本文概述
前言
许久了，终于又回头学下Java GUI编程，当初学的时候就觉得用处不大。Java GUI确实应用场合很少，开发桌面端它比不上QT，而且默认界面比较丑，当然现在出了JavaFX界面漂亮了很多。但是目前还是很少接触Java GUI的开发，所以学习Java GUI编程的理由是什么？从应用上说，平时需要用到的一些工具可以用Java开发，GUI辅助，还可以作为MVC和MVP的项目练习，对于我个人来说主要是这个作用，所以我不打算花过多时间在Java GUI上，本文针对Java Swing一次性把核心的东西分析完。
另外的问题是，既然有JavaFX了为什么还要用Java Swing？因为我目前还是用Java 8，而JavaFX在Java 8中还不算成熟（参考知乎），如果你要用JavaFX，则最好使用Java 8以后的版本，而且我打算长期都是使用Java 8。
既然使用Java 8，那Swing这丑陋的界面该如何解决？使用主题或者你可以设置Look And Feel，这里使用FlatLaf主题。再说，牛逼轰轰的IDEA也是用Java Swing，这大概是看过最好看的Java Swing界面了，FlatLaf也是模仿它的。
Event Loop事件循环
如果只是讨论Java Swing的使用，那本文就可以提前结束了，因为就GUI布局来说并不难。这里想要说一下普遍意义上的GUI中的事件循环Event Loop，GUI平台一般包括：桌面端、移动端和Web。而这些GUI程序基本都有一个共同的特征：Event Loop。
正常情况，我们编写一个程序，然后启动运行，执行完就结束了，例如命令行程序。但是GUI程序启动运行并不会马上结束，原因主要是因为程序中有一个Loop，这个Loop保证只有用户请求退出程序的时候才结束，简单来说这个Loop就是一个while循环。
GUI程序有两个主要任务：绘制界面和事件处理，其主要代码可简化为：
while(!exit()) {
drawWidget();
Events events = requestEvent(eventProvider);
dispatch(eventHandler, events);
}GUI程序需要不断重绘UI组件，我们平时很少接触UI重绘，但是有些情况例如自定义绘制控件会接触到重绘的方法，包括iOS、Android、Web和桌面端都有，重绘控件保证我们在屏幕上看到的控件是友好的。
另外，尤其是在游戏开发中，对重绘的要求比较高，例如重绘的频率，如果界面来不及重绘，那么界面就卡住了。
除了绘制界面，另外一个就是处理事件或消息，这些事件包括所有输入程序的消息，例如键盘、鼠标等，事件会有对应的事件提供者提供给当前程序。Event Loop运行时会向事件提供者发送请求，如果没请求到事件，则会一直阻塞。如果请求到事件，则把该事件分发给事件处理器进行处理，如下图：
由上面的代码你可以看到，如果用户一直没有输入，则程序处于阻塞状态。一般地，多数平台的GUI其UI重绘和事件分发都是在同一个线程中的，或者你听过类似UI线程的概念。
问题是，如果事件处理器和当前Loop处于同一个线程，例如用户点击按钮（输入事件）请求HTTP数据（在事件处理器中进行），这时HTTP请求时间过长，当前程序就一直卡住了，为什么？因为这个HTTP请求和UI绘制是在同一个线程中。你要输入程序的其它操作要等待当前HTTP请求完成，程序才会继续响应事件。一般GUI平台可能不允许你这么做，或超时会直接抛出异常，告诉你：耗时操作不要在UI线程上运行。
普通任务、耗时任务和UI更新
上图中的事件提供者（event provider）提供的事件或消息，其主要数据结构相当于一个任务队列，任何用户输入会被封装成一个任务添加到队列中。当前线程从队列中取出任务进行处理，而这些任务通常使用类似Runnable的封装。
对于一些普通的任务：例如设置界面、更新字体等等，这些都是UI更新的操作，UI更新操作只能在UI线程中进行，这些都属于非耗时任务。GUI程序只是简单地更新一下UI组件，然后重绘UI，接着继续等待用户输入，这是没有问题的。
但是如果用户请求的是一些耗时的任务，如HTTP请求，耗时的数据库操作，或其它一些比较耗时的逻辑，则不能在UI线程中操作。一般地，我们的编程方式是：执行耗时任务，然后更新UI。解决方法是：新建子线程处理耗时任务，但是更新UI仍然只能在UI线程中更新（不能在子线程中直接更新UI，例如直接调用Button的相关函数更新）。
这是不是很困惑？在子线程中完成任务后如何在UI线程中更新UI呢？我们可以封装一个Runnable任务，将这个任务丢到事件任务队列中就行了，这样Event Loop会自动从队列中取出，并在UI线程中执行。
在Java Swing中实现UI更新的方法是使用SwingUtilities.invokeLater和SwingUtilities.invokeAndWait，它们的使用的区别说明如下：
SwingUtilities.invokeLater(Runnable); // 添加任务到队列, 并继续在当前线程中执行
SwingUtilities.invokeAndWait(Runnable); // 添加任务到队列中, 并在当前线程中等待, 直到该任务运行完成再继续执行这两个函数一般在子线程中调用，如果在UI线程中调用invokeAndWait，这会把UI线程都阻塞住。
我们可以推测：所有GUI编程更新UI的方式都是：在子线程中把更新UI的逻辑作为一个任务添加回事件/消息任务队列中，让Event Loop取出进行处理。
Event Loop有另外一些不同的称呼，例如Run Loop，iOS中就是这个名称，而iOS开发中子线程更新UI也是类似这个这个逻辑：往UI线程的任务队列添加任务。
在Android中Event Loop称为Looper，它也有自己的任务队列，将更新任务添加到UI线程的任务队列的方式有多种，最直接的是使用Handler.post方法。
Java Swing基础编程
Java Swing主要类结构
Java Swing的主要基类为Component，这本身属于AWT的。任何Component及其子类都是UI组件，都可以显示到屏幕上。Container是Component的直接子类，这是一个容器类，该类及其子类都可以作为容器添加其它的Component组件。
下面是Java Swing的主要类结构：
其中Panel是一个面板类，它是不可视的，一般我们将需要的组件添加到Panel中，而不是添加到Container中。一般一个窗口拥有一个或几个Panel，Panel作为控件的基础容器。
Window是一个窗口类，表示一个承接界面元素的组件，常见的窗口组件包括JFrame和JDialog。创建一个操作界面以JFrame为核心，例如可以直接new一个JFrame，或者继承JFrame进行编程。
JComponent及其子类表示Java Swing的所有组件，swing组件相对于AWT的主要区别体现在这里。
另外Swing还提供一些辅助类，这些类封装一些基础信息供组件使用，例如Graphics、Color、Font、Dimension、LayoutManager等。这些类的使用比较简单，你可以查看API文档获得更全面的描述。
GUI布局：Java Swing布局
GUI布局是一件非常烦杂、烦恼的工作，为了使这项工作能够更为顺利一点，首先我建议一定要预先做好需求文档，例如准备好交互原型图。不然的话，这设计界面也不知道在做什么，调来调去，时间很快就过去了。
拿到原型图后，本人建议的方法是根据原型图画一下简单的矩形线框，如下图：
对于这些所有矩形采取集合的方式处理：
- 任何矩形集合不包含其它矩形的作为基本矩形集合，这样的集合一般对应一个最简单的控件元素。
- 包含一个或几个矩形的作为一个容器处理，一个界面可能会用到多个容器，另外也不要怕添加了冗余的容器。
- GUI布局的意思是，确定一个容器，对该容器的直接子集选择一个布局类型进行布局，要注意是直接子集（直接的子容器或控件元素）。
- 布局的基本步骤为：创建一个容器，然后往容器中添加基本控件元素，最后选择一个布局。布局的方向建议从上而下，意思是先从界面底层的最简单容器开始，最简单容器直接包含控件。
- 一个可能的快速布局方式是：选择一个容器，一个容器对应一个Panel，分析该容器的直接组件。如果这些组件是连续均匀排布的可以选择流式布局或盒布局或网格，如果是非连续的布局，可以使用边界布局或卡片布局。
Java Swing支持5中布局：FlowLayout、BorderLayout、GridLayout、BoxLayout和CardLayout。
FlowLayout
流式布局，组件在容器中依次连续按行排列，排满一行自动换行。另外可以指定组件对齐方式，例如往左对齐。该布局的主要特点是：容器中的每个组件是水平连续的。
private JPanel flowLayout() {
JPanel flowPanel = new JPanel();
flowPanel.add(new JButton("Title"));
flowPanel.add(new JLabel("Label"));
flowPanel.add(new JTextField("Input"));
flowPanel.add(new JTextArea("Text..."));
FlowLayout flowLayout = new FlowLayout(FlowLayout.RIGHT, 12, 12);
flowPanel.setLayout(flowLayout);
return flowPanel;
}BorderLayout
该布局将容器中的组件按照靠上下左右的方式布局，该布局的主要特征是：同级组件靠边布局，所以叫做边框布局。
private void borderLayout() {
Container borderPanel = getContentPane();
borderPanel.add(new JButton("Button1"), BorderLayout.EAST);
borderPanel.add(new JLabel("Title1"), BorderLayout.WEST);
borderPanel.add(new JButton("Button2"), BorderLayout.NORTH);
borderPanel.add(new JLabel("Title2"), BorderLayout.SOUTH);
}GridLayout
该布局使所有组件以网格或表格的形式显示。
private void gridLayout() {
GridLayout gridLayout = new GridLayout(4, 3);
setLayout(gridLayout);
for (int i = 0; i < 12; i++) {
add(new JButton(i + ""));
}
}BoxLayout
将容器中的组件水平或竖直排成一行或一列。
CardLayout
卡片布局，任何时刻只显示一张卡片，该布局可以制作如轮播图的界面效果。
其它更多的布局可以查看API文档，找到AWT中的LayoutManager接口，查看器子类可以获取更多更灵活的布局。
Java Swing图形绘制
Java Swing中使用Graphics类进行绘制，该类是一个抽象类，直接子类为Graphics2D。绘图坐标（在一个容器中）：右上角为坐标原点，水平向右为X坐标递增方向，垂直向下为Y坐标递增方向。
任何时候需要显示组件，JVM会自动为该组件创建一个Graphics对象，然后传递该对象来调用paintComponent来显示图像，paintComponent是组件的一个protected方法。为了在组件上绘图，我们需要扩展JPanel类，并覆盖paintComponent方法。
一个简单的例子如下：
public class MyPanel extends JPanel {
@Override
protected void paintComponent(Graphics g) {
super.paintComponent(g);
g.setColor(Color.WHITE);
g.drawString("My Panel", 12, 12);
g.drawLine(30, 30, 100, 200);
}
}另外要提到的一个方法是repaint，当你需要更新绘制的方式时，应该使用repaint告诉系统进行重绘。例如提供一个public的方法，自定义设置不同的背景色，这时候应该很实用repaint，但是不能显式调用paintComponent，也不能重写repaint方法。
更多的绘图API你可以查看API文档，这里就不一一描述了，使用代码绘图需要非常细心，并且需要一些数学思维。
GUI事件驱动程序设计
Java Swing事件驱动的主要概念包括：
- 事件源（Event Source）：发生事件的来源，一般是一个组件，例如JButton，JLabel。
- 事件（Event）：事件有很多种类型，而且这里事件的概念是非常广义的，广义上说，能够添加进事件队列的任务都算是事件。UI事件常见的有鼠标、键盘、输入等等。Swing中事件的基类是EventObject。
- 事件监听器（Event Listener）：用来处理事件的回调接口，一般可以在该回调函数中获取事件源。给一个事件源或组件添加事件监听器的方法是使用addXListener方法。
GUI开发模式：MVC和MVP
MVC和MVP是GUI开发中使用的设计模式，也是最为良好的模式。MVC指的是Model-View-Controller，MVP指的是Model-View-Presenter，MVP是MVC的升级版，其中：
- View：视图，主要负责视图的绘制、获取用户输入、更新视图，Swing中指的是Component，就是主要的视图所在。
- Controller/Presenter：控制器/处理器，用于处理主要的业务需求，获取用户输入，调用Model提供的数据服务，处理完成后更新View中的视图。
- Model：数据服务层，用于为当前需求提供主要的数据操作，比较多提到的例如数据库操作。
MVC是一个比较传统的设计模式，其视图可以和控制器或模型一起互动，虽然比较乱，但是我认为这不是用MVP的主要原因。主要原因应该是MVP更适合测试，MVP中的视图只与Presenter互动，对照需求文档，使用TDD开发，MVP是理想的选择，虽然还有其它变体，但是不得不说，MVP适合大多数的GUI开发场景。
另外一个想要说是Model层，很多人把Model作为数据服务层，我认为这是没问题的。但是我认为Model不限于提供数据库的数据，它是广泛意义上的数据服务，例如HTTP请求、数据库、网络服务、复杂算法操作等。反正只要Presenter认为需要一些外部数据服务，在其中调用的其它数据操作都属于Model层，而Presenter是我们直接完成需求的地方。
总结
其它关于Swing组件的使用可以参考Java API文档，整体不难。GUI编程比较重要的概念，包括本文谈到的Event Loop、事件/消息队列、UI线程、UI更新、GUI布局方法和GUI MVP开发模式。
本人的一些经验，在设计界面的这一阶段非常烦人，不知为何，我有时要搞很久，真的是非常讨厌。不过设计界面的话，推荐尽量使用可视化编辑器开发，例如IDEA默认提供Swing UI Designer，还有一个更优秀的插件：JFormDesigner。
好吧，先到这里，设计界面没有太多东西要说的，都是体力活。
