【读书笔记《Android游戏编程之从零开始》】11.游戏开发基础（SurfaceView 游戏框架、View 和 SurfaceView 的区别）

1. SurfaceView 游戏框架实例

实例效果：就是屏幕上的文本跟着点击的地方移动，效果图如下：

步骤：

新建项目“GameSurfaceView”，首先自定义一个类"MySurfaceView"，此类继承SurfaceView，并实现android.view.SurfaceHolder.Callback 接口，代码如下

package com.example.ex4_5;

import android.content.Context;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.SurfaceHolder;
import android.view.SurfaceHolder.Callback;
import android.view.SurfaceView;

//Callback接口用于SurfaceHolder 对SurfaceView 的状态进行监听
public class MySurfaceView extends SurfaceView implements Callback{
    //用于控制SurfaceView 的大小、格式等，并且主要用于监听SurfaceView 的状态
    private SurfaceHolder sfh;
    private Paint paint;
    private int textX=,textY=;
    public MySurfaceView(Context context) {
        super(context);
        //实例SurfaceView
        sfh = this.getHolder();
        //为SurfaceView添加状态监听
        sfh.addCallback(this);
        //实例一个画笔
        paint = new Paint();
        //设置字体大小
        paint.setTextSize();
        //设置画笔的颜色
        paint.setColor(Color.GREEN);
    }

    @Override
    //当SurfaceView 被创建完成后响应
    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
        myDraw();
    }

    @Override
    //当SurfaceView 状态发生改变时响应
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,
            int height) {

    }

    @Override
    //当SurfaceView 状态被摧毁时响应
    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {

    }

    //SurfaceView 是通过SurfaceHolder 来修改其数据，所以即时重写View 的onDraw(Canvas canvas)函数，在SurfaceView 启动时也不会执行到,因此这里自定义绘图函数
    public void myDraw()
    {
        //获取SurfaceView 的Canvas 对象，
        //同时对获取的Canvas 画布进行加锁，防止SurfaceView 在绘制过程中被修改、摧毁等发生的状态改变
        //另外一个lockCanvas(Rect rect)函数，其中传入一个Rect矩形类的实例，用于得到一个自定义大小的画布
        Canvas canvas = sfh.lockCanvas();
        //填充背景色,即刷屏,每次在画布绘图前都对画布进行一次整体的覆盖
        canvas.drawColor(Color.BLACK);
        //绘制内容
        canvas.drawText("This is a Text !", textX, textY, paint);
        //解锁画布和提交
        sfh.unlockCanvasAndPost(canvas);
    }

    //重写触屏监听事件
    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
        textX = (int)event.getX();
        textY = (int)event.getY();
        myDraw();
        return super.onTouchEvent(event);
    }

}

MySurfaceView

修改MainActivity 类，让其显示自定义的SurfaceView 视图

public class MainActivity extends Activity {

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    //显示自定义的SurfaceView 视图
    setContentView(new MySurfaceView(this));
}
}

配置文件中设置应用程序为全屏

  android:theme="@android:style/Theme.NoTitleBar.Fullscreen" 

具体说明可查看代码。

2.SurfaceView 视图添加线程

在游戏中，基本上不会等到用户每次触发了按键事件、触屏事件才去重绘画布，而是会固定一个时间去刷新画布：比如游戏中的倒计时、动态的花草、流水等等，这些游戏元素并不会跟玩家交互，但是这些元素都是动态的。所以游戏开发中会有一个线程不停的去重绘画布，实时的更新游戏元素的状态。
当然游戏中除了画布给玩家最直接的动态展现外，也会有很多逻辑需要不断的去更新，比如怪物的AI（人工智能）、游戏中钱币的更新等等。

下面给上面实例中的SurfaceView 视图添加线程，用于不停的重绘画布以及不停地执行游戏逻辑。

实例效果如下：

修改后，MySurfaceView 类代码如下：

package com.example.ex4_5;

import android.content.Context;
import android.graphics.Canvas;
import android.graphics.Color;
import android.graphics.Paint;
import android.view.KeyEvent;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.SurfaceHolder;
import android.view.SurfaceHolder.Callback;
import android.view.SurfaceView;

//Callback接口用于SurfaceHolder 对SurfaceView 的状态进行监听
public class MySurfaceView extends SurfaceView implements Callback, Runnable {
    // 用于控制SurfaceView 的大小、格式等，并且主要用于监听SurfaceView 的状态
    private SurfaceHolder sfh;
    // 声明一个画笔
    private Paint paint;
    // 文本坐标
    private int textX = 30, textY = 30;
    // 声明一个线程
    private Thread th;
    // 线程消亡的标识符
    private boolean flag;
    // 声明一个画布
    private Canvas canvas;
    // 声明屏幕的宽高
    private int screenW, screenH;

    /**
     * SurfaceView 初始化函数
     *
     * @param context
     */
    public MySurfaceView(Context context) {
        super(context);
        // 实例SurfaceView
        sfh = this.getHolder();
        // 为SurfaceView添加状态监听
        sfh.addCallback(this);
        // 实例一个画笔
        paint = new Paint();
        // 设置字体大小
        paint.setTextSize(20);
        // 设置画笔的颜色
        paint.setColor(Color.WHITE);
        // 设置焦点
        setFocusable(true);
    }

    /**
     * SurfaceView 视图创建，响应此函数
     */
    @Override
    public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
        screenW = this.getWidth();
        screenH = this.getHeight();
        flag = true;
        // 实例线程
        th = new Thread(this);
        // 启动线程
        th.start();
    }

    /**
     * SurfaceView 视图状态发生改变时，响应此函数
     */
    @Override
    public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,
            int height) {

    }

    /**
     * SurfaceView 视图消亡时，响应此函数
     */
    @Override
    public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
        flag = false;
    }

    /**
     * 游戏绘图
     */
    public void myDraw() {
        try {
            canvas = sfh.lockCanvas();
            if (canvas != null) {
                // ————利用绘制矩形的方式刷屏
                // canvas.drawRect(0, 0, this.getWidth(), this.getHeight(),
                // paint);
                // ————利用填充画布，刷屏
                // canvas.drawColor(Color.BLACK);
                // ————利用填充画布指定的颜色分量，刷屏
                canvas.drawRGB(0, 0, 0);
                canvas.drawText("啦啦啦，德玛西亚！", textX, textY, paint);
            }
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        } finally {
            if (canvas != null) {
                sfh.unlockCanvasAndPost(canvas);
            }
        }
    }

    /**
     * 触屏事件监听
     */
    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
        textX = (int) event.getX();
        textY = (int) event.getY();
        return true;
    }

    @Override
    public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
        return super.onKeyDown(keyCode, event);
    }

    /**
     * 游戏逻辑
     */
    private void logic() {
    }

    @Override
    public void run() {
        while (flag) {
            long start = System.currentTimeMillis();
            myDraw();
            logic();
            long end = System.currentTimeMillis();
            try {
                if (end - start < 50) {
                    Thread.sleep(50 - (end - start));
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

}

MySurfaceView

代码说明：

(1)线程标识位

在代码中“boolean flag;”语句声明一个布尔值，它主要用于以下两点：

①便于消亡线程

一个线程一旦启动，就会执行run() 函数，run() 函数执行结束后，线程也伴随着消亡。由于游戏开发中使用的线程一般都会在run() 函数中使用一个while 死循环，在这个循环中会调用绘图和逻辑函数，使得不断的刷新画布和更新逻辑；那么如果游戏暂停或者游戏结束时，为了便于销毁线程在此设置一个标识位来控制。

②防止重复创建线程及程序异常

为什么会重复创建线程，首先从Android 系统的手机说起。熟悉或者接触过 Android 系统的人都知道，Android 手机上一般都有“Back（返回）”与“Home（小房子）”按键。不管当前手机运行了什么程序，只要单击“Back”或者“Home”按键的时候，默认会将当前的程序切入到系统后台运行（程序中没有截获这两个按钮的前提下）；也正因为如此，会造成MySurfaceView 视图的状态发生改变。

首先单击“Back” 按钮使当前程序切入后台，然后单击项目重新回到程序中，SurfaceView 的状态变化为：surfaceDestroyed -> 构造函数 -> surfaceCreated -> surfaceChanged 。
然后单击“Home” 按钮使当前程序切入后台，然后单击项目重新回到程序中，SurfaceView 的状态变化为：surfaceDestroyed -> surfaceCreated -> surfaceChanged 。
通过 SurfaceView 的状态变化可以明显看到，当点击“Back” 按钮并重新进入程序的过程要比点击“Home” 按钮多执行了一个构造函数。也就是说当点击“Back” 返回按键时，SurfaceView 视图会被重新加载 。
正因为这个原因，如果线程的初始化是在构造函数或者在构造函数之前，那么线程也要放在视图构造函数中进行。
千万不要把线程的初始化放在 surfaceCreated 视图创建函数之前，而线程的启动却放在 surfaceCreated 视图创建的函数中，否则程序一旦被玩家点击“Home”按键后再重新回到游戏时，程序会抛出异常。

异常是因为线程已经启动造成的，原因很简单，因为程序被“Home” 键切入后台再从后台恢复时，会直接进入 surfaceCreated 视图中创建函数，又执行了一遍线程启动！

能够想到的解决方法是，可以将线程的初始化和启动都放在视图的构造函数中，或者都放在视图创建的函数中。但是这里又出现新的问题，如果将线程的初始化和启动都放在视图的构造函数中，那么当程序被“Back”键切入后台再从后台恢复时，线程的数量会增多，反复多次，就会反复多出对应的线程。

那么，如果将flag这个线程标识位在视图摧毁时让其值改为false ，从而使当前这个线程的run 方法执行完毕，以达到摧毁线程的目的，但是如果点击“Home”键呢？当程序恢复的时候，程序就不执行线程了，也就是说重绘和逻辑函数都不再执行！
所以最完美的做法是，线程的初始化与线程的启动都写在视图的surfaceCreated 创建函数中，并且将线程标识位在视图摧毁时将其值改变为 false 。这样既可避免“线程已启动”的异常，还可以避免点击Back 按键无限增加线程数的问题。

Introductions

(2)获取视图的宽和高

在SurfaceView 视图中获取视图的宽和高的方法：
this.getWidth(); 获取视图宽度
this.getHeight(); 获取视图高度

在 SurfaceView 视图中获取视图的宽高，一定要在视图创建之后才可以获取到，也就是在 surfaceCreated 函数之后获取，在此函数执行之前获取到的永远是零，因为当前视图还没有创建，是没有宽高值的。

Introductions

(3)绘图函数 try 一下

因为当 SurfaceView 不可编辑或尚未创建时，调用 lockCanvas() 函数会返回null; Canvas 进行绘图时也会出现不可预知的问题，所以要对绘制函数中进行 try...catch 处理；既然 lockCanvas() 函数有可能获取为 null， 那么为了避免其他使用 canvas 实例进行绘制的函数报错，在使用 Canvas 开始绘制时，需要对其进行判定是否为 null 。

Introductions

(4)提交画布必须放在 finally 中

绘图的时候可能会出现不可预知的 Bug， 虽然使用 try 语句包起来了，不会导致程序崩溃；但是一旦在提交画布之前出错，那么解锁提交画布函数则无法被执行到，这样会导致下次通过 lockCanvas() 来获取 Canvas 时程序抛出异常，原因是因为画布上次没有解锁提交！所以画布将解锁提交的函数应放入 finally 语句块中。
还要注意，虽然这样保证了每次能正常提交解锁画布，但是提交解锁之前要保证画布不为空的前提，所以还需判断 Canvas 是否为空，这样一来就完美了。

Introductions

(5)刷帧时间尽可能保持一致

虽然在线程循环中，设置了休眠时间，但是这样并不完善！比如在当前项目中， run 的 while 循环中除了调用绘图函数还一直调用处理游戏逻辑的 logic() 函数，虽然在当前项目的逻辑函数中并没有写任何的代码，但是假设这个逻辑函数 logic()中写了几千行的逻辑，那么系统在处理逻辑时，时间的开销是否和上次的相同，这是无法预料的，但是可以尽可能地让其时间差值趋于相同。假设游戏线程的休眠时间为X毫秒，一般线程的休眠写法为：
Thread.sleep(X);

优化写法步骤如下：

步骤1 首先通过系统函数获取到一个时间戳：
long start = System.currentTimeMillis();
//在线程中的绘图、逻辑等函数

步骤2 处理以上所有函数之后，再次通过系统函数获取到一个时间戳：
long end = System.currentTimeMillis();

步骤3 通过这两个时间戳的差值，就可以知道这些函数所消耗的时间：如果(end - start) > X, 那线程就完全没有必要去休眠；如果(end - start) < X， 那线程的休眠时间应该为 X - (end - start) 。
线程休眠应更改为以下写法：
 if ((end - start) < X) {
 Thread.sleep(X - (end - start));
 }
 一般游戏中刷新时间在50~100毫秒之间，也就是每秒10~20帧左右；当然还要视具体情况和项目而定。

Introductions

上面的MySurfaceView 类继承surfaceview类，并且使用回调callback接口以及线程runnable接口。那么这里简单的说下Callback接口和SurfaceHolder 类的作用；

callback接口:

只要继承SurfaceView类并实现SurfaceHolder.Callback接口就可以实现一个自定义的SurfaceView了，SurfaceHolder.Callback在底层的Surface状态发生变化的时候通知View，SurfaceHolder.Callback具有如下的接口：

surfaceCreated(SurfaceHolder holder)：当Surface第一次创建后会立即调用该函数。程序可以在该函数中做些和绘制界面相关的初始化工作，一般情况下都是在另外的线程来绘制界面，所以不要在这个函数中绘制Surface。

surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,int height)：当Surface的状态（大小和格式）发生变化的时候会调用该函数，在surfaceCreated调用后该函数至少会被调用一次。

SurfaceHolder 类：

它是一个用于控制surface的接口，它提供了控制surface 的大小，格式，上面的像素，即监视其改变的。

SurfaceView的getHolder()函数可以获取SurfaceHolder对象，Surface 就在SurfaceHolder对象内。虽然Surface保存了当前窗口的像素数据，但是在使用过程中是不直接和Surface打交道的，由SurfaceHolder的Canvas lockCanvas()或则Canvas lockCanvas()函数来获取Canvas对象，通过在Canvas上绘制内容来修改Surface中的数据。如果Surface不可编辑或则尚未创建调用该函数会返回null，在 unlockCanvas() 和 lockCanvas()中Surface的内容是不缓存的，所以需要完全重绘Surface的内容，为了提高效率只重绘变化的部分则可以调用lockCanvas(Rect rect)函数来指定一个rect区域，这样该区域外的内容会缓存起来。在调用lockCanvas函数获取Canvas后，SurfaceView会获取Surface的一个同步锁直到调用unlockCanvasAndPost(Canvas canvas)函数才释放该锁，这里的同步机制保证在Surface绘制过程中不会被改变（被摧毁、修改）。

本例没有在该surfaceview的初始化函数中将其 ScreenW 与 ScreenH 进行赋值，这里要特别注意，如果你在初始化调用ScreenW = this.getWidth();和ScreenH = this.getHeight();那么你将得到很失望的值 全部为0;原因是和接口Callback接口机制有关，当继承callback接口会重写它的surfaceChanged()、surfaceCreated()、surfaceDestroyed(),这几个函数当surfaceCreated()被执行的时候，真正的view才被创建，也就是说之前得到的值为0 ，是因为初始化会在surfaceCreated（）方法执行以前执行，view没有的时候我们去取屏幕宽高肯定是0，所以这里要注意这一点；
 
这里把draw的代码都try起来，主要是为了当画的内容中一旦抛出异常了，那么也能在finally中执行该操作。这样当代码抛出异常的时候不会导致Surface出去不一致的状态。

3.View 和 SurfaceView 的区别

1.更新画布
在 View 视图中对于画布的重新绘制，是通过调用 View 提供的 postInvalidate() 与 invalidate() 这两个函数来执行的，也就是说画布是由系统主 UI 进行更新。那么当系统主 UI 线程更新画布时可能会引发一些问题；比如更新画面的时间一旦过长，就会造成主 UI 线程被绘制函数阻塞，这样一来则会引发无法响应按键、触屏等消息的问题。
SurfaceView 视图中对于画布的重绘是由一个新的单独线程去执行处理，所以不会出现因主 UI 线程阻塞而导致无法响应按键、触屏信息等问题

2.视图机制
Android 中的View 视图是没有双缓冲机制的，而 SurfaceView 视图却有！也可以简单理解为， SurfaceView 视图就是一个由 View 拓展出来的更加适合游戏开发的视图类。
View 与 SurfaceView 都各有其优点：
比如一款棋牌类游戏，此类型游戏画面的更新属于被动更新；因为画布的重绘主要是依赖与按键和触屏事件（当玩家有了操作之后画布才需要进行更新），所以此类游戏选择 View 视图进行开发比较合适，而且也减少了因使用 SurfaceView 需单独起一个新的线程来不断更新画布所带来的运行开销。
但如果是主动更新画布的游戏类型，比如RPG、飞行射击等类型的游戏中，很多元素都是动态的，需要不断重绘元素状态，这时再使用 View 显然就不合适了。
所以到底开发游戏使用哪种视图更加的合适，这完全取决于游戏类型、风格与需求。
总体来说， SurfaceView 更加适合游戏开发，因为它能适应更多的游戏类型。