Java2D：XWindows 事件和帧率之间的交互

Posted 2023-02-16

【中文标题】Java2D：XWindows 事件和帧率之间的交互

【英文标题】：Java2D: interaction between XWindows events and frame rate

【发布时间】：2017-04-01 09:26:02

【问题描述】：

我在 Linux/XWindows 上的简单 Java2D 应用程序中遇到了系统事件和窗口刷新率之间的意外交互。最好用下面的小例子来演示。

这个程序创建一个小窗口，其中一个半圆以不同的旋转显示。图形以每秒 60 帧的速度更新，以产生闪烁的显示。这是通过BufferStrategy 实现的，即调用其show 方法。

但是，我注意到当我 (a) 将鼠标移到窗口上以便窗口接收鼠标悬停事件或 (b) 按住键盘上的一个键以便窗口接收键盘事件时，闪烁会增加看得见。

因为调用BufferStrategy.show() 的速率不受这些事件的影响，从控制台上的打印输出可以看出（它们应该始终保持在 60 fps 左右）。然而，更快的闪烁表明显示的更新率实际上确实发生了变化。

在我看来，实际，即每秒可见 60 帧是无法实现的，除非生成鼠标或键盘事件。

public class Test 
    // pass the path to 'test.png' as command line parameter
    public static void main(String[] args) throws Exception 
        BufferedImage image = ImageIO.read(new File(args[0]));

        // create window
        JFrame frame = new JFrame();
        Canvas canvas = new Canvas();
        canvas.setPreferredSize(new Dimension(100, 100));
        frame.getContentPane().add(canvas);
        frame.pack();
        frame.setVisible(true);

        int fps = 0;
        long nsPerFrame = 1000000000 / 60; // 60 = target fps
        long showTime = System.nanoTime() + nsPerFrame;
        long printTime = System.currentTimeMillis() + 1000;
        for (int tick = 0; true; tick++) 
            BufferStrategy bs = canvas.getBufferStrategy();
            if (bs == null) 
                canvas.createBufferStrategy(2);
                continue;
            

            // draw frame
            Graphics g = bs.getDrawGraphics();
            int framex = (tick % 4) * 64;
            g.drawImage(image, 18, 18, 82, 82, framex, 0, framex+64, 64, null);
            g.dispose();
            bs.show();

            // enforce frame rate
            long sleepTime = showTime - System.nanoTime();
            if (sleepTime > 0) 
                long sleepMillis = sleepTime / 1000000;
                int sleepNanos = (int) (sleepTime - (sleepMillis * 1000000));
                try 
                    Thread.sleep(sleepMillis, sleepNanos);
                 catch (InterruptedException ie) 
                    /* ignore */
                
            
            showTime += nsPerFrame;

            // print frame rate achieved
            fps++;
            if (System.currentTimeMillis() > printTime) 
                System.out.println("fps: " + fps);
                fps = 0;
                printTime += 1000;
            
        
    

与此程序一起使用的示例图像（必须作为命令行参数传递的路径）如下：

所以我的（两部分）问题是：

为什么会出现这种效果？我怎样才能达到实际 60 fps？

（评论者的额外问题：您在其他操作系统下是否也遇到相同的效果？）

【问题讨论】：

我尝试在 Windows 10 上运行的机器上多次运行您的代码。有时我观察到闪烁变慢了。你有没有遇到过这个问题？您是否尝试过保护您的代码免受帧丢失？？

@sbaitmangalkar 感谢您试用代码。帧丢失是我目前没有考虑的一个单独问题。但要明确一点：当您运行程序时，您不会在将鼠标光标移到窗口上时立即看到动画加速？

缓冲区策略中的缓冲区大多是VolatileImage，这可能会根据您所说的操作系统因素丢失内容，从而导致被提及的行为。因此，通过限制丢失缓冲区的循环条件可能会解决您的问题。同样，我不确定这是否真的是代码行为背后的原因。

在我的测试运行中，内容从未丢失，并且所描述的行为仍然可见。

在 OSX El Capitan 中工作。可能是因为它不受 X11 命令缓冲区批处理的影响。

【参考方案1】：

问：为什么会出现这种效果？

简答：必须在BufferStrategy#show 之后调用canvas.getToolkit().sync() 或Toolkit.getDefaultToolkit().sync()

长答案：如果没有明确的 Toolkit#sync 像素，则在 X11 命令缓冲区已满或其他事件（例如鼠标移动）强制刷新之前，不会出现在屏幕上。

引用自 http://www.java-gaming.org/index.php/topic,15000.

...即使我们 (Java2D) 立即发出我们的渲染命令视频 司机可能会选择不立即执行它们。经典示例是 X11 - 尝试定时循环 Graphics.fillRects - 看看你能发出多少 在几秒钟内。没有 toolkit.sync() （在 X11 管道的情况下 XFlush()） 在每次调用之后或循环结束时，您实际测量的是 Java2D 的速度有多快 调用 X11 lib 的 XFillRect 方法，该方法只是将这些调用批处理，直到它成为命令 缓冲区已满，然后才将它们发送到 X 服务器执行。

问：如何才能达到实际的 60 fps？

A：刷新命令缓冲区并考虑在代码中使用System.setProperty("sun.java2d.opengl", "true"); 或-Dsun.java2d.opengl=true 命令行选项为Java2D 开启OpenGL 加速。

另见：

Java animation stutters when not moving mouse cursor http://www.java-gaming.org/index.php/topic,15000. Drawing in Java using Canvas http://www.oracle.com/technetwork/articles/java/mixing-components-433992.html