SWT：AWT和SWING的强大竞争者
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内容：
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2003 年 2 月
从Java诞生至今，已经在太多的领域取得成功，然而它却很少在图形界面程序上崭露头角。究其原因，Java语言缺省的图形界面开发包AWT和SWING实在是难脱其究， 无论速度和外观，它们都难以让人接受。 如今，Eclipse组织编写的SWT开发包，为Java程序员提供了AWT和SWING之外的一个更佳的选择。在本文中，对SWT做了简单但尽可能全面的介绍。
Java语言的声望和它在桌面应用程序（GUI程序）所取得的成就显然极不相符，至今仍然很少能看到非常成功Java桌面程序。虽然有JBuilder，Netbean，JProbe等大型软件作为代表，但这仍不能证明Java的GUI程序是成功的：它们的外观总是和同一操作系统平台下的其它软件显得格格不入。对机器配置的需求也似乎永无止境，这使得它们只能被一些总是拥有当前最高性能PC的程序员们所容忍，或是那些不在乎金钱和时间的专业用户所接受。对绝大多数计算机使用者来说，AWT或SWING代表着怪异的界面和无法接受的速度。Standard Widget Toolkit（SWT）或许是Java这一噩梦的终结者，广大Java程序员终于可以开发出高效率的GUI程序，它们拥有标准的外观，几乎没有人能看出你的程序是用Java写出来的，更为重要的是，这些程序是跨平台的。
SWT本身仅仅是Eclipse组织为了开发Eclipse IDE环境所编写的一组底层图形界面 API。或许是无心插柳，或是有意为之，至今为止，SWT无论是在性能和外观上，都超越了SUN公司提供的AWT和SWING。目前Eclipse IDE已经开发到了2.1版本，SWT已经十分稳定。这里指的稳定应该包含两层意思：
一是指性能上的稳定，其中的关键是源于SWT的设计理念。SWT最大化了操作系统的图形构件API，就是说只要操作系统提供了相应图形的构件，那么SWT只是简单应用JNI技术调用它们，只有那些操作系统中不提供的构件，SWT才自己去做一个模拟的实现。可以看出SWT的性能上的稳定大多时候取决于相应操作系统图形构件的稳定性。
另一个稳定是指SWT API包中的类、方法的名称和结构已经少有改变，程序员不用担心由于Eclipse组织开发进度很快（Eclipse IDE每天都会有一个Nightly版本的发布），而导致自己的程序代码变化过大。从一个版本的SWT更新至另一版本，通常只需要简单将SWT包换掉就可以了。
第一个SWT程序
下面让我们开始一个SWT程序。（注意：以下的例子和说明主要针对Windows平台，其它的操作系统应该大同小异）。首先要在Eclipse安装文件中找到SWT包，Eclipse组织并不提供单独的SWT包下载，必须下载完整的Eclipse开发环境才能得到SWT包。SWT是作为Eclipse开发环境的一个插件形式存在，可以在$｛你的eclipse安装路径｝\plugins路径下的众多子目录下去搜索SWT.JAR文件，在找到的JAR文件中包含了SWT全部的Java类文件。因为SWT应用了JNI技术，因此同时也要找到相对应的JNI本地化库文件，由于版本和操作平台的不同，本地化库文件的名称会有些差别，比如SWT-WIN32-2116.DLL是Window平台下Eclipse Build 2116的动态库，而在Unix平台相应版本的库文件的扩展名应该是.so，等等。注意的是，Eclipse是一个开放源代码的项目，因此你也可以在这些目录中找到SWT的源代码，相信这会对开发很有帮助。
下面是一段打开空窗口的代码(只有main方法)。
import com.e2one.example;
public class OpenShell{
public static void main(String [] args) {
Display display = new Display();
Shell shell = new Shell(display);
shell.open();
// 开始事件处理循环，直到用户关闭窗口
while (!shell.isDisposed()) {
if (!display.readAndDispatch())
display.sleep();
}
display.dispose();
}
}
确信在CLASSPATH中包括了SWT.JAR文件，先用Javac编译例子程序。编译无错后可运行java -Djava.library.path=${你的SWT本地库文件所在路径} com.e2one.example.OpenShell，比如SWT-WIN32-2116.DLL件所在的路径是C:\swtlib，运行的命令应该是java -Djava.library.path=c:\swtlib com.e2one.example.OpenShell。成功运行后，系统会打开了一个空的窗口。
剖析SWT API
下面再让我们进一步分析SWT API的组成。所有的SWT类都用org.eclipse.swt做为包的前缀，下面为了简化说明，我们用*号代表前缀org.eclipse.swt，比如*.widgets包，代表的是org.eclipse.swt.widgets包。
我们最常用的图形构件基本都被包括在*.widgets包中，比如Button，Combo，Text，Label，Sash，Table等等。其中两个最重要的构件当数Shell和Composite。Shell相当于应用程序的主窗口框架，上面的例子代码中就是应用Shell构件打开一个空窗口。Composite相当于SWING中的Panel对象，充当着构件容器的角色，当我们想在一个窗口中加入一些构件时，最好到使用Composite作为其它构件的容器，然后再去*.layout包找出一种合适的布局方式。SWT对构件的布局也采用了SWING或AWT中Layout和Layout Data结合的方式，在*.layout包中可以找到四种Layout和与它们相对应的布局结构对象（Layout Data）。在*.custom包中，包含了对一些基本图形构件的扩展，比如其中的CLabel，就是对标准Label构件的扩展，上面可以同时加入文字和图片，也可以加边框。StyledText是Text构件的扩展，它提供了丰富的文本功能，比如对某段文字的背景色、前景色或字体的设置。在*.custom包中也可找到一个新的StackLayout布局方式。
SWT对用户操作的响应，比如鼠标或键盘事件，也是采用了AWT和SWING中的Observer模式，在*.event包中可以找到事件监听的Listener接口和相应的事件对象，例如常用的鼠标事件监听接口MouseListener，MouseMoveListener和MouseTrackListener，及对应的事件对象MouseEvent。
*.graphics包中可以找到针对图片、光标、字体或绘图的API。比如可通过Image类调用系统中不同类型的图片文件。通过GC类实现对图片、构件或显示器的绘图功能。
对不同平台，Eclipse还开发了一些富有针对性的API。例如，在Windows平台，可以通过*.ole.win32包很容易的调用ole控件，这使Java程序内嵌IE浏览器或Word、Excel等程序成为可能！
要进一步了解SWT的情况，可以在Eclipse IDE的帮助文档中找到SWT的JavaDoc说明。当然最深入的了解莫过于去读SWT的源代码，这也正是开放源代码项目对程序员的魅力所在!
更复杂的程序
下面让我们展示一个比上面例子更加复杂一些的程序。这个程序拥有一个文本框和一个按键，当用户点击按键的时候，文本框显示一句欢迎信息。
为了文本框和按键有比较合理的大小和布局，这里采用了GradLayout布局方式。这种布局是SWT中最常用也是最强大的布局方式，几乎所有的格式都可能通过GradLayout去达到。下面的程序也涉及到了如何应用系统资源(Color)，以及如何释放系统资源。
private void initShell(Shell shell) {
//为Shell设置布局对象
GridLayout gShellLay = new GridLayout();
shell.setLayout(gShellLay);
//构造一个Composite构件作为文本框和按键的容器
Composite panel = new Composite(shell,SWT.NONE);
//为Panel指定一个布局结构对象。这里让Panel尽可能的占满Shell，也就是全部应用程序窗口的空间。
GridData gPanelData = new GridData(GridData.GRAB_HORIZONTAL|GridData.GRAB_VERTICAL|GridData.FILL_BOTH);
panel.setLayoutData(gPanelData);
//为Panel也设置一个布局对象。文本框和按键将按这个布局对象来显示。
GridLayout gPanelLay = new GridLayout();
panel.setLayout(gPanelLay);
//为Panel生成一个背景色
final Color bkColor = new Color(Display.getCurrent(),200,0,200);
panel.setBackground(bkColor);
//生成文本框
final Text text = new Text(panel,SWT.MULTI|SWT.WRAP);
//为文本框指定一个布局结构对象，这里让文本框尽可能的占满Panel的空间。
GridData gTextData = new GridData(GridData.GRAB_HORIZONTAL|GridData.GRAB_VERTICAL|GridData.FILL_BOTH);
text.setLayoutData(gTextData);
//生成按键
Button butt = new Button(panel,SWT.PUSH);
butt.setText("Push");
//为按键指定鼠标事件
butt.addMouseListener(new MouseAdapter(){
public void mouseDown(MouseEvent e){
//当用户点击按键的时候，显示信息
text.setText("Hello SWT");
}
});
//当主窗口关闭时，会触发DisposeListener。这里用来释放Panel的背景色。
shell.addDisposeListener(new DisposeListener(){
public void widgetDisposed(DisposeEvent e) {
bkColor.dispose();
}
});
}
把这段代码中的方法initShell()加入到第一个打开空窗口的例子中，得到的是一段能成功运行的完整GUI应用程序。运行方法可参考第一个例子。
系统资源的管理
在一个图形化的操作系统中开发程序，都要调用系统中的资源，如图片、字体、颜色等。通常这些资源都是有限的，程序员务必非常小心的使用这些资源：当不再使用它们时，就请尽快释放，不然操作系统迟早会油尽灯枯，不得不重新启动，更严重的会导致系统崩溃。
SWT是用Java开发的，Java语言本身的一大优势就是JVM的"垃圾回收机制"，程序员通常不用理会变量的释放，内存的回收等问题。那么对SWT而言，系统资源的操作是不是也是如此？答案是一个坏消息，一个好消息。
坏消息是SWT并没采用JVM的垃圾回收机制去处理操作系统的资源回收问题，一个关键的因素是因为JVM的垃圾回收机制是不可控的，也就是说程序员不能知道，也不可能做到在某一时刻让JVM回收资源！这对系统资源的处理是致命的，试想你的程序希望在一个循环语句中去查看数万张图片，常规的处理方式是每次调入一张，查看，然后就立即释放该图片资源，而后在循环调入下一张图片，这对操作系统而言，任何时刻程序占用的仅仅是一张图片的资源。但如果这个过程完全交给JVM去处理，也许会是在循环语句结束后，JVM才会去释放图片资源，其结果可能是你的程序还没有运行结束，操作系统已经宕掉。
但下面的好消息也许会让这个坏消息变得无关紧要。对于SWT，只需了解两条简单的"黄金"法则就可以放心的使用系统资源！之所以称为黄金法则，一是因为少，只有两条，二是因为它们出奇的简单。第一条是"谁占用，谁释放"，第二条是"父构件被销毁，子构件也同时被销毁"。第一条原则是一个无任何例外的原则，只要程序调用了系统资源类的构造函数，程序就应该关心在某一时刻要释放这个系统资源。比如调用了
Font font = new Font (display, "Courier", 10, SWT.NORMAL);
那么就应该在不在需要这个Font的时候调用
font.dispose();
对于第二个原则，是指如果程序调用某一构件的dispose()方法，那么所有这个构件的子构件也会被自动调用dispose()方法而销毁。通常这里指的子构件与父构件的关系是在调用构件的构造函数时形成的。比如，
Shell shell = new Shell();
Composite parent = new Composite(shell,SWT.NULL);
Composite child = new Composite(parent,SWT.NULL);
其中parent的父构件是shell，而shell则是程序的主窗口，所以没有相应的父构件，同时parent又包括了child子构件。如果调用shell.dispose()方法，应用第二条法则，那么parent和child构件的dispose()方法也会被SWT API自动调用，它们也随之销毁。
对于这两个法则，参考资料2中的文章有更加深入的介绍。
线程问题
在任何操作平台的GUI系统中，对构件或一些图形API的访问操作都要被严格同步并串行化。例如，在一个图形界面中的按键构件可被设成可用状态(enable)或禁用状态(disable)，正常的处理方式是，用户对按键状态设置操作都要被放入到GUI系统的事件处理队列中（这意味着访问操作被串行化），然后依次处理（这意味着访问操作被同步）。想象当按键可用状态的设置函数还没有执行结束的时候，程序就希望再设置该按键为禁用状态，势必会引起冲突。实际上，这种操作在任何GUI系统都会触发异常。
Java语言本身就提供了多线程机制，这种机制对GUI编程来说是不利的，它不能保证图形构件操作的同步与串行化。SWT采用了一种简单而直接的方式去适应本地GUI系统对线程的要求：在SWT中，通常存在一个被称为"用户线程"的唯一线程，只有在这个线程中才能调用对构件或某些图形API的访问操作。如果在非用户线程中程序直接调用这些访问操作，那么SWTExcepiton异常会被抛出。但是SWT也在*.widget.Display类中提供了两个方法可以间接的在非用户线程的进行图形构件的访问操作，这是通过的syncExec(Runnable)和asyncExec(Runnable)这两个方法去实现的。例如：
//此时程序运行在一个非用户线程中，并且希望在构件panel上加入一个按键。
Display.getCurrent().asyncExec(new Runnable() {
public void run() {
Button butt = new Button(panel,SWT.PUSH);
butt.setText("Push");
}
});
方法syncExec()和asyncExec()的区别在于前者要在指定的线程执行结束后才返回，而后者则无论指定的线程是否执行都会立即返回到当前线程。
SWT的扩展：JFace
JFace与SWT的关系好比Microsoft的MFC与SDK的关系，JFace是基于SWT开发，其API比SWT更加易于使用，但功能却没SWT来的直接。比如下面的代码应用JFace中的MessageDialog打开一个警告对话框：
MessageDialog.openWarning(parent,"Warning","Warning message");
如果只用SWT完成以上功能，语句不会少于30行!
JFace原本是为更加方便的使用SWT而编写的一组API，其主要目的是为了开发Eclipse IDE环境，而不是为了应用到其它的独立应用程序。因此在Eclipse 2.1版本之前，很难将JFace API完整的从Eclipse的内核API中剥离出来，总是要多多少少导入一些非JFace以外的Eclipse核心代码类或接口才能得到一个没有任何编译错误的JFace开发包。但目前Eclipse组织似乎已经逐渐意识到了JFace在开发独立应用程序起到的重要作用，在正在开发的2.1版本中，JFace也开始变成了和SWT一样的完整独立的开发包，只是这个开发包还在变动中(笔者写本文时，应用的Eclipse2.1M3版本)。JFace开发包的包前缀是以org.eclipse.jface开头。JAR包和源代码也和SWT一样，也在$｛你的eclipse安装路径｝\plugins路径下去找。
对开发人员来说，在开发一个图形构件的时候，比较好的方式是先到JFace包去找一找，看是不是有更简洁的实现方法，如果没有再用SWT包去自己实现。比如JFace为对话框提供了很好的支持，除了各种类型的对话框(比如上面用的MessageDialog，或是带有Title栏的对话框)，如要实现一个自定义的对话框也最好从JFace中的Dialog类继承，而不是从SWT中的*.widget.Dialog继承。
应用JFace中的Preference包中的类很容易为自己的软件做出一个很专业的配置对话框。对于Tree、Table等图形构件，它们在显示的同时也要和数据关联，例如Table中显示的数据，在JFace中的View包中为此类构件提供了Model-View方式的编程方法，这种方法使显示与数据分开，更加利于开发与维护。JFace中提供最多的功能就是对文本内容的处理。可以在org.eclipse.jface.text.*包中找到数十个与文本处理相关类。
与应用程序更近一步
Java程序通常是以class文件的方式发布的，运行class需要JRE或JDK的支持。这又是Java GUI程序的另一个致命的弱点，想象对一个面向广大用户的应用程序来说，无论你的程序功能有多简单，或是你的代码十分的精简，你都不得不让用户去下载一个7、8M的JRE，那是多么令人沮丧的一件事。而且对程序员来说，Class通常意味着源代码的暴露，反编译的工具让那些居心叵测的人轻易得到你的源代码。虽然有很多对Class的加密方法，但那总是以牺牲性能为代价的。好在我们还有其它的方式可用：把Class编译成exe文件!
参考资料3提供了应用GCJ将SWT编译成exe文件的详细方法。作为对那篇文章的补充，就是目前也可以通过下载Cygwin得到Windows下的GCJ。 Excelsior也是笔者曾经用过的一款很好的编译器，唯一的遗憾就是它的价格!
通过SWT开发包，简单、跨平台、可靠等这些Java语言本身所具有的优点正渐渐融合到图形界面的应用程序开发中去。因此，我相信Java语言的另一扇成功之门正在逐渐打开。
参考资料：
http://www.e2one.com 极一软件工作室应用SWT&JFace API开发出的企业实时通讯IM软件，是SWT&JFace开发Standalone程序的范例。
http://www.eclipse.org/articles/swt-design-2/swt-design-2.html 这篇文章中详细论述了SWT开发者应该如何管理系统资源。
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/guitoolkit/j-nativegui/index.shtml 描述了如何将SWT程序应用GCJ编译成本机应用程序文件。
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/java/l-eclipse/index.shtml 介绍了Eclipse的使用及简单的插件开发过程。
www.eclipse.org 所有的关于Eclipse, SWT, JFace的问题都可以在这里找到答案。也是下载Eclipse开发环境的网站。
http://www.cygwin.com/ 可以得得到Windows版本的GCJ。
关于作者
倪大鹏，有多年的软件开发经验，其中近四年的时间集中在Java相关技术的研究。可以通过e-mail: ndp@e2one.com与他联系。
