JavaFX官方教程（二）之JavaFX体系结构

翻译自   JavaFX体系结构

本章提供了JavaFX体系结构和生态系统的高级描述。

图2-1说明了JavaFX平台的架构组件。图中的部分描述了每个组件以及这些部件如何互连。JavaFX公共API下面是运行JavaFX代码的引擎。它由包含JavaFX高性能图形引擎的子组件组成，称为Prism; 一个小而有效的窗口系统，称为玻璃; 媒体引擎和Web引擎。虽然这些组件未公开公开，但它们的描述可以帮助您更好地了解运行JavaFX应用程序的内容。

• 场景图

• JavaFX功能的Java公共API

• 图形系统

• 玻璃窗口工具包

• 媒体和图像

• Web组件

• CSS

• UI控件

• 布局

• 二维和三维转换

• 视觉效果

图2-1 JavaFX架构图

 

1、场景图

JavaFX场景图（如图2-1中顶层的一部分所示）是构建JavaFX应用程序的起点。它是一个分层的节点树，代表应用程序用户界面的所有可视元素。它可以处理输入并可以呈现。

场景图中的单个元素称为节点。每个节点都有ID，样式类和边界卷。除场景图的根节点外，场景图中的每个节点都有一个父节点和零个或多个子节点。它还可以具有以下内容：

• 效果，如模糊和阴影

• 不透明度

• 变换

• 事件处理程序（如鼠标，键和输入法）

• 特定于应用程序的状态

与Swing和Abstract Window Toolkit（AWT）不同，JavaFX场景图除了包含控件，布局容器，图像和媒体外，还包括图形基元，如矩形和文本。

对于大多数用途，场景图简化了UI的使用，尤其是在使用丰富的UI时。可以使用javafx.animation API快速完成场景图中各种图形的动画制作，并且声明性方法（如XML doc）也可以很好地工作。

该javafx.sceneAPI允许创建和几种类型的内容，如规范：

• 节点：形状（2-D和3-D），图像，媒体，嵌入式Web浏览器，文本，UI控件，图表，组和容器

• 状态：变换（节点的定位和方向），视觉效果和内容的其他视觉状态

• 效果：用于更改场景图节点外观的简单对象，例如模糊，阴影和颜色调整

有关更多信息，请参阅使用JavaFX场景图文档。

 

2、JavaFX功能的Java公共API

图2-1中所示的JavaFX体系结构的顶层提供了一整套支持富客户端应用程序开发的Java公共API。这些API为构建富客户端应用程序提供了无与伦比的自由度和灵活性。JavaFX平台将Java平台的最佳功能与全面的沉浸式媒体功能结合到一个直观，全面的一站式开发环境中。这些Java API for JavaFX功能：

• 允许使用强大的Java功能，例如泛型，注释，多线程和Lamda Expressions（在Java SE 8中引入）。

• 使Web开发人员可以更轻松地使用其他基于JVM的动态语言（如Groovy和JavaScript）中的JavaFX。

• 允许Java开发人员使用其他系统语言（如Groovy）来编写大型或复杂的JavaFX应用程序。

• 允许使用绑定，包括支持高性能延迟绑定，绑定表达式，绑定序列表达式和部分绑定重新评估。替代语言（如Groovy）可以使用此绑定库来引入类似于JavaFX Script的绑定语法。

• 扩展Java集合库以包括可观察列表和映射，这允许应用程序将用户界面连接到数据模型，观察这些数据模型中的更改，并相应地更新相应的UI控件。

JavaFX API和编程模型是JavaFX 1.x产品系列的延续。大多数JavaFX API已直接移植到Java。根据从JavaFX 1.x版本的用户收到的反馈，一些API（例如布局和媒体）以及许多其他细节已得到改进和简化。JavaFX更多地依赖于Web标准，例如用于样式控件的CSS和用于可访问性规范的ARIA。还在审查其他网络标准的使用。

 

3、图形系统

JavaFX图形系统（如图2-1中的蓝色所示）是JavaFX场景图层下的实现细节。它支持2-D和3-D场景图。当系统上的图形硬件不足以支持硬件加速渲染时，它提供软件渲染。

JavaFX平台上实现了两个图形加速管道：

• 棱镜过程渲染工作。它可以在硬件和软件渲染器上运行，包括3-D。它负责JavaFX场景的光栅化和渲染。根据使用的设备，可能有以下多个渲染路径：

  • Windows XP和Windows Vista上的DirectX 9

  • Windows 7上的DirectX 11

  • Mac，Linux，Embedded上的OpenGL

  • 无法进行硬件加速时的软件渲染

    尽可能使用完全硬件加速路径，但是当它不可用时，使用软件渲染路径，因为软件渲染路径已经分布在所有Java运行时环境（JRE）中。这在处理3-D场景时尤为重要。但是，使用硬件渲染路径时性能会更好。

• Quantum Toolkit将Prism和Glass Windowing Toolkit结合在一起，并将它们提供给堆栈中位于它们之上的JavaFX层。它还管理与呈现和事件处理相关的线程规则。

 

4、玻璃窗口工具包

Glass Windowing Toolkit，如图2-1中间部分以米色显示，是JavaFX图形堆栈中的最低级别。其主要职责是提供本地操作服务，例如管理窗口，计时器和曲面。它充当依赖于平台的层，将JavaFX平台连接到本机操作系统。

Glass工具包还负责管理事件队列。与管理自己的事件队列的Abstract Window Toolkit（AWT）不同，Glass工具包使用本机操作系统的事件队列功能来调度线程使用情况。与AWT不同，Glass工具包在与JavaFX应用程序相同的线程上运行。在AWT中，AWT的原生一半在一个线程上运行，Java级别在另一个线程上运行。这引入了许多问题，其中许多问题都是通过使用单一JavaFX应用程序线程方法在JavaFX中解决的。

主题

系统在任何给定时间运行以下两个或多个线程。

• JavaFX应用程序线程：这是JavaFX应用程序开发人员使用的主要线程。必须从该线程访问任何“实时”场景，该场景是窗口的一部分。可以在后台线程中创建和操作场景图，但是当其根节点附加到场景中的任何活动对象时，必须从JavaFX应用程序线程访问该场景图。这使开发人员能够在后台线程上创建复杂的场景图，同时保持“实时”场景的动画流畅，快速。JavaFX应用程序线程是与Swing和AWT事件调度线程（EDT）不同的线程，因此在将JavaFX代码嵌入Swing应用程序时必须小心。

• Prism渲染线程：此线程与事件调度程序分开处理渲染。它允许在处理帧N + 1时渲染帧N. 这种执行并发处理的能力是一个很大的优势，特别是在具有多个处理器的现代系统上。Prism渲染线程也可能有多个光栅化线程，有助于卸载需要在渲染中完成的工作。

• 媒体线程：此线程在后台运行，并使用JavaFX应用程序线程通过场景图同步最新帧。

脉冲

脉冲是向JavaFX场景图指示是时候将场景图上的元素的状态与Prism同步的事件。脉冲以每秒60帧（fps）的速度进行限制，并在场景图上运行动画时触发。即使动画未运行，当场景图中的某些内容发生变化时，也会调度脉冲。例如，如果改变按钮的位置，则调度脉冲。

触发脉冲时，场景图上元素的状态将向下同步到渲染层。脉冲使应用程序开发人员能够以异步方式处理事件。这一重要功能允许系统批量处理脉冲上的事件。

布局和CSS也与脉冲事件有关。场景图中的大量更改可能导致多个布局或CSS更新，这可能会严重降低性能。系统每个脉冲自动执行一次CSS和布局传递，以避免性能下降。应用程序开发人员还可以根据需要手动触发布局过程，以便在脉冲之前进行测量。

Glass Windowing Toolkit负责执行脉冲事件。它使用高分辨率本机定时器来执行。

 

5、媒体和图像

JavaFX媒体功能可通过javafx.scene.mediaAPI获得。JavaFX支持视觉和音频媒体。支持MP3，AIFF和WAV音频文件和FLV视频文件。JavaFX媒体功能作为三个单独的组件提供：Media对象表示媒体文件，MediaPlayer播放媒体文件，MediaView是显示媒体的节点。

Media Engine组件（如图2-1中的绿色所示）在设计时考虑了性能和稳定性，并提供跨平台的一致行为。有关更多信息，请阅读将媒体资产合并到JavaFX应用程序文档中。

 

6、Web组件

Web组件是基于Webkit的JavaFX UI控件，通过其API提供Web查看器和完整浏览功能。此Web Engine组件（如图2-1中的橙色所示）基于WebKit，WebKit是一个支持HTML5，CSS，JavaScript，DOM和SVG的开源Web浏览器引擎。它使开发人员能够在其Java应用程序中实现以下功能：

• 从本地或远程URL呈现HTML内容

• 支持历史记录并提供后退和前进导航

• 重新加载内容

• 将效果应用于Web组件

• 编辑HTML内容

• 执行JavaScript命令

• 处理事件

此嵌入式浏览器组件由以下类组成：

• WebEngine 提供基本的网页浏览功能。

• WebView封装WebEngine对象，将HTML内容合并到应用程序的场景中，并提供应用效果和转换的字段和方法。它是一个Node类的扩展。

此外，可以通过JavaScript控制Java调用，反之亦然，以允许开发人员充分利用这两种环境。有关JavaFX嵌入式浏览器的更详细概述，请参阅向HTMLFX应用程序添加HTML内容文档。

 

7、CSS

JavaFX级联样式表（CSS）提供了将自定义样式应用于JavaFX应用程序的用户界面而无需更改任何应用程序源代码的功能。CSS可以应用于JavaFX场景图中的任何节点，并以异步方式应用于节点。JavaFX CSS样式也可以在运行时轻松分配给场景，从而允许应用程序的外观动态更改。

图2-2演示了将两种不同的CSS样式应用于同一组UI控件。

图2-2 CSS样式表示例

JavaFX CSS基于W3C CSS 2.1版规范，并在版本3的当前工作中添加了一些内容.JavaFX CSS支持和扩展旨在允许任何兼容的CSS解析器干净地解析JavaFX CSS样式表，即使是不支持JavaFX扩展。这样就可以将JavaFX的CSS样式和其他用途（例如HTML页面）混合到一个样式表中。所有JavaFX属性名称都以供应商扩展名“ -fx-” 为前缀，包括那些似乎与标准HTML CSS兼容的属性，因为某些JavaFX值的语义略有不同。

有关JavaFX CSS的更多详细信息，请参阅使用CSS获取JavaFX应用程序文档。

 

8、UI控件

通过JavaFX API提供的JavaFX UI控件是通过使用场景图中的节点构建的。他们可以充分利用JavaFX平台的视觉丰富功能，并可跨不同平台移植。JavaFX CSS允许UI控件的主题和外观。

图2-3显示了当前支持的一些UI控件。这些控件位于javafx.scene.control包中。

图2-3 JavaFX UI控件示例

有关所有可用JavaFX UI控件的更多详细信息，请参阅使用JavaFX UI控件和该程序包的API文档javafx.scene.control。

 

9、布局

布局容器或窗格可用于允许JavaFX应用程序的场景图内的UI控件的灵活和动态布置。JavaFX Layout API包括以下容器类，可自动执行常见的布局模型：

• 本BorderPane类勾画出其内容节点上，下，左，右，或中心区域。

• 该HBox级水平排列其内容节点在单行。

• 所述VBox类垂直排列其内容节点在单个列中。

• 该StackPane班将它的内容节点在后到前的单堆。

• 本GridPane类允许开发人员创建的行和列的灵活的网格中，奠定了内容节点。

• 所述FlowPane类安排其内容节点在水平或垂直的“流”，缠绕在指定的宽度（对于水平）或高度（对于垂直）的边界。

• 该TilePane班将它的内容节点，大小均匀的布局单元格或瓷砖

• 在AnchorPane类允许开发人员创建锚节点的顶部，底部，左侧，或中心的布局。

为了实现所需的布局结构，可以将不同的容器嵌套在JavaFX应用程序中。

要了解有关如何使用布局的更多信息，请参阅JavaFX中的使用布局文章。有关JavaFX布局API的更多信息，请参阅该javafx.scene.layout软件包的API文档。

 

10、二维和三维转换

可以使用以下javafx.scene.tranform类在xy坐标中转换JavaFX场景图中的每个节点：

• translate - 沿x，y，z平面相对于其初始位置将节点从一个位置移动到另一个位置。

• scale - 根据缩放因子，调整节点的大小，使其在x，y，z平面中显得更大或更小。

• shear - 旋转一个轴，使x轴和y轴不再垂直。节点的坐标移动指定的乘数。

• rotate - 围绕场景的指定轴点旋转节点。

• affine - 执行从2-D / 3-D坐标到其他2-D / 3-D坐标的线性映射，同时保留线的“直线”和“平行”属性。此类应用使用Translate，Scale，Rotate，或Shear变换，而不是直接使用的类。

要了解有关使用转换的更多信息，请参阅JavaFX文档中的应用转换。有关javafx.scene.transformAPI类的更多信息，请参阅API文档。

 

11、视觉效果

JavaFX场景图中富客户端接口的开发涉及使用Visual Effects或Effects来实时增强JavaFX应用程序的外观。JavaFX效果主要是基于图像像素的，因此，它们采用场景图中的节点集，将其渲染为图像，并将指定的效果应用于它。

JavaFX中可用的一些视觉效果包括使用以下类：

• Drop Shadow - 在应用效果的内容后面呈现给定内容的阴影。

• Reflection - 在实际内容下方呈现内容的反映版本。

• Lighting - 模拟照射在给定内容上的光源，并使平面物体具有更逼真的三维外观。

有关如何使用某些可用视觉效果的示例，请参阅“ 创建视觉效果”文档。有关所有可用视觉效果类的更多信息，请参阅该包的API文档javafx.scene.effect。