
              error = true;
              // 文件没有找到，考虑显示一个占位符
              repaint();
          }
          return (flags & (ALLBITS ERROR ABORT)) == 0;
}



当图形信息可用时，imageUpdate()方法被调用。如果需要进一步更新，该方法返回true；如果所需信息已经得到，该方法返回false。

3.4 覆盖update方法

update()方法的默认动作是清除屏幕，然后调用paint()方法。如果使用默认的update()方法，频繁使用图形的应用可能出现显示闪烁现象。要避免在paint()调用之前的屏幕清除操作，只需按照如下方式覆盖update()方法：


public void update(Graphics g) {
    paint(g);
}



更理想的方案是：覆盖update()，只重画屏幕上发生变化的区域，如下所示：


public void update(Graphics g) {
    g.clipRect(x, y, w, h);
    paint(g);
}



3.5 延迟重画操作

对于图形用户界面的应用来说，性能低下的主要原因往往可以归结为重画屏幕的效率低下。当用户改变窗口大小或者滚动一个窗口时，这一点通常可以很明显地观察到。改变窗口大小或者滚动屏幕之类的操作导致重画屏幕事件大量地、快速地生成，甚至超过了相关代码的执行速度。对付这个问题最好的办法是忽略所有“迟到”的事件。

建议在这里引入一个数毫秒的时差，即如果我们立即接收到了另一个重画事件，可以停止处理当前事件转而处理最后一个收到的重画事件；否则，我们继续进行当前的重画过程。

如果事件要启动一项耗时的工作，分离出一个工作线程是一种较好的处理方式；否则，一些部件可能被“冻结”，因为每次只能处理一个事件。下面提供了一个事件处理的简单例子，但经过扩展后它可以用来控制工作线程。


public static void runOnce(String id, final long milliseconds) {
         synchronized(e_queue) { // e_queue: 所有事件的集合
               if (!e_queue.containsKey(id)) {
                      e_queue.put(token, new LastOne());
               }
          }
          final LastOne lastOne = (LastOne) e_queue.get(token);
          final long time = System.currentTimeMillis(); // 获得当前时间
          lastOne.time = time;
          (new Thread() {public void run() {
               if (milliseconds > 0) {
                   try {Thread.sleep(milliseconds);} // 暂停线程
                   catch (Exception ex) {}
               }
               synchronized(lastOne.running) { // 等待上一事件结束
                   if (lastOne.time != time) // 只处理最后一个事件
                   return;
               }
            }}).start();
}
private static Hashtable e_queue = new Hashtable();
private static class LastOne {
       public long time=0;
       public Object running = new Object();
}



3.6 使用双缓冲区

在屏幕之外的缓冲区绘图，完成后立即把整个图形显示出来。由于有两个缓冲区，所以程序可以来回切换。这样，我们可以用一个低优先级的线程负责画图，使得程序能够利用空闲的CPU时间执行其他任务。下面的伪代码片断示范了这种技术。


Graphics myGraphics;
Image myOffscreenImage = createImage(size().width, size().height);
Graphics offscreenGraphics = myOffscreenImage.getGraphics();
offscreenGraphics.drawImage(img, 50, 50, this);
myGraphics.drawImage(myOffscreenImage, 0, 0, this);



3.7 使用BufferedImage

Java JDK 1.2使用了一个软显示设备，使得文本在不同的平台上看起来相似。为实现这个功能，Java必须直接处理构成文字的像素。由于这种技术要在内存中大量地进行位复制操作，早期的JDK在使用这种技术时性能不佳。为解决这个问题而提出的Java标准实现了一种新的图形类型，即BufferedImage。

BufferedImage子类描述的图形带有一个可访问的图形数据缓冲区。一个BufferedImage包含一个ColorModel和一组光栅图形数据。这个类一般使用RGB（红、绿、蓝）颜色模型，但也可以处理灰度级图形。它的构造函数很简单，如下所示：


public BufferedImage (int width, int height, int imageType)



ImageType允许我们指定要缓冲的是什么类型的图形，比如5-位RGB、8-位RGB、灰度级等。

3.8 使用VolatileImage

许多硬件平台和它们的操作系统都提供基本的硬件加速支持。例如，硬件加速一般提供矩形填充功能，和利用CPU完成同一任务相比，硬件加速的效率更高。由于硬件加速分离了一部分工作，允许多个工作流并发进行，从而缓解了对CPU和系统总线的压力，使得应用能够运行得更快。利用VolatileImage可以创建硬件加速的图形以及管理图形的内容。由于它直接利用低层平台的能力，性能的改善程度主要取决于系统使用的图形适配器。VolatileImage的内容随时可能丢失，也即它是“不稳定的（volatile）”。因此，在使用图形之前，最好检查一下它的内容是否丢失。VolatileImage有两个能够检查内容是否丢失的方法：


public abstract int validate(GraphicsConfiguration gc);
public abstract Boolean contentsLost();



每次从VolatileImage对象复制内容或者写入VolatileImage时，应该调用validate()方法。contentsLost()方法告诉我们，自从最后一次validate()调用之后，图形的内容是否丢失。

虽然VolatileImage是一个抽象类，但不要从它这里派生子类。VolatileImage应该通过Component.createVolatileImage()或者GraphicsConfiguration.createCompatibleVolatileImage()方法创建。

3.9 使用Window Blitting

进行滚动操作时，所有可见的内容一般都要重画，从而导致大量不必要的重画工作。许多操作系统的图形子系统，包括WIN32 GDI、MacOS和X/Windows，都支持Window Blitting技术。Window Blitting技术直接在屏幕缓冲区中把图形移到新的位置，只重画新出现的区域。要在Swing应用中使用Window Blitting技术，设置方法如下：


setScrollMode(int mode);



在大多数应用中，使用这种技术能够提高滚动速度。只有在一种情形下，Window Blitting会导致性能降低，即应用在后台进行滚动操作。如果是用户在滚动一个应用，那么它总是在前台，无需担心任何负面影响。

四、补充资料