Java双缓冲技术

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：{paint(scr);}这样就避开了对前端图象的清屏操作，避免了屏幕的闪烁。

虽然和（1）中用一样的方法重载update(Graphics g)，但（1）中没有了清屏操作，消除闪烁的同时严重破坏了动画效果，这里我们把清屏操作放在了后台图象上，消除了闪烁的同时也获得了预期的动画效果。

2、重载update(Graphics g)实现双缓冲：这是比较传统的做法。

也是实际开发中比较常用的做法。

我们看看实现这种方法的代码（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){scr.setColor(Color.RED);scr.fillOval(90,ypos,80,80);}重载update(Graphics scr)函数：{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);paint(gBuffer);scr.drawImage(iBuffer,0,0,this);}分析上述代码：我们把对后台图象的创建、清屏以及重绘等一系列动作都放在了update(Graphics scr)函数中，而paint(Graphics g)函数只是负责绘制什么样的图象，以及怎样绘图，函数的最后实现了后台图象向前台绘制的过程。