Java中AWT、Swing与SWT三大GUI技术的原理与效率差异

Java中AWT、Swing与SWT三大GUI技术的原理与效率差异

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看了一下对Java GUI讨论的帖子，所以写了一篇文章来阐述一下各种GUI技术的优劣。
Java世界中，目前最知名的三大GUI库分别是：
1、AWT（Abstract Window Toolkit）抽象窗口工具包库，包含于所有的Java SDK中
2、Swing高级图形库，包含于Java2 SDK中
3、来自IBM Eclipse开源项目的SWT（Standard Widget Toolkit）标准窗口部件库，不包含于JDK中，需要从Eclipse单独下载

一、AWT的原理：小巧却简陋的GUI系统
AWT出现于Java 1.x中，是Java初期所内置的一种面向窗口应用的库。AWT使用的技术是对等设计模式（即Peer），其结构关系参见下图。

从这幅类关系图很容易看出AWT的技术实现和Peer设计模式。图中，黄色的类是java.awt包中的类，浅灰色部分是Java虚拟机部分，而深灰色则是Windows平台。
awt的重点是对等Peer设计模式。所谓Peer对等设计模式就是将awt控件直接对应到运行平台上的一个类似或者等同控件上。比如图中的Button类就是对应了深灰色的Windows的标准Button功能。
对等模式用于在两个控件间之间建立一个相互作用的联系，而充当纽带的则是Java虚拟机和虚拟机－GDI的接口（以Windows为例子）。所以，我们可以看出，awt首先需要经过通用的Java技术来控制图形、事件等，然后Java虚拟机再将请求传送到具体的平台图形和控件接口去交互。
对等模式的效率并不很高，因为AWT通过了虚拟机和虚拟机－GDI这两个层次来完成一个操作，经过的层次系统越多，速度和效率就越慢。而且Peer对等模式有一个致命的弱点：移植性非常差！
这就是Sun为什么要用Swing来诱惑我们离开AWT的主要原因。因为既然是对等模式，那么AWT就必须使用所有图形操作系统的图形接口功能的交集，因为 AWT的接口只有一套，所以，为了保证移植性，就只能使用所有系统都能够支持的最少特性。因而我们经常可以听见有人抱怨AWT的功能太少，图形太难看等等，这是为了保证移植性而作出的牺牲。

二、猛犸巨兽的诞生－Swing

从Java2 即Java 1.2版本开始，Sun开始在JDK中提供一套新的图形界面接口系统－Swing。所有Java爱好者都投入了对Swing的研究和迷恋。随着一大批使用Swing作为界面技术的IDE和程序出现，很快大家都意识到Swing的问题所在。
一些人认为Swing是轻量级的GUI系统，无论官方如何说，没有一个Java程序员会认为Swing是轻量级的，相反，Swing是一个非常巨大的GUI库，这一点已经是Java界的共识。
Swing的一些底层类是借用了AWT的Component、Container、Window等少数几个基础类。估计的原因是为了保持与AWT的兼容，方便大家将代码移植到Swing上。
下面是Swing的类关系图：

菊黄色类为Swing包的类。对比一下Swing的图与AWT的图，我们可以发现，Swing图中，awt体系中的深灰色Windows控件类已经被去掉了。因为Swing不再沿用Peer对等模式来实现GUI界面。
这是Swing的核心思想之一，Swing是完全基于Java自绘制图形而实现的，因而Swing的界面看起来与Windows不再有任何类似，尤其是窗口控件的样式（虽然我们也可以通过换肤来达到模拟Windows界面的效果）。
所以上图清楚的表明了Swing是一个高层的GUI系统，而不像AWT那样与运行平台技术更加靠近的系统。我们仍然用Button与Panel来做了一个例子，图中关系看出，Swing的类继承关系比AWT要复杂的多，而且Swing类大多都经过了中间的转接类－JComponent。而我们常用的JFrame则另辟蹊径，从awt的window继承了下来。
这种结构关系决定了Swing的庞大与复杂性。很多初学者都难以理解Swing的模式和结构。
Swing 中的控件都是利用Java图形功能绘制出来的，而不是对应到平台的一个具体控件实现。我们所用的所有Swing控件都是直接或者间接用Graphics绘制出来的，这种实现方式最大的好处是很灵活，我们想要什么样的控件，就直接用Graphics绘制出来就是了。
Sun之所以用这种方式来实现，是为了在不牺牲移植性的基础上加入丰富的界面交互功能。

但是缺点也很明显：Swing的速度和效率是所有GUI系统中最慢的。

JBuilder和NetBeans的IDE都是纯正的Swing界面，启动一下，然后操作一下，比如拖动窗口之类的试试，你就会明白我在说什么。
之所以导致这个结果，其原因是：
1、Swing的类层次太深，一个JFrame经过了4层的类继承关系，如果再加上虚拟机的图形功能内部实现，就有6层的转接关系，每一次的继承和转接都会消耗系统资源和速度损失。（过多的继承会降低系统的速度，因为操作子类往往是使用基类指向来完成通用操作的）
2、Swing是基于自绘制图形技术的，而Java为了保持可移植性，所以无法使用硬件加速和平台特性来加快图形操作的速度。因而Java的图形技术都是“高层”的图形技术，就好像我们用Windows GDI去做动画一样，当然速度会很慢。
三、新的曙光－SWT

应该说，稍有阅历的Java的程序员都知道很多人对Swing效率低下的抱怨。IBM赞助的Eclipse开放源码项目，搞了一个另类的GUI系统－SWT。
SWT是一个非常独特的技术，其核心思想和Windows上的DirectX如出一辙，也许SWT的程序员真的是借鉴了DirectX成功的秘诀。
下面是SWT技术原理的类关系图：

我们会看见，SWT的类关系非常直接而且易懂，有点像Delphi的API接口思想（此是我随便乱弹，与Delphi没有什么关系）。最重要的一点就是SWT的核心思想：SWT的功能实现是完全构筑在以JNI为基础的，对运行平台的直接调用封装上的。
我们可以从图中看见，SWT的功能没有通过任何Java虚拟机来操作，而是直接调用Windows GDI和Shell功能，这一点是通过JNI方法调用完成。
一定会有人说SWT破坏了java的移植思想，不过Eclipse的大范围流行，正好证明了SWT非但没有阻碍移植性，反而提高了各种操作系统对于Java GUI的利用和期待。这不能不说Eclipse项目组是充满智慧的。
在Eclipse下，plugin目录的swt目录下，你可以发现一个dll动态库文件，这个dll就是JNI方法调用库。
基于SWT技术实现的Eclipse界面不但速度很快，效率很高，而且比Swing要美观的多。这就是直接调用封装的效果。
我们看看SWT的源代码就能更加明白为什么SWT那么流行，为什么SWT的速度像飞一样快，下面是从button类中抽取的一小段代码：

代码：

---

int callWindowProc (int msg, int wParam, int lParam) {

if (handle == 0) return 0;

return OS.CallWindowProc (ButtonProc, handle, msg, wParam, lParam);

}

int windowProc () {

return ButtonProc;

}

LRESULT wmDrawChild (int wParam, int lParam) {

if ((style & SWT.ARROW) == 0) return super.wmDrawChild (wParam, lParam);

DRAWITEMSTRUCT struct = new DRAWITEMSTRUCT ();

OS.MoveMemory (struct, lParam, DRAWITEMSTRUCT.sizeof);

int uState = OS.DFCS_SCROLLLEFT;

switch (style & (SWT.UP | SWT.DOWN | SWT.LEFT | SWT.RIGHT)) {

case SWT.UP: uState = OS.DFCS_SCROLLUP; break;

case SWT.DOWN: uState = OS.DFCS_SCROLLDOWN; break;

case SWT.LEFT: uState = OS.DFCS_SCROLLLEFT; break;

case SWT.RIGHT: uState = OS.DFCS_SCROLLRIGHT; break;

}

if (!getEnabled ()) uState |= OS.DFCS_INACTIVE;

if ((style & SWT.FLAT) == SWT.FLAT) uState |= OS.DFCS_FLAT;

if ((struct.itemState & OS.ODS_SELECTED) != 0) uState |= OS.DFCS_PUSHED;

RECT rect = new RECT ();

OS.SetRect (rect, struct.left, struct.top, struct.right, struct.bottom);

OS.DrawFrameControl (struct.hDC, rect, OS.DFC_SCROLL, uState);

return null;

}
 

我想任何一个有点Windows编程知识的人都会惊讶SWT的方式和做法，LRESULT、WindowProc都是做什么的，我想不用我多说了。我第一次看见SWT的代码时，惊讶的张大了嘴，我实在无法想象SWT项目组敢于将Java技术与Windows平台结合到如此紧密（当然，Linux平台版本也同样的结合紧密）。我居然在SWT里发现了一个叫Tray的类，猜猜看它是干什么的？Tray可以让你在java程序中显示一个任务栏图标，极度晕眩！
我想，不用再继续介绍SWT了，你一定也很兴奋，从SWT开始，JavaGUI并不一定意味着缓慢、低效率、弱小的功能，Windows程序的眩目与速度，Java程序也可以拥有，这就是SWT的价值。
更加重要的是，SWT打破了长久以来人们对于移植性的误区，似乎移植性就只能使用少到可怜的功能，我们也可以用JNI来拥抱Java的世界，我想，将来不仅仅是界面会借助JNI的方式，也许我们的很多Java思想都会悄悄的发生改变，也许有一天我们的Java代码可以运行的像VB一样快，这种思想意识的变革就是SWT的价值。

至于Swing的结局，我不知道，但是我知道我更加喜欢轻量级的而且快速的SWT，给你的程序多一个选择吧。