Java双缓冲技术

Java 的强大特性让其在游戏编程和多媒体动画处理方面也毫不逊色。在 Java 游戏编程和动画编程中最常见的就是对于屏幕闪烁的处理。本文从 J2SE 的一个再现了屏幕闪烁的 Java Appilication 简单动画实例展开，对屏幕闪烁的原因进行了分析，找出了闪烁成因的关键：update(Graphics g)函数对于前端屏幕的清屏。由此引出消除闪烁的方法——双缓冲。双缓冲是计算机动画处理中的传统技术，在用其他语言编程时也可以实现。本文从实例出发，着重介绍了用双缓冲消除闪烁的原理以及双缓冲在 Java 中的两种常用实现方法（即在update(Graphics g)中实现和在 paint(Graphics g)中实现），以期读者能对双缓冲在 Java 编程中的应用能有个较全面的认识。

关键词：Java 消除闪烁 双缓冲

一、问题的引入

在编写 Java 多媒体动画程序或用 Java 编写游戏程序的时候，我们得到的动画往往存在严重的闪烁（或图片断裂）。这种闪烁虽然不会给程序的效果造成太大的影响，但着实有违我们的设计初衷，也给程序的使用者造成了些许不便。闪烁到底是什么样的呢？下面的 JavaApplication 再现了这种屏幕闪烁的情况：

//代码段一[①]，闪烁的再现

import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
public class DoubleBuffer extends Frame//主类继承 Frame 类
{
public paintThread pT;//绘图线程
public int ypos=-80; //小圆左上角的纵坐标
public DoubleBuffer()//构造函数{
pT=new paintThread(this);
this.setResizable(false);
this.setSize(300,300); //设置窗口的首选大小
this.setVisible(true); //显示窗口
pT.start();//绘图线程启动
}
public void paint(Graphics scr) //重载绘图函数
{
scr.setColor(Color.RED);//设置小圆颜色
scr.fillOval(90,ypos,80,80); //绘制小圆
}
public static void main(String[] args)
{
DoubleBuffer DB=new DoubleBuffer();//创建主类的对象
DB.addWindowListener(new WindowAdapter()//添加窗口关闭处理函数
{
public void windowClosing(WindowEvent e)
{System.exit(0);
}});
} 
}
class paintThread extends Thread//绘图线程类
{
DoubleBuffer DB;
public paintThread(DoubleBuffer DB) //构造函数
{
this.DB=DB;
}
public void run()//重载 run()函数
{
while(true)//线程中的无限循环
{
try{
sleep(30); //线程休眠 30ms
}catch(InterruptedException e){}
DB.ypos+=5; //修改小圆左上角的纵坐标if(DB.ypos>300) //小圆离开窗口后重设左上角的纵坐标
DB.ypos=-80;
DB.repaint();//窗口重绘
} 
} 
}

编译、运行上述例子程序后，我们会看到窗体中有一个从上至下匀速运动的小圆，但仔细观察，你会发现小圆会不时地被白色的不规则横纹隔开，即所谓的屏幕闪烁，这不是我们预期的结果。这种闪烁是如何出现的呢？

首先我们分析一下这段代码。DoubleBuffer 的对象建立后，显示窗口，程序首先自动调用重载后的paint(Graphics g)函数，在窗口上绘制了一个小圆，绘图线程启动后，该线程每隔 30ms 修改一下小圆的位置，然后调用 repaint()函数。

注意，这个 repaint()函数并不是我们重载的，而是从 Frame 类继承而来的。它先调用 update(Graphics g)函数，update(Graphics g)再调用 paint(Graphics g)函数[②]。问题就出在 update(Graphics g)函数，我们来看看这个函数的源代码：

public void update(Graphics g)
{
if (isShowing())
{
if (! (peer instanceof LightweightPeer))
{g.clearRect(0, 0, width, height);
}
paint(g);
} 
}

以上代码的意思是：（如果该组件是轻量组件的话）先用背景色覆盖整个组件，然后再调用paint(Graphics g)函数，重新绘制小圆。这样，我们每次看到的都是一个在新的位置绘制的小圆，前面的小圆都被背景色覆盖掉了。这就像一帧一帧的画面匀速地切换，以此来实现动画的效果。

但是，正是这种先用背景色覆盖组件再重绘图像的方式导致了闪烁。在两次看到不同位置小圆的中间时刻，总是存在一个在短时间内被绘制出来的空白画面（颜色取背景色）。但即使时间很短，如果重绘的面积

较大的话花去的时间也是比较可观的，这个时间甚至可以大到足以让闪烁严重到让人无法忍受的地步。另外，用 paint(Graphics g)函数在屏幕上直接绘图的时候，由于执行的语句比较多，程序不断地改变窗体中正在被绘制的图象，会造成绘制的缓慢，这也从一定程度上加剧了闪烁。

就像以前课堂上老师用的旧式的幻灯机，放完一张胶片，老师会将它拿下去，这个时候屏幕上一片空白，直到放上第二张，中间时间间隔较长。当然，这不是在放动画，但上述闪烁的产生原因和这很类似。

二、问题的解决

知道了闪烁产生的原因，我们就有了更具针对性的解决闪烁的方案。已经知道 update(Graphics g)是造成

闪烁的主要原因，那么就从这里入手。

（1） 尝试这样重载 update(Graphics g)函数（基于代码段一修改）：

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

以上代码在重绘小圆之前没有用背景色重绘整个画面，而是直接调用 paint(Graphics g)函数，这就从根本上避免了上述的那幅空白画面。

看看运行结果，闪烁果然消除了！但是更大的问题出现了，不同时刻绘制的小圆重叠在一起形成了一条线！这样的结果我们更不能接受了。为什么会这样呢？仔细分析一下，重载后的 update(Graphics g)函数中没有了任何清屏的操作，每次重绘都是在先前已经绘制好的图象的基础上，当然会出现重叠的现象了。

2）使用双缓冲：

这是本文讨论的重点。所谓双缓冲，就是在内存中开辟一片区域，作为后台图象，程序对它进行更新、修改，绘制完成后再显示到屏幕上。

1、重载 paint(Graphics g)实现双缓冲：

这种方法要求我们将双缓冲的处理放在 paint(Graphics g)函数中，那么具体该怎么实现呢？先看下面的代码（基于代码段一修改）：

在 DoubleBuffer 类中添加如下两个私有成员：

private Image iBuffer;
private Graphics gBuffer;
重载 paint(Graphics scr)函数：
public void paint(Graphics scr)
{
if(iBuffer==null)
{iBuffer=createImage(this.getSize().width,this.getSize().height);
gBuffer=iBuffer.getGraphics();
}
gBuffer.setColor(getBackground());
gBuffer.fillRect(0,0,this.getSize().width,this.getSize().height);
gBuffer.setColor(Color.RED);
gBuffer.fillOval(90,ypos,80,80);
scr.drawImage(iBuffer,0,0,this);
}

分析上述代码：我们首先添加了两个成员变量 iBuffer 和 gBuffer 作为缓冲（这就是所谓的双缓冲名字的来历）。在 paint(Graphics scr)函数中，首先检测如果 iBuffer 为 null，则创建一个和屏幕上的绘图区域大小一样的缓冲图象，再取得 iBuffer 的 Graphics 类型的对象的引用，并将其赋值给 gBuffer，然后对 gBuffer 这个内存中的后台图象先用 fillRect(int,int,int,int)清屏，再进行绘制操作，完成后将 iBuffer 直接绘制到屏幕上。

这段代码看似可以完美地完成双缓冲，但是，运行之后我们看到的还是严重的闪烁！为什么呢？回想上文所讨论的，问题还是出现在 update(Graphics g)函数！这段修改后的程序中的 update(Graphics g)函数还是我们从父类继承的。在 update(Graphics g)中，clearRect(int,int,int,int)对前端屏幕进行了清屏操作，而在 paint(Graphics g)中，对后台图象又进行了清屏操作。那么如果保留后台清屏，去掉多余的前台清屏应该就会消除闪烁。所以，我们只要按照（1）中的方法重载 update(Graphics g)即可：

【下载地址】

百度网盘链接：https://pan.baidu.com/s/1ohusePeSfKhSlBiMeqnMlw

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