• 【读书笔记《Android游戏编程之从零开始》】11.游戏开发基础(SurfaceView 游戏框架、View 和 SurfaceView 的区别)


    1. SurfaceView 游戏框架实例

    实例效果:就是屏幕上的文本跟着点击的地方移动,效果图如下:

    步骤:

    新建项目“GameSurfaceView”,首先自定义一个类"MySurfaceView",此类继承SurfaceView,并实现android.view.SurfaceHolder.Callback 接口,代码如下

    package com.example.ex4_5;
    
    import android.content.Context;
    import android.graphics.Canvas;
    import android.graphics.Color;
    import android.graphics.Paint;
    import android.view.MotionEvent;
    import android.view.SurfaceHolder;
    import android.view.SurfaceHolder.Callback;
    import android.view.SurfaceView;
    
    //Callback接口用于SurfaceHolder 对SurfaceView 的状态进行监听
    public class MySurfaceView extends SurfaceView implements Callback{
        //用于控制SurfaceView 的大小、格式等,并且主要用于监听SurfaceView 的状态
        private SurfaceHolder sfh;
        private Paint paint;
        private int textX=30,textY=30;
        public MySurfaceView(Context context) {
            super(context);
            //实例SurfaceView
            sfh = this.getHolder();
            //为SurfaceView添加状态监听
            sfh.addCallback(this);
            //实例一个画笔
            paint = new Paint();
            //设置字体大小
            paint.setTextSize(30);
            //设置画笔的颜色
            paint.setColor(Color.GREEN);
        }
    
        @Override
        //当SurfaceView 被创建完成后响应
        public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
            myDraw();
        }
    
        @Override
        //当SurfaceView 状态发生改变时响应
        public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,
                int height) {
            
        }
    
        @Override
        //当SurfaceView 状态被摧毁时响应
        public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
            
        }
    
        //SurfaceView 是通过SurfaceHolder 来修改其数据,所以即时重写View 的onDraw(Canvas canvas)函数,在SurfaceView 启动时也不会执行到,因此这里自定义绘图函数
        public void myDraw()
        {
            //获取SurfaceView 的Canvas 对象,
            //同时对获取的Canvas 画布进行加锁,防止SurfaceView 在绘制过程中被修改、摧毁等发生的状态改变
            //另外一个lockCanvas(Rect rect)函数,其中传入一个Rect矩形类的实例,用于得到一个自定义大小的画布
            Canvas canvas = sfh.lockCanvas();
            //填充背景色,即刷屏,每次在画布绘图前都对画布进行一次整体的覆盖
            canvas.drawColor(Color.BLACK);
            //绘制内容
            canvas.drawText("This is a Text !", textX, textY, paint);
            //解锁画布和提交
            sfh.unlockCanvasAndPost(canvas);
        }
    
        //重写触屏监听事件
        @Override
        public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
            textX = (int)event.getX();
            textY = (int)event.getY();
            myDraw();
            return super.onTouchEvent(event);
        }
        
    }
    MySurfaceView

    修改MainActivity 类,让其显示自定义的SurfaceView 视图

    public class MainActivity extends Activity {
    
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        //显示自定义的SurfaceView 视图
        setContentView(new MySurfaceView(this));
    }
    }

    配置文件中设置应用程序为全屏

      android:theme="@android:style/Theme.NoTitleBar.Fullscreen" 

    具体说明可查看代码。

    2.SurfaceView 视图添加线程

    在游戏中,基本上不会等到用户每次触发了按键事件、触屏事件才去重绘画布,而是会固定一个时间去刷新画布:比如游戏中的倒计时、动态的花草、流水等等,这些游戏元素并不会跟玩家交互,但是这些元素都是动态的。所以游戏开发中会有一个线程不停的去重绘画布,实时的更新游戏元素的状态。
    当然游戏中除了画布给玩家最直接的动态展现外,也会有很多逻辑需要不断的去更新,比如怪物的AI(人工智能)、游戏中钱币的更新等等。

    下面给上面实例中的SurfaceView 视图添加线程,用于不停的重绘画布以及不停地执行游戏逻辑。

    实例效果如下:

    修改后,MySurfaceView 类代码如下:

    package com.example.ex4_5;
    
    import android.content.Context;
    import android.graphics.Canvas;
    import android.graphics.Color;
    import android.graphics.Paint;
    import android.view.KeyEvent;
    import android.view.MotionEvent;
    import android.view.SurfaceHolder;
    import android.view.SurfaceHolder.Callback;
    import android.view.SurfaceView;
    
    //Callback接口用于SurfaceHolder 对SurfaceView 的状态进行监听
    public class MySurfaceView extends SurfaceView implements Callback, Runnable {
        // 用于控制SurfaceView 的大小、格式等,并且主要用于监听SurfaceView 的状态
        private SurfaceHolder sfh;
        // 声明一个画笔
        private Paint paint;
        // 文本坐标
        private int textX = 30, textY = 30;
        // 声明一个线程
        private Thread th;
        // 线程消亡的标识符
        private boolean flag;
        // 声明一个画布
        private Canvas canvas;
        // 声明屏幕的宽高
        private int screenW, screenH;
    
        /**
         * SurfaceView 初始化函数
         * 
         * @param context
         */
        public MySurfaceView(Context context) {
            super(context);
            // 实例SurfaceView
            sfh = this.getHolder();
            // 为SurfaceView添加状态监听
            sfh.addCallback(this);
            // 实例一个画笔
            paint = new Paint();
            // 设置字体大小
            paint.setTextSize(20);
            // 设置画笔的颜色
            paint.setColor(Color.WHITE);
            // 设置焦点
            setFocusable(true);
        }
    
        /**
         * SurfaceView 视图创建,响应此函数
         */
        @Override
        public void surfaceCreated(SurfaceHolder holder) {
            screenW = this.getWidth();
            screenH = this.getHeight();
            flag = true;
            // 实例线程
            th = new Thread(this);
            // 启动线程
            th.start();
        }
    
        /**
         * SurfaceView 视图状态发生改变时,响应此函数
         */
        @Override
        public void surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,
                int height) {
    
        }
    
        /**
         * SurfaceView 视图消亡时,响应此函数
         */
        @Override
        public void surfaceDestroyed(SurfaceHolder holder) {
            flag = false;
        }
    
        /**
         * 游戏绘图
         */
        public void myDraw() {
            try {
                canvas = sfh.lockCanvas();
                if (canvas != null) {
                    // ————利用绘制矩形的方式刷屏
                    // canvas.drawRect(0, 0, this.getWidth(), this.getHeight(),
                    // paint);
                    // ————利用填充画布,刷屏
                    // canvas.drawColor(Color.BLACK);
                    // ————利用填充画布指定的颜色分量,刷屏
                    canvas.drawRGB(0, 0, 0);
                    canvas.drawText("啦啦啦,德玛西亚!", textX, textY, paint);
                }
            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            } finally {
                if (canvas != null) {
                    sfh.unlockCanvasAndPost(canvas);
                }
            }
        }
    
        /**
         * 触屏事件监听
         */
        @Override
        public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
            textX = (int) event.getX();
            textY = (int) event.getY();
            return true;
        }
    
        @Override
        public boolean onKeyDown(int keyCode, KeyEvent event) {
            return super.onKeyDown(keyCode, event);
        }
    
        /**
         * 游戏逻辑
         */
        private void logic() {
        }
    
        @Override
        public void run() {
            while (flag) {
                long start = System.currentTimeMillis();
                myDraw();
                logic();
                long end = System.currentTimeMillis();
                try {
                    if (end - start < 50) {
                        Thread.sleep(50 - (end - start));
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    
    }
    MySurfaceView

    代码说明:

    (1)线程标识位

    在代码中“boolean flag;”语句声明一个布尔值,它主要用于以下两点:
    
    ①便于消亡线程
    
    一个线程一旦启动,就会执行run() 函数,run() 函数执行结束后,线程也伴随着消亡。由于游戏开发中使用的线程一般都会在run() 函数中使用一个while 死循环,在这个循环中会调用绘图和逻辑函数,使得不断的刷新画布和更新逻辑;那么如果游戏暂停或者游戏结束时,为了便于销毁线程在此设置一个标识位来控制。
    
    ②防止重复创建线程及程序异常
    
    为什么会重复创建线程,首先从Android 系统的手机说起。熟悉或者接触过 Android 系统的人都知道,Android 手机上一般都有“Back(返回)”与“Home(小房子)”按键。不管当前手机运行了什么程序,只要单击“Back”或者“Home”按键的时候,默认会将当前的程序切入到系统后台运行(程序中没有截获这两个按钮的前提下);也正因为如此,会造成MySurfaceView 视图的状态发生改变。
    
    首先单击“Back” 按钮使当前程序切入后台,然后单击项目重新回到程序中,SurfaceView 的状态变化为:surfaceDestroyed -> 构造函数 -> surfaceCreated -> surfaceChanged 。
    然后单击“Home” 按钮使当前程序切入后台,然后单击项目重新回到程序中,SurfaceView 的状态变化为:surfaceDestroyed -> surfaceCreated -> surfaceChanged 。
    通过 SurfaceView 的状态变化可以明显看到,当点击“Back” 按钮并重新进入程序的过程要比点击“Home” 按钮多执行了一个构造函数。也就是说当点击“Back” 返回按键时,SurfaceView 视图会被重新加载 。
    正因为这个原因,如果线程的初始化是在构造函数或者在构造函数之前,那么线程也要放在视图构造函数中进行。
    千万不要把线程的初始化放在 surfaceCreated 视图创建函数之前,而线程的启动却放在 surfaceCreated 视图创建的函数中,否则程序一旦被玩家点击“Home”按键后再重新回到游戏时,程序会抛出异常。
    
    异常是因为线程已经启动造成的,原因很简单,因为程序被“Home” 键切入后台再从后台恢复时,会直接进入 surfaceCreated 视图中创建函数,又执行了一遍线程启动!
    
    能够想到的解决方法是,可以将线程的初始化和启动都放在视图的构造函数中,或者都放在视图创建的函数中。但是这里又出现新的问题,如果将线程的初始化和启动都放在视图的构造函数中,那么当程序被“Back”键切入后台再从后台恢复时,线程的数量会增多,反复多次,就会反复多出对应的线程。
    
    那么,如果将flag这个线程标识位在视图摧毁时让其值改为false ,从而使当前这个线程的run 方法执行完毕,以达到摧毁线程的目的,但是如果点击“Home”键呢?当程序恢复的时候,程序就不执行线程了,也就是说重绘和逻辑函数都不再执行!
    所以最完美的做法是,线程的初始化与线程的启动都写在视图的surfaceCreated 创建函数中,并且将线程标识位在视图摧毁时将其值改变为 false 。这样既可避免“线程已启动”的异常,还可以避免点击Back 按键无限增加线程数的问题。
    Introductions

    (2)获取视图的宽和高

    在SurfaceView 视图中获取视图的宽和高的方法:
    this.getWidth(); 获取视图宽度
    this.getHeight(); 获取视图高度
    
    在 SurfaceView 视图中获取视图的宽高,一定要在视图创建之后才可以获取到,也就是在 surfaceCreated 函数之后获取,在此函数执行之前获取到的永远是零,因为当前视图还没有创建,是没有宽高值的。
    Introductions

    (3)绘图函数 try 一下

    因为当 SurfaceView 不可编辑或尚未创建时,调用 lockCanvas() 函数会返回null; Canvas 进行绘图时也会出现不可预知的问题,所以要对绘制函数中进行 try...catch 处理;既然 lockCanvas() 函数有可能获取为 null, 那么为了避免其他使用 canvas 实例进行绘制的函数报错,在使用 Canvas 开始绘制时,需要对其进行判定是否为 null
    Introductions

    (4)提交画布必须放在 finally 中

    绘图的时候可能会出现不可预知的 Bug, 虽然使用 try 语句包起来了,不会导致程序崩溃;但是一旦在提交画布之前出错,那么解锁提交画布函数则无法被执行到,这样会导致下次通过 lockCanvas() 来获取 Canvas 时程序抛出异常,原因是因为画布上次没有解锁提交!所以画布将解锁提交的函数应放入 finally 语句块中。
    还要注意,虽然这样保证了每次能正常提交解锁画布,但是提交解锁之前要保证画布不为空的前提,所以还需判断 Canvas 是否为空,这样一来就完美了。
    Introductions

    (5)刷帧时间尽可能保持一致

    虽然在线程循环中,设置了休眠时间,但是这样并不完善!比如在当前项目中, run 的 while 循环中除了调用绘图函数还一直调用处理游戏逻辑的 logic() 函数,虽然在当前项目的逻辑函数中并没有写任何的代码,但是假设这个逻辑函数 logic()中写了几千行的逻辑,那么系统在处理逻辑时,时间的开销是否和上次的相同,这是无法预料的,但是可以尽可能地让其时间差值趋于相同。假设游戏线程的休眠时间为X毫秒,一般线程的休眠写法为:
    Thread.sleep(X);
    
    优化写法步骤如下:
    
    步骤1 首先通过系统函数获取到一个时间戳:
    long start = System.currentTimeMillis();
    //在线程中的绘图、逻辑等函数
    
    步骤2 处理以上所有函数之后,再次通过系统函数获取到一个时间戳:
    long end = System.currentTimeMillis();
    
    步骤3 通过这两个时间戳的差值,就可以知道这些函数所消耗的时间:如果(end - start) > X, 那线程就完全没有必要去休眠;如果(end - start) < X, 那线程的休眠时间应该为 X - (end - start) 。
    线程休眠应更改为以下写法:
     if ((end - start) < X) {
     Thread.sleep(X - (end - start));
     }
     一般游戏中刷新时间在50~100毫秒之间,也就是每秒10~20帧左右;当然还要视具体情况和项目而定。
    Introductions

    上面的MySurfaceView 类继承surfaceview类,并且使用回调callback接口以及线程runnable接口。那么这里简单的说下Callback接口和SurfaceHolder 类的作用;

    callback接口:

    只要继承SurfaceView类并实现SurfaceHolder.Callback接口就可以实现一个自定义的SurfaceView了,SurfaceHolder.Callback在底层的Surface状态发生变化的时候通知View,SurfaceHolder.Callback具有如下的接口:

    surfaceCreated(SurfaceHolder holder):当Surface第一次创建后会立即调用该函数。程序可以在该函数中做些和绘制界面相关的初始化工作,一般情况下都是在另外的线程来绘制界面,所以不要在这个函数中绘制Surface。

    surfaceChanged(SurfaceHolder holder, int format, int width,int height):当Surface的状态(大小和格式)发生变化的时候会调用该函数,在surfaceCreated调用后该函数至少会被调用一次。

    SurfaceHolder 类:

    它是一个用于控制surface的接口,它提供了控制surface 的大小,格式,上面的像素,即监视其改变的。

    SurfaceView的getHolder()函数可以获取SurfaceHolder对象,Surface 就在SurfaceHolder对象内。虽然Surface保存了当前窗口的像素数据,但是在使用过程中是不直接和Surface打交道的,由SurfaceHolder的Canvas lockCanvas()或则Canvas lockCanvas()函数来获取Canvas对象,通过在Canvas上绘制内容来修改Surface中的数据。如果Surface不可编辑或则尚未创建调用该函数会返回null,在 unlockCanvas() 和 lockCanvas()中Surface的内容是不缓存的,所以需要完全重绘Surface的内容,为了提高效率只重绘变化的部分则可以调用lockCanvas(Rect rect)函数来指定一个rect区域,这样该区域外的内容会缓存起来。在调用lockCanvas函数获取Canvas后,SurfaceView会获取Surface的一个同步锁直到调用unlockCanvasAndPost(Canvas canvas)函数才释放该锁,这里的同步机制保证在Surface绘制过程中不会被改变(被摧毁、修改)。

    本例没有在该surfaceview的初始化函数中将其 ScreenW 与 ScreenH 进行赋值,这里要特别注意,如果你在初始化调用ScreenW = this.getWidth();和ScreenH = this.getHeight();那么你将得到很失望的值 全部为0;原因是和接口Callback接口机制有关,当继承callback接口会重写它的surfaceChanged()、surfaceCreated()、surfaceDestroyed(),这几个函数当surfaceCreated()被执行的时候,真正的view才被创建,也就是说之前得到的值为0 ,是因为初始化会在surfaceCreated()方法执行以前执行,view没有的时候我们去取屏幕宽高肯定是0,所以这里要注意这一点;
     
    这里把draw的代码都try起来,主要是为了当画的内容中一旦抛出异常了,那么也能在finally中执行该操作。这样当代码抛出异常的时候不会导致Surface出去不一致的状态。  

    3.View 和 SurfaceView 的区别

    1.更新画布
    在 View 视图中对于画布的重新绘制,是通过调用 View 提供的 postInvalidate() 与 invalidate() 这两个函数来执行的,也就是说画布是由系统主 UI 进行更新。那么当系统主 UI 线程更新画布时可能会引发一些问题;比如更新画面的时间一旦过长,就会造成主 UI 线程被绘制函数阻塞,这样一来则会引发无法响应按键、触屏等消息的问题。
    SurfaceView 视图中对于画布的重绘是由一个新的单独线程去执行处理,所以不会出现因主 UI 线程阻塞而导致无法响应按键、触屏信息等问题

    2.视图机制
    Android 中的View 视图是没有双缓冲机制的,而 SurfaceView 视图却有!也可以简单理解为, SurfaceView 视图就是一个由 View 拓展出来的更加适合游戏开发的视图类。
    View 与 SurfaceView 都各有其优点:
    比如一款棋牌类游戏,此类型游戏画面的更新属于被动更新;因为画布的重绘主要是依赖与按键和触屏事件(当玩家有了操作之后画布才需要进行更新),所以此类游戏选择 View 视图进行开发比较合适,而且也减少了因使用 SurfaceView 需单独起一个新的线程来不断更新画布所带来的运行开销。
    但如果是主动更新画布的游戏类型,比如RPG、飞行射击等类型的游戏中,很多元素都是动态的,需要不断重绘元素状态,这时再使用 View 显然就不合适了。
    所以到底开发游戏使用哪种视图更加的合适,这完全取决于游戏类型、风格与需求。
    总体来说, SurfaceView 更加适合游戏开发,因为它能适应更多的游戏类型。

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