基于Java反射机制及控制反转的GUI框架设计

分享到:

 Java是目前最优秀的软件开发语言之一,由于其结构简单、面向对象、跨平台等优越特性使它具有极强的生存力,并得到了广泛的应用。基于Java的图形用户界面(GUI)中,AWT是Java提供的用来建立和设置Java图形用户界面的第一代开发工具。AWT由java.awt包提供,其中包含了许多可以用来建立与平台无关的GUI类。由于AWT组件占有系统资源较多,常把java.awt组件称为重量级组件。Java Swing是Java Foundation Classes(JFC)的一部分,解决了AWT的很多缺点,相对于AWT,Swing是轻量级组件。Swing提供了许多比AWT更好的屏幕显示元素,使用纯Java写成,与Java一样可以跨平台运行[1]。

图形用户界面(GUI)借助于多种组件,包括菜单、按钮、文本框、选择框、列表框等,通过相应的事件处理机制,实现与用户的动态交互。

1 图形用户界面的建立

1.1 创建GUI窗口

javax.swing.JFrame类是用来建立用户界面的底层窗口容器,能够容纳其他组件的对象,如标签、按钮、文本组件等。JFrame类提供的add()方法把不同的组件添加到容器中,通过容器类的setLayout()方法可以设定容器的布局,安排各种组件在容器中。

使用JFrame类创建GUI窗口的基本步骤如下:用JFrame类或其子类创建一个对象即窗体;设置窗口的部分属性,如标题、宽度、高度、可见性、图标等;添加内容面板、组件;编写事件处理方法;组件添加事件监听。

1.2 Java事件处理

在Java中,程序与用户的交互通过响应各种事件来实现。每当一个事件发生,Java虚拟机就会将事件的消息传递给程序,由程序中的事件处理方法对事件进行处理。Java通过委托型事件处理机制来解决对事件的响应。
事件处理机制可表述如下[2]:事件源对象封装了事件源、组件状态等必要信息;当事件源对象发生改变时,向它所注册的所有监听器发出通知,各监听器判断事件类型是否为自己管辖范围,若是,则通知给该监听器的执行器,执行器从事件中获取事件信息,并执行相应函数,改变组件的状态。

1.3 传统创建窗口和事件处理的局限性

在传统的GUI创建过程中,存在一些局限性。

(1)组件创建、添加都采用硬编码方式,造成程序的过度耦合。

(2)如果窗体中有很多组件,组件要添加注册监听,则在代码中看到很多重复注册监听的代码,而这些注册监听的代码都与界面本身设计无关,组件与事件之间的映射关系将会很混乱。

(3)事件处理方法定义在别的类中,无法得到窗体及其组件的引用,只能得到事件源,而无法改变其他组件的状态;或者把事件处理与窗体设计放在一起,这样程序的可维护性又不好。

(4)不利于代码重用,基于MVC的思想,应该把事件处理方法分离出来;在需要修改事件处理代码时,就无需修改界面本身的源代码。

2 图形用户界面设计的改进

2.1 控制反转(IOC)

IOC就是控制反转[3](Inversion of Control)的缩写,也称为依赖注入,控制反转IOC是一种用于控制业务对象之间依赖关系的机制,将其设计的类与类之间的关系都交由外部容器进行管理,仅需调用类在容器中注册的名字就可以得到类的实例,有效降低了业务对象之间的依赖程度,实现了业务对象之间的松散耦合。
IOC的实际意义就是把组件之间的依赖关系(调用关系)反转出来,对象之前的依赖关系用xml配置文件描述;这样,各个组件之间就不存在硬编码的关联,任何组件都可以最大程度地得到重用。
考虑如下接口和类的定义:
public interface ICar{void operate();}
public class Toyota implements ICar{…}
public class Honda implements ICar{…}
public class Driver{
private ICar car;
public void setCar(ICar car){this.car = car;}
public ICar getCar(){return car;}
public void drive(){car.operator();}
}

类Driver依赖于ICar,而类Toyota和Honda实现了接口ICar,即类Driver可以依赖于Toyota或Honda。
运用了IOC模式后就不再需要自己管理组件之间的依赖关系,只需要声明由xml配置文件描述去实现这种依赖关系,就好像把对组件之间的依赖关系的控制进行了倒置,不再由组件自己来建立这种依赖关系而是交给xml配置文件去管理。

2.2 设计的改进

在改进的GUI编程中,把窗体中组件的创建、组件的外观设置和组件触发事件时执行什么方法,不是以硬编码的方式组合在一起,而是通过配置文件来配置。这样开发人员无须关心组件的创建、组件的样式设置、事件的监听与实现,只需要设置相应的get、set方法来存取组件、属性等,事件处理方法能在任意类中实现,方法名可以自定义,并且在其他类中能够得到窗体对象及其组件的引用。当组件的样式发生改变时,只需改动配置文件即可。

该改进设计通过配置文件,并利用控制反转和Java反射机制得以实现,这就需要有框架和良好的设计。

3 框架运行机理

框架中各组成部分在运行过程中的调用关系如图1所示。

当程序入口启动时,框架解析bean-config.xml文件;组件工厂类根据xml配置文件创建各种组件对象;组件外观设置类查找xml文件为每个组件设置相应的外观;事件监听器类查找xml文件为每个组件添加对应的事件监听器;事件执行类查找xml文件为每个组件设置事件触发时执行的方法;最后还需要一个保存窗体对象的类。

GUI程序开发人员只需要设置相应的get、set方法来存取组件,事件发生时要执行的方法和配置xml文件。组件的建立、外观的设置、事件监听添加、事件处理方法都由框架来完成。一个编码的例子如下:

public class JFrameDemo extends JFrame{
private JTextField input ;
private JButton ok ;
//省略的get, set方法
//省略构造方法,该方法用于添加组件到窗体
}
//事件处理类和方法
public class EventOperator{
public void operate(){
//从保存窗体对象的类中获得窗体
//通过窗体的get方法获得组件
//执行所需的操作并修改组件状态
}
}

4 框架的具体实现

4.1 xml配置文件格式

xml是一种标记语言,用于各种配置文件和不同语言间交换信息,它只负责信息的存储,而不负责信息的表达。本框架bean-config.xml文件的设计格式如下:

<?xml version="1.0" encoding="GB2312"?>
<beans>
<bean id="input" class="java.awt.JTextField">
<setColumns>10;Integer</setColumns>
</bean>
<bean id="ok" class="java.awt.JButton">
<setText>计算;String</setText>
<event type="ActionListener" class="test.Event-
Operator" method="operate"></event>
</bean>
<bean id="frame" class="test.JFrameDemo">
<ref>input</ref>
<ref>ok</ref>
</bean>
</beans>

配置文件说明如下:

(1)根节点为beans。

(2)bean节点中的id属性用来唯一地标识一个组件,该值要与代码里的组件名一致,class属性用来表示所对应的类名。

(3)event节点的type属性表示监听器的类型, class属性表示事件触发时将要执行的方法所对应的类名,method属性表示事件触发时将要执行的方法。如上面xml文件中,表示当ok组件发生单击事件时,将执行test. EventOperator类的operate方法。

(4)ref子节点值表示该组件需要依赖的其他bean的标识。

(5)bean其他子节点为设置组件外观的方法,子节点值为调用该方法所需的参数值和对应的参数类型。

4.2 Java的反射机制

因为所对应的类、方法都保存在xml文件中,而对xml解析得到的类名和方法名都是字符串类型,要把字符串实例化成相应的对象并调用就要用到Java的反射技术[4]。

Java的反射机制允许程序在运行时透过Reflection APIs取得任何一个已知名称的类的内部信息,包括其访问权限、父类、实现接口,也包括成员变量和方法的所有信息,并可在运行时改变成员变量的内容或执行方法。
本框架主要利用反射机制来实例化对象和调用方法。其关键代码如下(className,methodName均为字符串):

Class instance = Class.forName(className).newInstance();
//获得目标类实例,传入目标类名及包名
Class c = Class.forName(className);
Method m = c.getMethod(methodName,new Class[]{...});
//传入方法名和参数类型数组
m.invoke(instance, new Object[]{});
//方法执行,传入目标类的实例和方法参数值数组

4.3 xml文件处理器

xml文件处理器主要用于对bean-config.xml文件进行解析, 本框架采用jdk1.5自带的 org.w3c.dom包来解析xml文档,为文档对象模型(DOM) 提供接口。

xml文件处理器根据传入的xml文件生成Document节点,Document可看做是xml在内存中的一个镜像,对Document操作能够直接同步到该xml文件。关键代码如下:

DocumentBuilderFactory dbf=DocumentBuilderFactory.new
Instance();
DocumentBuilder db=dbf.newDocumentBuilder();
//通过工厂得到一个DocumentBuilder
Document doc=db.parse("bean-config.xml");
//DocumentBuilder通过解析xml文件得到一个Document

4.4 组件工厂类的实现

根据xml文件的bean节点建立组件对象,首先利用Document的getElementsByTagName方法获得所有bean节点的NodeList对象,遍历NodeList对象获得每个bean节点的Node对象,再利用Node的getAttributes方法获得该节点的所有属性,然后根据获得的id、class属性就可以实例化组件。关键代码如下:

NodeList nodes = doc.getElementsByTagName("bean");
//获得所有的bean节点
... ...
Node node = nodes.item(i);//获得其中一个bean节点 NamedNodeMap attributes = node.getAttributes();
//取出该节点的所有属性值
... ...
Class cl = Class.forName(class属性值);   Object instance = cl.newInstance(); //创建该类的实例

4.5 组件外观设置类实现

从组件工厂类中获得组件对象并从xml文件中获得的方法名、参数值和参数类型,利用Java反射技术就可以为组件执行方法设置组件外观。

4.6 事件执行类

事件执行类继承多个事件接口,同时实现接口对应的方法。在每个实现的方法中,获得xml文件中event节点的class属性值以及method属性值,利用Java反射技术就可以执行方法。这时当组件触发事件时,执行事件执行类的对应方法,而事件执行类的方法是调用method属性值的方法。这样就实现了当组件触发事件时,执行method属性值的方法。

通过事件执行类,可以自定义触发事件时执行的方法名,实现了事件监听与事件处理的分离。事件执行类采用单例模式实现即仅有一个实例运行,节省了内存消耗。

4.7 事件监听器添加类

传统GUI编程中,事件监听器的添加是利用组件调用相应的方法,并传入对应的事件监听器对象。在本框架事件监听器添加类中,首先获得event节点的type属性值,通过Java反射技术把事件执行类实例添加到组件中,这样当组件触发事件时就可以执行事件执行类的相关方法。

在GUI设计中将组件设计和事件处理交予本文框架管理,降低了对象之间的依赖程度。在代码中仅需要编写get、set方法,也不需注册监听器、实现接口等代码,减少了代码编写量,实现了业务对象的松散耦合。事件触发和事件执行实现了分离,提高了程序的可维护性。对组件状态或事件信息的改变不需修改源代码,只需要修改配置文件,易于实现重构。

实践表明,该框架简单易用,建立的图形用户界面(GUI)具有较高的灵活性、可维护性和可扩展性,对构建中小型的GUI应用具有良好的支撑作用和借鉴意义。

 

 

 
继续阅读
Java技术在嵌入式系统中的应用

Java在应用中充分展示其通用性与完全性等优势,而这在嵌入式设备的应用开发中是至关重要的,这使得Java重返嵌入式应用开发领域成为必然。STK Java卡和J2ME的成功应用昭示着Java在嵌入式系统应用开发中的美好前景。

如果IBM、Sun合并,世界将会怎样?

有消息称IBM将收购Sun。如果传言属实,那么IBM和Sun的合并无疑将撼动硅谷,给Sparc、Power微处理器以及Java软件带来深远的影响。 多年以来,计算机行业一直奉行公司越大越好的原则。因此,在思科宣布进军服务器市场两天后传出IBM计划以65亿美元收购Sun的消息也不足为奇。 Amazon.com、Google和Microsoft等拥有大规模、高度集成数据中心的大型互联网公司对服务器的需求呈现不断增长的趋势----这正是IBM和Sun所关注的焦点。在云端计算机时代,这

基于Java反射机制及控制反转的GUI框架设计

传统的图形用户界面GUI(Graphics User Interface)设计中,存在过度耦合、组件与事件之间的映射关系混乱等问题。对此,提出了基于控制反转(IOC)的GUI框架,该框架采用Java反射机制,解析xml配置文件完成组件实例化、组件添加事件监听。实验表明,利用该框架建立的GUI实现了业务对象的松散耦合,组件和事件处理方法分离,缩短开发周期,具有较高的可扩展性。

意法半导体(ST)推出创新开发平台,让简易电器可拥有如智能手机般的图形用户界面

STM32微控制器优化的Java环境预示基本电子产品将拥有更丰富的图形用户界面及更快的产品周期 中国,2013年1月26日 —— 横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供应商意法半导体 (STMicr

意法半导体(ST)和IS2T携手打造最佳的STM32 Java开发平台

意法半导体与Java技术专业厂商合作开发设计工具,为电器和工业电子设备实现更新颖的外观设计