JavaSwing绘图：图形显示问题解决方法

本文深入探讨了Java Swing绘图中图形引用导致显示问题的解决方案。在Swing绘图应用中，如果仅显示最后绘制的图形，而之前的图形消失，其根本原因在于对图形坐标点对象引用的不当管理。多个图形对象可能共享并修改同一个Point实例，导致所有引用该Point的图形坐标同步改变。为解决此问题，文章提出关键策略：在事件处理中，每次绘制操作都应创建新的Point实例，而不是修改共享的成员变量。更进一步，推荐在图形对象的构造函数中进行防御性复制，确保每个图形对象拥有独立的坐标数据，从而避免外部修改对图形状态的影响。理解Java对象引用与值复制的区别，以及灵活运用防御性复制，是构建稳定Swing绘图应用的关键。

在Java Swing绘图应用中，若仅显示最后绘制的图形而先前图形消失，其核心原因在于对图形坐标点对象的引用管理不当。当多个图形对象共享并修改同一个Point实例时，每次更新Point的位置都会影响所有引用它的图形。解决方案是确保每次绘制操作都创建新的Point实例，并在图形对象的构造函数中进行防御性复制，以保证每个图形拥有独立的坐标数据，从而实现所有图形的正确持久化显示。

问题现象与根源分析

在基于JPanel和JFrame构建的绘图程序中，开发者可能会遇到一个常见问题：每次在画布上绘制新的线条或圆形时，只有最新的图形能够显示，而之前绘制的所有图形似乎都消失了。这通常发生在图形的坐标点（如java.awt.Point对象）被重复使用并修改时。

问题的根源在于Java中对象引用的特性。在原始代码中，Painter类定义了两个成员变量startPoint和endPoint：

Point startPoint = new Point();
Point endPoint = new Point();

当用户在mousePressed和mouseReleased事件中获取鼠标坐标时，并没有创建新的Point对象，而是直接修改了这两个成员变量的内部状态：

@Override
public void mousePressed(MouseEvent e) {
    startPoint.setLocation(e.getPoint()); // 修改现有startPoint实例的location
}

@Override
public void void mouseReleased(MouseEvent e) {
    endPoint.setLocation(e.getPoint()); // 修改现有endPoint实例的location

    if (object == 0) {
        canvas.addPrimitive(new Line(startPoint, endPoint, temp));
    }
    // ...
}

随后，这些startPoint和endPoint实例被传递给Line或Circle等图形对象的构造函数。由于Java是按值传递引用的，Line对象内部的startPoint和endPoint成员变量实际上引用了Painter类中相同的Point实例。

这意味着，每次用户绘制新图形时，Painter中的startPoint和endPoint会被更新，而所有之前创建的Line或Circle对象，因为它们持有对这些相同Point实例的引用，它们的坐标也会随之改变。当paintComponent方法被调用进行重绘时，所有图形都将使用最后一次更新的startPoint和endPoint坐标进行绘制，从而导致只有最后一个图形可见。

解决方案：确保独立的坐标实例

要解决此问题，必须确保每个绘制的图形实例都拥有其独立的、不被外部修改的坐标点。这可以通过以下两个步骤实现：

1. 在事件处理中创建新的Point实例

在mousePressed和mouseReleased事件中，每次都应创建新的Point实例来存储当前的鼠标坐标，而不是修改共享的成员变量。这样，每次绘制操作都会使用一组全新的坐标点。

修改Painter类中的mousePressed和mouseReleased方法：

// Painter Class
public class Painter implements ActionListener, MouseListener, MouseMotionListener {
    // ... 其他成员变量 ...
    Point currentStartPoint; // 用于临时存储当前绘制的起始点
    Point currentEndPoint;   // 用于临时存储当前绘制的结束点

    @Override
    public void mousePressed(MouseEvent e) {
        // 创建一个新的Point实例来存储起始点
        currentStartPoint = new Point(e.getPoint());
    }

    @Override
    public void mouseReleased(MouseEvent e) {
        // 创建一个新的Point实例来存储结束点
        currentEndPoint = new Point(e.getPoint());

        if (object == 0) {
            // 将新创建的Point实例传递给Line构造函数
            canvas.addPrimitive(new Line(currentStartPoint, currentEndPoint, temp));
        } else if (object == 1){
            // 将新创建的Point实例传递给Circle构造函数
            canvas.addPrimitive(new Circle(currentStartPoint, currentEndPoint, temp));
        }

        canvas.repaint();
    }
    // ... 其他方法 ...
}

通过这种方式，每次鼠标按下和释放时，都会创建新的Point对象，Line或Circle的构造函数将接收到这些独立的坐标副本。

2. 在图形构造函数中进行防御性复制（推荐）

尽管第一步已经解决了主要问题，但为了程序的健壮性和避免潜在的副作用，强烈建议在Line（或Circle）等图形对象的构造函数中，对传入的Point对象进行“防御性复制”。这意味着即使外部不小心修改了传递给构造函数的Point实例，图形对象内部存储的坐标也不会受到影响。

修改Line类中的构造函数：

// Line Class
public class Line extends PaintingPrimitive{
    Point startPoint; // 不再初始化，将在构造函数中赋值
    Point endPoint;   // 不再初始化，将在构造函数中赋值

    public Line(Point start, Point end, Color c) {
        super(c);
        // 对传入的Point对象进行防御性复制，确保Line对象拥有独立的坐标实例
        this.startPoint = new Point(start);
        this.endPoint = new Point(end);
    }

    public void drawGeometry(Graphics g) {
        System.out.println("draw geo called"); // 注意：在实际应用中应避免在绘图方法中进行System.out.println操作，因为它会影响性能
        g.drawLine(startPoint.x, startPoint.y, endPoint.x, endPoint.y);
    }
    // ... 其他方法 ...
}

对于Circle类，也应采用类似的防御性复制策略。

PaintingPanel的重绘机制

PaintingPanel的paintComponent方法负责遍历存储的所有图形对象并进行绘制。修正了坐标引用问题后，paintComponent将能够正确地绘制出每一个独立的图形：

// PaintingPanel Class
public class PaintingPanel extends JPanel {
    ArrayList<PaintingPrimitive> primitives = new ArrayList<PaintingPrimitive>();

    // ... 构造函数 ...

    public void addPrimitive(PaintingPrimitive obj) {
        primitives.add(obj);
        this.repaint(); // 添加新图形后请求重绘
    }

    @Override
    protected void paintComponent(Graphics g) {
        super.paintComponent(g); // 调用父类方法，清空背景

        // 遍历所有存储的图形对象并逐一绘制
        for (PaintingPrimitive shape : primitives) {
            // 示例中的 g.drawLine(0,0,100,100); 应该移除，因为它会每次都绘制一条固定的线
            // g.drawLine(0,0,100,100); 
            shape.draw(g); // 调用图形对象的draw方法进行绘制
        }
    }
}

g.dispose()方法不应在paintComponent内部循环中使用，Graphics对象通常由Swing管理，不应由用户代码频繁地创建或销毁。在paintComponent方法中，Graphics对象g是在每次绘制时由Swing提供的，它在方法执行完毕后会被自动处理。

总结与最佳实践

这个案例突出强调了Java中对象引用和值传递的关键概念。在进行图形编程或任何涉及对象状态管理的场景时，理解何时需要创建新的对象实例以及何时进行防御性复制至关重要。

关键点回顾：

• 对象引用 vs. 值复制： 当你将一个对象传递给方法或赋给另一个变量时，你传递的是该对象的引用，而不是对象本身的一个副本。这意味着多个变量可能指向同一个对象实例。
• 不可变性： 尽可能使用不可变对象（如String）。如果一个对象的状态在创建后不会改变，那么共享引用是安全的。对于可变对象（如Point），如果其状态需要独立于其他对象，则必须创建新的实例。
• 防御性复制： 在构造函数或设置器中，如果接收的是可变对象作为参数，并且你希望该对象的内部状态不受外部修改影响，那么应该创建一个该参数的副本。
• Swing绘图循环： paintComponent方法负责绘制组件的所有内容。它应该快速执行，并且只进行绘图操作，不包含复杂的业务逻辑或耗时的计算。repaint()方法用于请求Swing调度一个重绘事件。

通过遵循这些原则，开发者可以构建出更稳定、更易于维护的Java Swing绘图应用程序。

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