如果您看过 Java 的早期版本，并得出结论认为其 GUI 开发工具包尚未完全成熟，那么现在是时候再次审视它了。

Java 基础类 (JFC) 随 Java 1.2 版本引入，将 Java 推向了一个新的高度，使其可以轻松地与 Motif 和 MFC 在专业 GUI 开发领域展开正面竞争。如果您已经了解 Java 语言，那么 JFC 在编程的简易性方面可以轻松击败 Motif 和 MFC。在本文中，我将展示使用 vi 编辑器和 Java 开发工具包 (JDK) “手动”开发的代码。许多更高级的开发工具和 GUI 构建器可用于使这项工作更加轻松。

可移植性是系统设计人员的圣杯之一。1980 年的 UCSD Pascal 系统编译成可移植的 P 代码，可以在当时大多数微型计算机系统上解释执行。C 语言和基于 UNIX 操作系统 Linux 都变得流行，因为它们可以在各种平台上运行。最新的后来者是 Java。Java 程序从源代码编译成“字节码”，这是一种可移植且紧凑的机器表示形式，代表程序员编写的可执行语句。

C 和 C++ 是开发人员社区中众所周知的语言。为了帮助开发人员快速轻松地入门，Java 借鉴了 C 的大部分语法和 C++ 的相当一部分语法。所有基本语法运算符（如 +, -, *=, (), {} 等）都可以工作。对于希望理解 Java 的 OO 语法的 C 程序员来说，可以将对象视为与函数关联的 struct 结构。请注意，所有方法（函数）都是对象的一部分，因此语法

objectName.function(args);

通常使用。与 C 最显著的区别之一是缺少指针、malloc 和 free。

在我们需要访问内存中特定位置的字的时代，指针是必要的，但这也导致了大量难以阅读和维护的代码。malloc 和 free 函数为 C 提供了用于分配和释放内存的低级范例。Java 摒弃了这两者；由于 Java 程序是为 Java 虚拟机编译的，在 Java 虚拟机中，地址在编译时是未知的，因此没有指针。这具有有益的副作用，即排除了基于跳转到 BIOS 或系统磁盘格式化例程的病毒；该语言或底层虚拟机中不存在引用真实内存中特定位置的语法。

与 C++ 中一样，内存分配由运算符 new 处理，它类似于 malloc，但只能用于分配对象和数组。但是，内存的释放是自动的；没有 free 或 delete 可用，内存由运行时的一个“垃圾收集器”例程回收。听起来它让你失去了更少的控制权，但是如果你编写 C 代码，你可能不会抱怨局部变量在进入和离开函数时被分配和释放。Java 只是将这个概念扩展到数组和对象，这使得程序更可靠。

int foo() {
int i;   i is allocated "someplace" in
         memory (or register)
         do something with i
}        i is automatically reclaimed

Java 是一种面向对象的语言，它继承了 C++ 和 Smalltalk 的传统。Java 消除了一些 C++ 运算符，但有经验的 C++ 程序员可以轻松地将其技能升级到这种新语言。

Java 没有采用 C++ 的多重继承，而是提供了“接口”，接口具有规范的多重继承，但不具有实现的多重继承。这可能比 C++ 更强大，因为它允许对对象进行多重视图；也就是说，一个类可以实现多个接口，并且可以通过任何这些类型名称传递，仅公开实现该接口的对象已知的方法。这可以提供比传统 C++ 多重继承更高的类型安全性。

如果您想要一个完整的编程环境，Java 就能满足您的需求。例如，Java 程序没有使用本机 C 库，而是使用了 java.lang 中的类和方法，java.lang 是 Java 语言特性的类包。一个例子是 String——像 “Hello, world” 这样的普通带引号的字符串编译成 String 对象，String 类有诸如 compareTo、equals、substring、startsWith/endsWith 等方法。无需再担心 bcmp 与 memcmp 的区别；Java 提供了一组在任何地方都适用的方法。AWT 是本文的大部分内容的主题，它提供了一个可移植的图形用户界面层。Java.util 是一个实用程序例程包，例如随机数、集合类等。

在当今的地球村中，软件能够在任何区域设置中运行非常重要。国际化是“Java，互联网编程语言”的基础。因此，字符串和字符是 16 位 Unicode 而不是 8 位 ASCII，这并不太令人惊讶（请参阅 http://www.unicode.org/）。可能让您感到惊讶的是，Java 标识符可以用 Unicode 字符编写，这样任何语言的程序员都可以编写对其有意义的标识符（假设他们有一种输入字符的方式）。

如果需要数据库访问，Java 提供了 Java 数据库连接 (JDBC) 来访问关系数据库。它的模式松散地基于 Microsoft ODBC，但在更高的层次上运行。甚至还有到 ODBC 的桥梁，因此即使 Java 驱动程序尚不可用，您也可以访问 ODBC 数据库。（请参阅 Manu Konchady 的“使用 Java 进行数据库连接”，LJ 1998 年 11 月刊。）

为了满足快速应用程序开发的需求，JavaBeans 支持在 GUI 构建器中从可重用组件组合程序。不仅 GUI 的布局，而且整个应用程序在许多情况下都可以通过可视化地指示事件（例如按钮按下）和软件组件（例如电子表格、图形 Bean 或 HTML 查看器）之间的关系来“编写”。由于 ActiveX 市场没有像预期的那样增长，许多 ActiveX 开发人员正在将其组件转换为可移植的 JavaBeans。由于基于 Bean 及其应用程序可以在任何 UNIX、Linux 或 *BSD 系统上运行，这对 Linux 开发人员来说只能是好消息。

但是 Java 不是专有的吗？嗯，虽然 Sun 发明了 Java 和许多伴随它的技术，但它可以被称为“开放”技术。老用户会记得 Sun 如何通过使其 NFS 成为公共规范来主导 UNIX 分布式文件系统，甚至免费提供 NFS 底层的 RPC 和 XDR 层的源代码。从一开始，Java 语言的规范以及编译后的类文件的规范和格式都是公开可用的，公共 API 的源代码已包含在可免费下载的 JDK 中。编译器、运行时解释器和 API 内部部分的所有源代码都可以在非披露协议下免费获得，该协议允许免费重新分发二进制文件。没有这个，很可能就不会有适用于 Linux、SunOS4.1 或 *BSD 的 Java。事实上，有几个：JDK 端口、Kaffe 端口和其他端口。此外，许可旨在鼓励“开放 API”概念。阅读 JDK 许可条款第 2 条的摘录，每个使用 Sun 的 JDK 或任何衍生产品的 Java 开发人员都必须同意

正因为如此，自由软件社区的成员对 Java 的反应与对 Linux 的反应一样热情。有几个免费编译器、至少一个免费解释器和许多免费库可用。甚至商业公司也在免费提供一些库。探索 Java 免费软件（和付费软件）的好去处是 Gamelan（发音为 Gamma-LOHN），网址为 http://www.developer.com/。我自己的贡献包括 Jabadex（一个类似 Rolodex 的应用程序）、一组 X 颜色名称（Java 的 AWT 只有 13 种命名颜色）和其他（请参阅 http://www.darwinsys.com/freeware/）。

最近，Sun 宣布了更宽松的许可——Sun 社区源代码许可——据推测是模仿 Mozilla 许可证。它不是 BSD 版权或 GPL，但它更进一步。请参阅 http:java.sun.com/ 并查找许可。

Java 的开发人员希望 Java 的一切都是可移植的，包括如何处理 X Window 系统、MS Windows、Macintosh 和其他窗口系统。抽象窗口工具包是他们提供的解决方案。他们没有从编写在任何地方都有效的组件开始，而是编写了一个 GUI 组件库，它是三大系统提供的功能的最小公分母。它在每个平台上都使用了底层的本机组件，因此它会“看起来和感觉起来”像一个本机应用程序。这是用户接受的一个重要方面——如果用户必须学习一个全新的 GUI 才能使用您的软件，他们可能不会费心。这种方法限制了您在早期版本的 Java AWT 中可以做的事情，但对于较新版本，情况不再如此。JFC 组件使 Java 站在了功能齐全的 GUI 开发环境的最前沿。

自 1995 年首次公开发布以来，Java 的受欢迎程度一直在提高。1.0 版本包含 Applet API、基本窗口工具包 (AWT) 和众多其他 API。1.1 版本于 1996 年秋季发布，增加了大量新功能，包括国际化、GUI 控件与其操作处理代码之间更好的耦合、文本格式化和数百个新类。JDK1.2 在撰写本文时（1999 年 1 月）刚刚发布。JDK 1.2 版本也称为“Java 2”，包括 Java 基础类 (JFC)。JFC 包括 Swing GUI 类（本文的重点）、一些使残障人士更容易使用计算机的可访问性功能、2-D 图形包和原始 AWT。

2-D 图形可以被认为是 Java 的 PostScript。如果您做过任何 PostScript，您就会知道它实际上是两件事：一种脚本语言和一个标记引擎。由于 Java 已经提供了一种强大的编程语言，2-D 开发人员只需要提供“标记引擎”（在纸上标记）、变换、合成和其他花哨的图形以及一套扩展得多的字体。但是，它是以向后兼容的方式实现的：Graphics2D 对象是从 Graphics 对象子类化的。这为 Java 开发人员和用户提供了十年桌面出版发明的所有花哨的图形功能，所有这些都以平台无关的方式实现。

JFC 的 Swing Set 部分以 20 世纪 40 年代以 Duke Ellington 等伟人彻底改变流行音乐的音乐风格命名（提示：一个名为 Duke 的类似企鹅的生物是 Java 的吉祥物和标志）。Swing 有许多功能，包括

图 1 和图 2 是颜色选择器（带有工具提示）和 TreeView 程序的 UNIX 屏幕截图；这些示例以及此处显示的所有其他示例的源代码都在 FTP 站点上。

图 1. 颜色选择器

图 2. TreeView 程序

Java 1.1 的外观和感觉与底层操作系统相同。在 Motif 上，它的菜单和按钮看起来像 Motif 小部件；在 MS Windows 上，它们看起来像 Microsoft 小部件；在 Macintosh 上，像 Macintosh 小部件。它们确实是本机平台的窗口小部件。使用名为 “Peers” 的 Java 接口，1.1 程序构建并使用本机工具包组件，但开发人员永远不必考虑它。您只需使用 AWT 组件编写代码即可。

在 1.1 版本使用一段时间后，JavaSoft 的某人决定对开发人员进行民意调查。显然，50% 的人对现状感到满意，另外 30% 的人赞成与平台无关的外观和感觉，而剩下的 20% 的人希望能够提供自己的公司外观和感觉，使其在所有平台上都相同。Swing set UIFactory 就是结果。所有 Swing 组件都具有可设置的外观和感觉。外观和感觉由一个由名为 UIFactory 的类生成的组合 View-Controller 对象提供。UIFactory 功能强大——它可以动态地创建和应用新的 UI 对象，从而使程序可以按需更改其外观和感觉。我们的演示程序（见下文）有一个按钮，可让您在几种“外观和感觉”样式之间进行选择。Motif 模拟包含在 JDK 中。“Metal” 风格是 JavaSoft 开发的一种更清晰的外观。MS Windows 95 和 Macintosh UI 的专有外观和感觉的实现是可用的，但仅在这些平台上可用（出于许可而非技术原因）。

当您切换时，整个 UI 将以新的外观重新绘制，而不会丢失您到目前为止所做的任何选择。这是一个非常令人印象深刻的操作。OPEN LOOK 或 NextStep 等其他外观和感觉类也是可能的，甚至是可能的。我看到 Swing 的唯一缺点是它的性能。不要期望 Swing 应用程序像本机 C/C++ Motif/MS-Windows/Macintosh 应用程序那样流畅，尤其是在启动时间方面。但是，一旦应用程序启动，Swing 应用程序在具有足够内存的现代计算机上运行速度是可以接受的。

Java 可用于创建多种程序。最早引起广泛关注的程序之一是 Web Applet，它通过嵌入在网页中来动态扩展 Web 浏览器的行为。Java 也可用于制作 Web Servlet、后台 TCP 或 UDP 服务器或普通的基于 GUI 的桌面应用程序。后者最容易演示，因此我们将使用它们作为示例。我们在此处说的大部分内容也适用于 Applet 的 GUI 部分。

最简单的应用程序可能是一个带有退出按钮的窗口，当您运行时，它会退出。最简单的程序形式如 清单 1. 所示。

在此清单中，类 ButtonDemo1 既是“模型”（数据处理代码），又是“操作侦听器”，即响应用户事件（例如按下按钮）的代码。“类”扩展了 JFrame“，以便它可以成为顶级窗口。此外，它”实现了 ActionListener“，以便它可以提供按钮按下时调用的 actionPerformed 方法。

图 3. 按钮

图 4. 演示按钮

让 GUI 布局成为自己的操作侦听器对于玩具应用程序来说效果很好。actionPerformed 方法必须以某种方式找出按下了哪个按钮。在这里并不难，但扩展性不好：随着代码变得越来越大，管理 GUI 组件之间的所有交互变得很困难。因此，最好让每个组件都有自己的操作侦听器。一种方法是使用 Java 的 “内部类”：在一个类内部编写另一个类。内部类在语法上类似于 Pascal 等语言中的嵌套过程。在清单 2 中，我只是添加了第二个按钮并重构了代码，以便每个按钮都有自己的侦听器。

清单 2. 带有内部类 ActionListener 的演示按钮

现在我们可以编写第三个版本（未显示，但在 FTP 站点上的存档文件中可用），该版本使用 CheckButtons 而不是 JButtons。此版本不会退出，但会更改列出的 GUI。

每个按钮的操作侦听器只是使用正确的完整类名称调用 UIManager 类的 setLookAndFeel 方法和实用程序类的 updateComponentTreeUI，并传入顶级窗口（JFrame 子类）。这会将树中的所有组件更改为以新选择的外观和感觉显示。由于某些组件可能需要不同的尺寸，我们再次调用 JFrame pack 例程，该例程计算所有组件的尺寸并使主窗口足够大以容纳所有组件。

这以及对其他 “操作” 组件的工作知识足以开始编写可移植的基于 Java 的 GUI 应用程序。但是，在我们能够着手开发大规模应用程序之前，我们必须考虑代码的组织和分区，理想的处理方法是使用一种称为 MVC 或模型-视图-控制器的范例。

模型-视图-控制器为将基于 GUI 的应用程序的功能分离为三个组成部分提供了一个强大的模型。简而言之，模型是跟踪数据的代码。视图是在屏幕上显示模型的代码。控制器是响应用户操作（例如鼠标单击、按钮按下等）的代码。这种分离最初于 1988 年正式用于 Smalltalk-80，现已成为面向对象开发人员构建基于 GUI 的应用程序的主要模型。这是有充分理由的：它将代码划分为三个（或更多）相当小的模块。它提供了最大的灵活性——可以有多个视图和多个控制器。例如，在幻灯片放映程序中，您可能有幻灯片放映视图和幻灯片排序器视图。两者中的任何一个或两者都将是可见的，每个都在自己的窗口中。使用 MVC，对其中任何一个的更改都将立即反映在所有视图中。因此，以结果为导向的方式看待 MVC 是一种使数据的所有视图在数据更改时动态自我更新的方式。

让我们以幻灯片放映程序为例，我称之为 JabberPoint（与 PowerPoint 完全无关）。主程序（请参阅 清单 3）只是创建模型、视图和控制器，然后将它们连接在一起。

数据或模型由一个名为 JPModel 的类维护。它只不过是一个字符串数组，只是每行都与一个样式相关联。该模型还具有某些其他数据，例如当前幻灯片编号。此外，它还具有用于更新数据的方法。此版本的程序没有任何幻灯片编辑功能（我仍然使用 vi 编辑器来编辑演示文稿的文本），但它确实在模型中具有更改当前幻灯片编号的方法。

请注意，这不是完整的源代码，而只是显示 MVC 架构所需的片段。如果您想要编译或使用的完整源代码，请访问课程作者的网站（请参阅侧边栏）并单击“免费软件”的链接。

模型的一部分 Model.java 如 清单 4. 所示。

最简单的视图是 SlideShow 视图，它只是用大字母绘制当前页面。此视图是一个可以嵌入到 Frame 或 Applet 中的组件。

它如何知道其数据已更改？请注意方法 update。这不是 AWT 的 update 方法，而是 Observable 接口的一部分。此更新只是保存作为 Slide 传入的数据，并调用 AWT 的 repaint，它将调用清单中它下面几行的 paint 方法。

可以有多个视图。幻灯片放映程序通常有三个视图：幻灯片放映（我们实现）、大纲和排序器（我们尚未提供）。这些中的每一个都将是一个不同的视图，并且将注册为模型的观察者，如上所述。您可以使用 CardLayout 或某种 Tab Layout 管理器在它们之间切换，或者它们可以各自位于一个 Frame 中。由于它们使用 Observable/Observer，当您在一个窗口中更新数据时，它将立即在所有窗口中更新。

当用户执行某些操作时，将调用控制器。KeyController.java 是一个简单的控制器，它响应 PageUp 和 PageDown（或 Enter）并根据需要向上或向下移动当前页面。它与

frame.addKeyListener(new KeyController(model));

控制器不必是显式侦听器。例如，我们可以使用 MenuBar 作为侦听器，并使用语句将其连接起来

frame.setMenuBar(new MenuController(view,model));

我们可以添加其他功能，例如 loadFile。当我们开始编写此程序的编辑部分时，我们可以向模型添加诸如 saveFile、newFile 等方法，并从此处调用它们。

一个复杂的问题是，MenuController 可能需要访问顶级框架（仅用于创建对话框的目的），但视图是框架内的组件，我们不希望 View 对其环境了解太多。解决此问题的一种方法是将框架传递到 MenuController 的构造函数中；另一种方法是让视图具有 getFrame 方法。

模型、视图和控制器通常与 main 程序绑定在一起；JabberPoint.java 中设置此部分的代码显示在 JPMain 方法中，JPMain 是清单 3 中的 “构造函数”。

MVC 可能比这更复杂，尽管我们在这里介绍了基础知识。有关极其强大（和出色）的示例，请参阅 JFC/Swing 组件 JTable 和 TableDataModel。事实上，我们将在简单的 UNIX 管理工具中使用它们。

在这里，我们介绍一个简单的 Linux/UNIX 管理工具示例，该程序用于查看密码和组文件信息。用一种可移植的语言编写特定于系统的管理工具似乎很奇怪——这个工具将在大多数 UNIX 变体上工作。无论如何，Java 是一种很好的编写语言，JFC GUI 组件为更广泛的受众带来了强大工具的创建。特别是，此工具将让我们展示 JTable 小部件，该小部件提供了电子表格的大部分屏幕功能，包括动态排列的列和其他不错的选项。

由于 Java 是可移植的，因此它不提供用于读取系统密码文件的 API。我们设计并编写了一个 PW 类，该类具有与系统密码解析器返回的 C 语言结构相同的公共成员。我们还提供了一个 “PWReader” 类来读取它们，并提供了一个简单的实现，该实现仅从传统格式的密码文件读取。这不适合在大多数系统上用于生产，但可以用作简单的演示。由于这些读取器不影响 GUI，因此我们在此处不详细讨论它们，但两者的代码都在线。

由于我们希望这是一个 “好” 的应用程序，并且可能是以后通用的 UNIX 用户数据库编辑器（读取、写入、验证）的基础，因此我们将从一开始就根据模型-视图-控制器范例设计它。我将此程序称为 Ued，最初是为了纪念 1982 年左右在多伦多大学编写并由我的同事 Geoffrey Collyer 维护了一段时间的较早程序。我的程序与那个较早的 ued 没有共同的代码。UedModel 类（请参阅 UedModel.java）是程序的用户数据部分。UedView 在屏幕上显示用户或组的列表。UedControl 响应用户修改数据的请求。主要要注意的是它呈现的外观和感觉（参见图 5）。

图 5. Ued 屏幕截图

请注意，您可以拖动列。例如，如果我们希望用户能够按用户 ID 排序，我们将让我们的排序例程询问 “表模型” 以查看当前的列顺序并将其用于排序。您可以通过单击列标题来选择列。（此功能在此处未使用，但在电子表格中使用。）或者，您可以通过在任何位置单击来选择一行中的所有字段（一个用户）。例如，这将在基于菜单的 “删除” 操作符中使用。

数据如何进入表格？JTable 的优点在于它指定了一个名为 JTableModel 的帮助类，它是您的数据模型和 JTable 之间的接口。一旦我们有了基于 PW 对象的数据模型（如上所述），JTableModel 只需要获取表格的各个字段并在请求时将它们返回给 JTable。请参阅源文件 UedTableModel.java，该文件只有大约 40 行长，其中大部分只是一个 switch 语句。同样，JFC 的对象模型使代码开发变得容易。

另请注意，主程序位于选项卡式布局中。组和属性选项卡也存在，但尚未实现，但它们确实显示了 JTabLayout 的易用性。我们只需编写

JTabbedPane mainPane = new JTabbedPane();
 add tabbed pane to Frame
cp.add(BorderLayout.CENTER, mainPane);
 add user view to tab
mainPane.addTab("Users", uv);
mainPane.addTab("Groups",
 new JLabel("Not Written Yet", JLabel.CENTER));
mainPane.addTab("Properties",
 new JLabel("Not Written Yet", JLabel.CENTER));

从那时起，选项卡视图的管理是自动的——当用户单击选项卡时，其内容将被置于前台并显示。

JTable/JTableModel 的妙处在于，您只需按照以下三个步骤即可轻松地使任何表格可编辑

这就是您所需要的全部内容，尽管在实际应用程序中，您还会进行一些错误检查并设置 “需要保存” 标志。Ued 程序中的密码编辑器就是这样做的。实际上，JTable 小部件为您提供了电子表格几乎所有的用户界面部分，它只是 JFC 的 Swing Set 中包含的众多出色小部件之一。而这只是 Java 1.2 中包含的新功能之一。

Java 的近期未来显示创新速度依然迅猛。JFC 刚刚发布， साथ ही Java 1.2 版本 भी। 许多有前景的技术即将问世，包括 3-D、JTAPI、Java Sound、Java Speech 以及其他许多技术。 由于需要记住的首字母缩略词太多，请访问 JavaSoft API 页面 http://java.sun.com/products/api-overview.html。 3-D API 试图为三维图形提供全面的成像模型，并结合了 PEX、GL 和类似技术的最佳特性。 JTAPI 使 Java 程序能够控制各种规模的电话设备，从单个语音邮件调制解调器到大型专用交换机 (PBX)。 Java Media Framework 允许访问各种图像、音频和视频录制/播放，包括 Java Sound。 Java Sound 将提供多种声音格式，从简单地播放声音文件（在 1.2 版本中可用）到录制，再到完全控制合成器（如 MIDI）。 Java Speech 将包括语音合成和语音识别。

许多联系人跟踪系统可供选择，从简单的（我自己的免费软件 JabaDex）到仅限于 MS-Windows 的高级系统，例如 Symantec ACT。 当 Java Sound 和 JTAPI 发布后，联系人跟踪系统的开发人员可以编写代码来拨打电话、接听电话并整合语音邮件，甚至可以添加双向传真支持。 我们将不再需要为 Linux 编写一次，再为 MS-Windows 编写一次，再为 Macintosh 编写一次，再为 Solaris 编写一次。 正如 JavaSoft 的口号所承诺的那样，我们将能够“一次编写，到处运行”。

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