Java图形用户界面编程：Swing与JavaFX比较

# 1. Java图形用户界面概述

## 1.1 图形用户界面的演进
图形用户界面（GUI）是现代计算的核心，它提供了一种直观、视觉友好的方式，让计算机用户与程序进行交互。自早期的命令行界面（CLI）发展到如今丰富的多媒体界面，GUI为用户提供了便捷的操作体验和丰富的视觉信息。

## 1.2 Java在GUI领域的角色
Java作为一种跨平台的编程语言，自诞生之日起就支持图形用户界面的开发。通过其丰富的API，Java允许开发者创建跨平台的GUI应用程序，这些应用程序可以在不同的操作系统上无缝运行。随着技术的演进，Java在GUI领域的表现形式也经历了从AWT到Swing，再到JavaFX的演化过程。每一种框架都带来了新的特点和改进，以适应不断变化的用户需求和技术标准。

# 2. Swing基础与实践

## 2.1 Swing组件架构
### 2.1.1 Swing组件的核心概念
Swing是Java的一个用于开发图形用户界面的工具包，它是Java基础类库的一部分。Swing提供了一套丰富的GUI组件，这些组件被设计成独立于底层操作系统的界面元素。这使得Swing应用程序能够拥有一致的外观和行为，无论它们运行在哪个平台上。

核心概念之一是“轻量级组件”，与AWT的重量级组件不同，Swing组件不是直接映射到本地窗口组件，而是由Java代码实现，这就允许Swing组件在所有的平台上都有一致的表现。Swing使用了装饰器模式来扩展组件的功能，例如，`JFrame`是一个装饰过的`Window`类，它可以包含菜单栏、标题栏等。

另一个核心概念是MVC（Model-View-Controller）设计模式。Swing组件通常将数据模型、视图和控制逻辑分离，这使得它可以很容易地适应不同的用户界面需求。在Swing中，一个组件的模型可以被多个视图共享，并且可以由多个控制器操作。

### 2.1.2 常用Swing组件和布局管理器
Swing组件库中包含了许多预定义的组件，比如按钮（`JButton`）、文本框（`JTextField`）、复选框（`JCheckBox`）、列表（`JList`）等。这些组件可以被添加到各种容器中，比如`JPanel`，然后通过布局管理器进行管理。布局管理器负责确定容器中组件的位置和大小。

常见的布局管理器有：

- **`BorderLayout`**: 将容器分为5个区域：北、南、东、西和中心，每个区域可以放置一个组件。
- **`FlowLayout`**: 从左到右，从上到下排列组件，直到填满一行，然后开始新的一行。
- **`GridLayout`**: 将容器分为一个网格，并将组件放置在网格的单元格中。
- **`GridBagLayout`**: 更复杂的布局，允许组件占据多个网格单元，并可以设置组件的对齐和填充。
- **`CardLayout`**: 容器中的组件可以看作是一组卡片，一次只有一个组件是可见的。

布局管理器的选择取决于设计的用户界面的需要，以及开发者的个人偏好。

## 2.2 Swing事件处理机制
### 2.2.1 事件监听器模式
Swing采用了事件监听器模式来处理用户界面事件。这种模式的核心思想是将事件的来源（源）与事件的处理（监听器）分离。当用户在GUI组件上进行操作（如点击按钮）时，会产生一个事件，该事件会被封装成一个事件对象。

这些事件对象被传递给一个或多个监听器，监听器是一个实现了特定事件处理接口的类的实例。例如，按钮点击事件可以由实现了`ActionListener`接口的类来处理。

为了更好地管理事件，Swing提供了事件适配器类，它们为接口中的方法提供了默认的空实现。开发者通常只需要扩展事件适配器类并覆盖需要处理的方法。

### 2.2.2 实用的事件处理案例
考虑一个简单的文本框和按钮的例子，用户在文本框中输入内容，点击按钮后，程序会读取文本框中的内容并将其打印到控制台。

import javax.swing.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

public class TextFieldExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 JFrame 实例
        JFrame frame = new JFrame("文本框示例");
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        frame.setSize(300, 100);
        // 创建文本框
        JTextField textField = new JTextField(15);
        // 创建按钮
        JButton button = new JButton("点击我");
        // 创建面板并将组件添加到面板中
        JPanel panel = new JPanel();
        panel.add(textField);
        panel.add(button);
        // 添加事件监听器
        button.addActionListener(new ActionListener() {
            public void actionPerformed(ActionEvent e) {
                String text = textField.getText();
                System.out.println("按钮被点击，文本框内容：" + text);
            }
        });
        // 将面板添加到窗口中
        frame.getContentPane().add(panel);
        // 显示窗口
        frame.setVisible(true);
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个`JFrame`窗口，其中包含一个`JTextField`和一个`JButton`。当按钮被点击时，触发一个事件，该事件由内部匿名类实例化的`ActionListener`处理。这个监听器读取文本框的内容，并将其打印到控制台。

事件处理是用户交互的核心，理解如何正确地使用事件监听器对于开发一个响应用户操作的应用程序至关重要。

## 2.3 Swing高级特性
### 2.3.1 自定义组件和渲染
在Swing中，开发者可以创建完全自定义的组件来满足特定的界面需求。自定义组件可以通过继承已有的组件类（例如`JPanel`或`JComponent`）来创建，并重写`paintComponent`方法来实现自定义的渲染逻辑。

例如，下面的代码段创建了一个简单的自定义组件，该组件在面板上绘制了一个圆形：

import javax.swing.*;
import java.awt.*;

public class CustomCircleComponent extends JPanel {
    protected void paintComponent(Graphics g) {
        super.paintComponent(g); // 调用父类的paintComponent方法
        g.setColor(Color.RED); // 设置绘制颜色为红色
        g.fillOval(50, 50, 200, 100); // 绘制一个圆
    }
}

这个组件可以在Swing应用程序中使用，就像使用其他标准组件一样。

自定义组件和渲染的能力极大地扩展了Swing的用途，使得开发者可以创建具有高度定制外观和行为的用户界面。

### 2.3.2 Swing性能优化技巧
由于Swing是运行在单一的事件分发线程（EDT）上的，因此当执行耗时的操作时，用户界面可能会变得不响应。为了优化Swing应用程序的性能，开发者需要采取一些策略，比如避免在EDT中执行长时间的操作。

一个常见的做法是使用`SwingWorker`类，它允许你将长时间运行的任务在后台线程上执行，然后在EDT上更新用户界面。这样做可以保持应用程序界面的响应性。

另一个常用的性能优化技巧是合理使用布局管理器，减少组件的嵌套层数，尽量避免使用重量级组件，以及使用组件的`setToolTipText()`方法来提供即时的用户反馈，减少不必要的渲染和布局调整。

这些优化技巧可以帮助开发者创建流畅、响应迅速的用户界面，同时避免了性能瓶颈和界面冻结的问题。

# 3. JavaFX基础与实践

JavaFX是一个用于构建丰富互联网应用（Rich Internet Applications, RIA）的库，它为开发者提供了一套完整的工具集，用于创建性能优秀、图形化的用户界面。JavaFX在Java平台下运行，提供了比Swing更为丰富的用户界面组件和动画效果，并且提供了更加强大的媒体处理能力。在本章节中，我们将深入了解JavaFX的核心概念、场景图与动画制作，以及JavaFX在媒体和网络方面的应用。

## 3.1 JavaFX核心概念

### 3.1.1 JavaFX的历史和特点

JavaFX的历史始于2007年，作为Java的下一代图形用户界面库，旨在替代老旧的Swing库。由于它采用Java语言编写，这使得Java开发者能够很容易上手。JavaFX特点包括：

- **高性能**：使用硬件加速渲染，提供了更流畅的动画和视觉效果。
- **丰富的UI组件*