前言
代码演示环境：
- 软件环境：Windows 10
- 开发工具：Visual Studio Code
- JDK版本：OpenJDK 15
声效和音乐
声效基础知识
当我们玩游戏时,我们可能会听到声效，但是不会真正注意它们。因为希望听到他们，所以声效在游戏中是非常重要的。另外，在游戏中的音乐会动态被修改来配合游戏的剧情的发展。那么什么是声效（声音）呢？声效是通过媒体振动产生的效果。该媒体是空气和计算机中的扬声器产生的振动—从而发出了声音—传送到我们耳朵里；然后我们的耳膜会捕获这些信号，接着传送给我们的大脑，从而人类听到了声音。
共振(vibration)是通过空气的压缩振动(fluctuations)产生的，快速的振动产生高频声效，让我们听到高音。每个振动的压缩数量是使用振幅(amplitude)来表示的。高振幅会让我们听到声音大；简而言之，声波(sound waves)就是在持久时间不停修改振幅而已。如下图所示：
数码声效、CD和计算机的音效格式都是一系列的声波，每秒中的音波振幅叫做音频采样。当然高采样的音波可以更加精确的表现声音，这些采样是使用16位来表示65535种可能的振幅。许多声音允许多个声道，比如CD有两个声道—一个给左扬声器，一个给右扬声器。
Java声效API
Java可以播放8位和16位的采样，它的范围从8000hz到48000hz，当然它也可以播放单声道和立体声声效。那么使用什么声音，这需要根据游戏的剧情，比如16位单声道，44100Hz声音。Java支持三种声频格式文件：AIFF, AU和WAV文件。我们装载音频文件时使用AudioSystem类，该类有几个静态方法，一般我们使用getAudioInputStream()方法来打开一个音频文件，可以从本地系统，或者从互联网打开，然后返回AudioInputStream对象。然后使用该对象读取音频采样，或者查询音频样式。
File file = new File(“sound.wav”);
AudioInputStream stream = AudioSystem.getAudioInputStream(file);
AudioFormat format = stream.getFormat();
其中AudioFormat类提供了获取声效采样的功能，比如采样率和声道数量。另外它还提供了frame尺寸--一些字节数量。比如16位立体声，它的frame大小是4，或者2个字节表示采样值，这样我们可以很方便的计算出立体声可以占多少内存。比如16位三分之二长度的立体音频格式采样所占内存值：44100x 3x 4字节 = 517KB，如果是单声道，那么采样容量是立体声的一半。
当我们知识声频采样的大小与格式之后，接下来就是从这些声频文件中读取内容了。接口Line是用来发送和接收系统的音频的API。我们可以使用Line发送声音采样到OS的声音系统去播放，或者接收OS的声音系统的声音，比如microphone声音等。Line有几个子接口，最主要的子接口是SourceDataLine，该接口可以让我们向OS中的声音系统写入声音数据。Line的实例是通过AudioSystem的getLine()方法获取，我们可以传送参数Line.Info对象来指定返回的Line类型。因为Line.Info有一个DataLine.Info子类，它知道Line类型除了SourceDataLine接口之外，还有另外一个Line叫做Clip()接口。该接口可以为我们做许多事情，比如把采样从AudioInputStream流装载到内存中去，并且自动向音频系统输送这些数据去播放。下面是使用Clipe来实现声音的播放代码：
//指定哪种line需要被创建
DataLine.Info info = new DataLine.Info(Clip.class,format);
//创建该line
Clip clip = (Clip)AudioSystem.getLine(info);
//从流对象装载采样
clip.open(stream);
//开始播放音频内容
clip.start();
Clip接口非常好用，它非常类似于JDK 1.0版本中AudioClip对象，但是它有一些缺点，比如Java声效有限制Line的数量，这种限制是在相同的时间打开Line时出现，一般最多有32个Line对象同时存在。也就是说，我们只能打开有限个line对象使用。另外，如果我们想同时播放多个Clip对象，那么Clip只能在同一时间播放一个声音，比如我们想同时播放两到三个爆炸声，但是一个声音只能应用一个爆炸声。因为这种缺陷，所以我们会创建一种解决方案来克服这种问题。
播放声音
下面我们创建一个简单的声音播放器，主要使用AudioInputStream类把音频文件读到字节数组中，然后使用Line对象来自动播放。因为ByteArrayInputStream类封装了字节数组，所以，我们可以同时播放多个相同音频的复本。getSamples(AudioInputStream)方法从AudioInputStream流中读采样数据，然后保存到字节数组中，最后使用play()方法从InputStream流对象中读取数据到缓存，然后写到SourceDataLine对象中让它播放。
由于Java声效API中有bug，所以让Java进程不会自己退出，通常情况下，JVM只运行精灵线程，但是当我们使用Java声效时，非精灵线程在台后进行中运行，所以我们必须呼叫System.exit(0)结束Java声效进程。
SimpleSoundPlayer类
package com.funfree.arklis.sounds;
import java.io.*;
import javax.sound.sampled.*;
/**
功能：书写一个的类，用来封装声音从文件系统打开，然后进行播放
*/
public class SimpleSoundPlayer {
private AudioFormat format;
private byte[] samples;//保存声音采样
/**
Opens a sound from a file.
*/
public SimpleSoundPlayer(String filename) {
try {
//打开一个音频流
AudioInputStream stream =
AudioSystem.getAudioInputStream(
new File(filename));
format = stream.getFormat();
//取得采样
samples = getSamples(stream);
}
catch (UnsupportedAudioFileException ex) {
ex.printStackTrace();
}
catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
/**
Gets the samples of this sound as a byte array.
*/
public byte[] getSamples() {
return samples;
}
/**
从AudioInputStream获取采样，然后保存为字节数组。--这里的数组会被封装ByteArrayInputStream类中，
以便Line可以同时播放多个音频文件。
*/
private byte[] getSamples(AudioInputStream audioStream) {
//获取读取字节数
int length = (int)(audioStream.getFrameLength() *
format.getFrameSize());
//读取整个流
byte[] samples = new byte[length];
DataInputStream is = new DataInputStream(audioStream);
try {
is.readFully(samples);
}
catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
// 返回样本
return samples;
}
/**
播放流
*/
public void play(InputStream source) {
//每100毫秒的音频采样
int bufferSize = format.getFrameSize() *
Math.round(format.getSampleRate() / 10);
byte[] buffer = new byte[bufferSize];
//创建line对象来执行声音的播放
SourceDataLine line;
try {
DataLine.Info info =
new DataLine.Info(SourceDataLine.class, format);
line = (SourceDataLine)AudioSystem.getLine(info);
line.open(format, bufferSize);
}catch (LineUnavailableException ex) {
ex.printStackTrace();
return;
}
// 开始自动播放
line.start();
// 拷贝数据到line对象中
try {
int numBytesRead = 0;
while (numBytesRead != -1) {
numBytesRead =
source.read(buffer, 0, buffer.length);
if (numBytesRead != -1) {
line.write(buffer, 0, numBytesRead);
}
}
}catch (IOException ex) {
ex.printStackTrace();
}
// 等待所有的数据播放完毕，然后关闭line对象。
line.drain();
line.close();
}
}
如果需要循环播出，那么修改一下上面类就可以实现该功能。
LoopingByteInputStream类
package com.funfree.arklis.engine;
import static java.lang.System.*;
import java.io.*;
/**
功能：封装ByteArrayInputStream类，用来循环播放音频文件。当停止循环播放时
呼叫close()方法
*/
public class LoopingByteInputStream extends ByteArrayInputStream{
private boolean closed;
public LoopingByteInputStream(byte[] buffer){
super(buffer);
closed = false;
}
/**
读取长度为length的数组。如果读完数组内容，那么把下标设置为开始处，
如果关闭状态，那么返回-1.
*/
public int read(byte[] buffer, int offset, int length){
if(closed){
return -1;
}
int totalBytesRead = 0;
while(totalBytesRead < length){
int numBytesRead = super.read(buffer,offset + totalBytesRead,
length - totalBytesRead);
if(numBytesRead > 0){
totalBytesRead += numBytesRead;
}else{
reset();
}
}
return totalBytesRead;
}
/**
关闭流
*/
public void close()throws IOException{
super.close();
closed = true;
}
}
声效过滤器是简单的音频处理器，用来现有的声音样本，这种过滤器一般用来实时处理声音。所以谓声效过滤器就是常说的是数字信号处理器(digital signal processor)—用于后期声效的处理，比如吉他添加回响效果。
图片来源：http://www.cungun.com/ 游戏