Java Swing 教程：从入门到精通
Java Swing 是 Java Foundation Classes (JFC) 的一部分，它提供了一套丰富的 GUI (Graphical User Interface) 组件，用于构建跨平台的桌面应用程序。尽管现代 Java GUI 开发有 JavaFX 等新选择，但 Swing 依然因其稳定性和庞大的现有代码库而占有一席之地。本教程将带您从 Swing 的基础知识开始，逐步深入到高级主题，助您成为 Swing 开发专家。
第一部分：Swing 入门基础
1. Swing 的核心概念
- AWT (Abstract Window Toolkit) 与 Swing 的关系: AWT 是早期 Java GUI 库，使用操作系统原生组件，导致“重”组件（Heavyweight Components）在不同平台上外观不一致。Swing 则使用“轻”组件（Lightweight Components），完全由 Java 绘制，实现了跨平台一致的外观和感觉。
- Swing 组件层次结构: Swing 组件都继承自
JComponent，它是Container的子类。理解容器（如JFrame,JPanel）和组件（如JButton,JTextField）之间的关系至关重要。 - M-V-C (Model-View-Controller) 架构: Swing 内部广泛采用 M-V-C 模式。组件的“模型”负责数据，“视图”负责显示，“控制器”负责用户交互。这使得 UI 逻辑与数据分离，提高了可维护性。
2. 第一个 Swing 应用程序：Hello World
“`java
import javax.swing.*; // 导入所有 Swing 类
public class HelloWorldSwing {
public static void main(String[] args) {
// 确保 GUI 更新在事件调度线程 (Event Dispatch Thread, EDT) 上运行
SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
public void run() {
// 1. 创建顶层容器 JFrame
JFrame frame = new JFrame(“Hello Swing!”);
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // 设置关闭操作
// 2. 创建一个简单的组件 JLabel
JLabel label = new JLabel("Hello, Swing World!");
// 3. 将组件添加到 JFrame 的内容面板
frame.getContentPane().add(label);
// 4. 设置窗口大小并使其可见
frame.pack(); // 根据组件的首选大小调整窗口
frame.setLocationRelativeTo(null); // 居中显示
frame.setVisible(true);
}
});
}
}
“`
关键点:
– JFrame: Swing 应用程序的主窗口。
– setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE): 当窗口关闭时，程序退出。
– JLabel: 用于显示文本或图像的非交互式组件。
– getContentPane(): 获取 JFrame 的内容面板，所有组件都应添加到此面板。
– pack(): 自动调整窗口大小以适应其内容。
– setLocationRelativeTo(null): 将窗口放置在屏幕中央。
– SwingUtilities.invokeLater(): 非常重要！ 确保所有 Swing GUI 操作都在 EDT 上执行，以避免线程安全问题和 UI 冻结。
3. 常用 Swing 组件
- 顶层容器:
JFrame: 主应用程序窗口。JDialog: 弹出式对话框。JApplet: 在浏览器中运行的小程序（现在很少用）。
- 通用容器:
JPanel: 最常用的通用容器，用于组织和分组组件。JScrollPane: 为内容提供滚动条。JSplitPane: 将两个组件分成可调整大小的区域。JTabbedPane: 提供标签页界面。
- 基本组件:
JButton: 按钮。JTextField,JPasswordField: 单行文本输入。JTextArea: 多行文本区域。JCheckBox,JRadioButton: 复选框和单选按钮。JComboBox: 下拉列表。JList: 列表选择。JTable: 表格显示数据。JTree: 树形结构显示数据。JMenu,JMenuItem,JMenuBar: 菜单栏。JFileChooser: 文件选择器。JOptionPane: 标准消息、确认、输入对话框。
4. 布局管理器 (Layout Managers)
Swing 不直接使用像素坐标来定位组件，而是依赖布局管理器来自动排列组件，以适应不同屏幕大小和分辨率。
FlowLayout: 默认布局，组件按行从左到右排列，到达边界时换行。BorderLayout: 将容器分为东、西、南、北、中五个区域，每个区域只能放置一个组件。JFrame的内容面板默认使用此布局。GridLayout: 将组件排列在网格中，每个单元格大小相同。GridBagLayout: 最强大、最灵活但也最复杂的布局管理器，允许组件跨越多个单元格，并控制其对齐、填充和权重。BoxLayout: 沿水平或垂直方向排列组件。CardLayout: 允许在一个容器中堆叠多个组件，每次只显示一个。SpringLayout: 基于组件之间的弹簧约束，非常灵活但使用复杂。
示例：使用 BorderLayout 和 JPanel
“`java
import javax.swing.;
import java.awt.; // 导入 AWT 布局相关的类
public class LayoutExample {
public static void main(String[] args) {
SwingUtilities.invokeLater(() -> {
JFrame frame = new JFrame(“Layout Manager Example”);
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setSize(400, 300);
frame.setLocationRelativeTo(null);
// 设置主窗口使用 BorderLayout
frame.setLayout(new BorderLayout());
// 添加按钮到不同的区域
frame.add(new JButton("North"), BorderLayout.NORTH);
frame.add(new JButton("South"), BorderLayout.SOUTH);
frame.add(new JButton("East"), BorderLayout.EAST);
frame.add(new JButton("West"), BorderLayout.WEST);
// 创建一个 JPanel，使用 FlowLayout，并将其添加到 CENTER 区域
JPanel centerPanel = new JPanel();
centerPanel.setLayout(new FlowLayout());
centerPanel.add(new JButton("Center 1"));
centerPanel.add(new JButton("Center 2"));
frame.add(centerPanel, BorderLayout.CENTER);
frame.setVisible(true);
});
}
}
“`
5. 事件处理 (Event Handling)
用户与 GUI 的交互（点击按钮、输入文本、选择菜单项等）会触发事件。Swing 使用事件监听器 (Event Listeners) 机制来响应这些事件。
- 事件源 (Event Source): 产生事件的组件（如
JButton）。 - 事件对象 (Event Object): 封装了事件信息的对象（如
ActionEvent）。 - 事件监听器 (Event Listener): 实现特定接口（如
ActionListener）的对象，用于处理事件。
示例：按钮点击事件
“`java
import javax.swing.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
public class ButtonClickExample {
public static void main(String[] args) {
SwingUtilities.invokeLater(() -> {
JFrame frame = new JFrame(“Button Click”);
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setSize(300, 200);
frame.setLocationRelativeTo(null);
JButton button = new JButton("Click Me!");
JLabel messageLabel = new JLabel("No click yet.");
// 创建一个匿名内部类作为 ActionListener
button.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
messageLabel.setText("Button clicked!");
System.out.println("Button was clicked!");
}
});
// 使用 Lambda 表达式 (Java 8+) 简化
// button.addActionListener(e -> {
// messageLabel.setText("Button clicked!");
// System.out.println("Button was clicked (lambda)!");
// });
JPanel panel = new JPanel();
panel.add(button);
panel.add(messageLabel);
frame.add(panel);
frame.setVisible(true);
});
}
}
“`
第二部分：Swing 进阶主题
1. Model-View-Controller (MVC) 模式深入
虽然 Swing 组件内部实现了 MVC，但对于更复杂的自定义组件或数据密集型应用程序，我们通常会手动将业务逻辑、数据模型和视图表示分离。
JTable和JTree的模型:JTable使用TableModel接口（或其实现DefaultTableModel）来管理数据。JTree使用TreeModel来管理树节点。- 自定义模型: 当内置模型不满足需求时，可以实现自己的
TableModel或TreeModel。
2. 自定义组件和绘制 (Custom Painting)
- 覆盖
paintComponent(): 可以在JComponent的子类中覆盖paintComponent(Graphics g)方法来进行自定义绘制。Graphics对象提供了丰富的绘图 API。 - 双缓冲 (Double Buffering): Swing 组件默认支持双缓冲，以减少闪烁。在自定义绘制时，通常不需要手动实现，但了解其原理有助于优化。
Graphics2D: 将Graphics对象向下转型为Graphics2D可以获得更强大的 2D 图形功能，如抗锯齿、变换、渐变等。
3. 线程与并发 (Concurrency)
- EDT (Event Dispatch Thread): 所有 GUI 更新必须在 EDT 上进行。耗时的操作（如网络请求、文件 I/O、复杂计算）绝不能在 EDT 上执行，否则会冻结 UI。
SwingWorker: 专为解决耗时操作而设计的实用工具类。它允许你在后台线程执行任务，并在任务完成后安全地更新 EDT 上的 UI。
“`java
import javax.swing.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class SwingWorkerExample {
private JLabel statusLabel;
private JButton startButton;
public SwingWorkerExample() {
JFrame frame = new JFrame("SwingWorker Example");
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setSize(300, 200);
frame.setLocationRelativeTo(null);
statusLabel = new JLabel("Ready.");
startButton = new JButton("Start Long Task");
startButton.addActionListener(new ActionListener() {
@Override
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
startButton.setEnabled(false); // 禁用按钮
statusLabel.setText("Task started...");
new LongTaskWorker().execute(); // 启动后台任务
}
});
JPanel panel = new JPanel();
panel.add(startButton);
panel.add(statusLabel);
frame.add(panel);
frame.setVisible(true);
}
class LongTaskWorker extends SwingWorker<String, Integer> { // <ResultType, ProgressType>
@Override
protected String doInBackground() throws Exception {
// 这是在后台线程执行的代码
for (int i = 0; i <= 100; i += 10) {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(200); // 模拟耗时操作
publish(i); // 发布进度更新
}
return "Task completed!"; // 返回任务结果
}
@Override
protected void process(List<Integer> chunks) {
// 这是在 EDT 上执行的代码，处理 publish() 发布的进度
for (Integer progress : chunks) {
statusLabel.setText("Progress: " + progress + "%");
}
}
@Override
protected void done() {
// 这是在 EDT 上执行的代码，任务完成时调用
try {
String result = get(); // 获取 doInBackground 的结果
statusLabel.setText(result);
} catch (Exception ex) {
statusLabel.setText("Task failed: " + ex.getMessage());
} finally {
startButton.setEnabled(true); // 重新启用按钮
}
}
}
public static void main(String[] args) {
SwingUtilities.invokeLater(SwingWorkerExample::new);
}
}
“`
4. 高级组件与功能
JTable的定制:- 渲染器 (Cell Renderers): 定制单元格的显示方式（如不同颜色、图标）。
- 编辑器 (Cell Editors): 定制单元格的编辑方式（如下拉列表、日期选择器）。
- 排序和过滤:
TableRowSorter和RowFilter用于表格数据的排序和过滤。
JTree的定制:- 渲染器 (Cell Renderers): 定制树节点的显示（如图标、不同字体）。
DefaultTreeModel与DefaultMutableTreeNode: 构建树结构的基础。
- 国际化 (Internationalization – i18n): 使用
ResourceBundle和Locale来支持多语言界面。 - 拖放 (Drag and Drop):
TransferHandlerAPI 允许在 Swing 组件之间以及与其他应用程序之间实现拖放功能。
5. 外观和感觉 (Look and Feel)
UIManager: Swing 提供了UIManager类来设置应用程序的全局外观和感觉。- 内置 L&F:
CrossPlatformLookAndFeel(Metal/Synth): Java 默认的、跨平台一致的外观。SystemLookAndFeel: 使用操作系统原生的外观（如 Windows、macOS）。NimbusLookAndFeel: 现代、平滑的 Java L&F。
- 第三方 L&F: 可以集成像 FlatLaf 这样的第三方 L&F 来获得更现代的 UI 效果。
“`java
import javax.swing.*;
public class LookAndFeelExample {
public static void main(String[] args) {
SwingUtilities.invokeLater(() -> {
try {
// 设置为系统默认的外观
UIManager.setLookAndFeel(UIManager.getSystemLookAndFeelClassName());
// 设置为 Nimbus 外观 (需要 Java 6+)
// UIManager.setLookAndFeel(“javax.swing.plaf.nimbus.NimbusLookAndFeel”);
// 设置为 FlatLaf 外观 (需要添加 FlatLaf 库)
// UIManager.setLookAndFeel(“com.formdev.flatlaf.FlatDarculaLaf”);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
JFrame frame = new JFrame("Look and Feel");
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
frame.setSize(300, 200);
frame.setLocationRelativeTo(null);
JPanel panel = new JPanel();
panel.add(new JButton("A Button"));
panel.add(new JCheckBox("A CheckBox"));
panel.add(new JTextField("A Text Field", 15));
frame.add(panel);
frame.setVisible(true);
});
}
}
“`
6. 持久化数据
- 文件 I/O: 将应用程序数据保存到文件（文本文件、CSV、XML、JSON）。
Properties类: 方便地保存和加载键值对配置。- SQLite 或 H2 嵌入式数据库: 对于更复杂的数据，可以使用轻量级嵌入式数据库。
第三部分：Swing 最佳实践与技巧
- 始终在 EDT 上操作 GUI: 重申！这是 Swing 开发中最重要的规则。
- 使用合适的布局管理器: 避免使用
null布局（绝对定位），因为它使得界面难以适应变化。优先使用JPanel和嵌套布局来构建复杂界面。 - 遵循 Java 命名约定: 类名使用
CamelCase，变量名使用camelCase。 - 清晰的代码结构: 将相关的组件和逻辑封装在自定义的
JPanel或JFrame子类中。 - 内存管理: 注意事件监听器的生命周期，避免内存泄漏，尤其是在创建大量组件或频繁添加/移除监听器时。
- 错误处理: 为关键操作添加
try-catch块，并使用JOptionPane等显示友好的错误信息。 - 可访问性 (Accessibility): 考虑为视觉障碍用户提供文本替代、键盘导航等功能。
- 使用
JGoodies Forms或MigLayout(第三方): 对于需要更精细控制的布局，这些第三方布局管理器提供了比 Swing 内置布局更强大的功能。 - 单元测试: 针对非 GUI 业务逻辑编写单元测试。GUI 自动化测试相对复杂，但也有工具如 Abbot、FEST-Swing 等。
- 持续学习与实践: 官方 Swing 教程 (The Java Tutorials – Creating a GUI With JFC/Swing) 是宝贵的资源。通过构建实际的小项目来巩固知识。
总结
Java Swing 提供了一个功能强大且成熟的框架来构建桌面应用程序。从理解其核心概念、熟练使用基本组件和布局管理器入手，到掌握事件处理、并发编程 (SwingWorker) 和高级组件定制，您将能够构建出健壮且用户友好的 Java 桌面应用。尽管新一代 GUI 技术不断涌现，但 Swing 的知识和经验仍然是宝贵的资产。希望这篇教程能帮助您在 Swing 的世界中从入门走向精通！