Java 在游戏开发中的现状与未来潜力
Java 在网络和计算领域的快速崛起令人惊叹。为什么会如此受关注？因为它设计精巧、优雅，并且提供了相对简单的方法，将动态内容融入网页中。对于高级应用程序，Java 的灵活性几乎可以与 C 相媲美，但其设计方法却充满优雅与流畅。游戏开发者常常站在技术前沿，因此本应热衷于 Java 平台，尤其是平台独立性的优势。虽然传统游戏多集中于少数几个平台，但实际上，Java 在 Sun 工作站和 AIX 服务器上的潜力仍未被充分开发。也许没人投入资源试探这些平台，只是因为没有人愿意冒险投入昂贵的开发成本。而在Java中编程游戏，有可能唤起那些“非标准”硬件上玩家的潜在兴趣——他们或许在桌面上使用“特殊”的机器，也能利用工作站的算力来对抗游戏中的外星生物。这一切听起来如此美好，令人不禁想：难道我不应该用Java开发吗？
然而，除非你从未听说过Java或是热衷于桌上游戏开发的程序员，否则你会知道，Java 的性能表现并不理想——实际上，它还挺慢的。当前，创建Java程序的标准流程分为两步。首先，编写与其他高阶语言类似的Java源代码。然后，这段代码经过Java编译器，生成Java字节码。字节码本质上是为Java虚拟机设计的机器指令，与真实机器的机器码相比，稍微高级一些，但仍具有一定的汇编语言特征。从这里开始，字节码通常会在Java虚拟机（JVM）中被解释运行。也就是说，Java的运行速度天然受到限制。尽管字节码的解释执行相对容易实现，解释本身带来的性能开销却不可忽视。更糟糕的是，Java运行时会进行大量的安全检查，比如类型安全、数组边界检查以及网络和磁盘访问限制。这些安全校验虽保护系统，但大大拖慢了程序的运行速度。
Java 性能瓶颈与优化路径
更关键的是，Java程序从不完全依赖Java本身运行。我们习惯于认为只要Java代码（如画线命令）运行在任何硬件和操作系统上，都能“自适应”绘制内容，体现平台无关性。实际上，Java并不“知道”线条或图形的具体实现，它只是调用操作系统提供的API，这些API由用C或C++编写的底层代码实现。例如，用Java写一个绘制千条线的循环，只会在Java层面运行解释代码，而真正画线的操作却由底层系统完成。这当然对Java的跨平台优势是一大利好，但对于游戏开发而言，却显得不够理想。因为操作系统的图形绘制函数通常设计得非常通用，支持多种视频模式和参数，因此，每次调用都会带来重大的性能开销。随着架构不同，线条绘制的效率差异更甚，性能波动巨大，让游戏开发者难以把控。
即时编译器（JIT）对Java性能的改善
令人欣慰的是，多个公司已经推出了Java的即时编译器（JIT）。JIT会在程序运行时，将字节码即时编译成本地机器码，从而避免解释执行的性能瓶颈。这意味着，经过JIT优化的Java程序可以以本地代码的速度运行，大大提升了效率。虽然最初的JIT版本性能改进有限，但经过多年的发展，开发者不断优化算法和技术，未来的版本有望提供更显著的性能提升。值得注意的是，图形性能的改善不会一蹴而就，开发者可能需要开发或采购专用的图形库来替代操作系统内置的图形函数。自己在C中实现高速图形算法，再通过接口与Java连接，是一种选择，但较复杂且不便推广。更现实的方法是，将公司自有的高性能图形库打包在CD光盘中，然后通过网络推送到客户端使用。这种方案允许所有Java游戏依赖本地高效的图形库，确保较好的性能表现。
Applet优化技巧
无论使用解释器还是JIT编译器，设计高效、稳定的Applet都需考虑一些关键原则。事实上，很多现有的Applet设计存在明显不足。以一段典型的Applet代码为例，run方法会在新建线程中不断调用repaint，然后等待一段时间（例如100毫秒），之后再次尝试绘制内容（在paint方法中实现具体绘图逻辑）。
然而，调用repaint只是异步请求，不能同步保证paint一定会马上执行。为何不直接调用paint？这是因为paint的Graphics参数由浏览器提供，代表画面的一部分。每次进入paint，浏览器都会刷新这个Graphics对象，如果将引用存储起来，实际上会受到变化影响，导致绘图出错。因此建议遵循浏览器的repaint/paint调用模型，避免自己调用paint。虽然多线程设计可以提升性能，但不当管理可能导致“竞态条件”，使得绘图与重绘频繁冲突。正确的做法是利用Java的wait和notify机制进行线程同步，将耗时的工作放在run方法中，而在paint中只完成绘图操作。
用wait和notify实现线程同步
在Java中，wait和notify关键字提供了可靠的线程同步手段。使用wait可以让等待的线程无限期阻塞，不占用CPU；而notify告诉等待的线程可以继续执行。将之前的代码重写为如下样式：在run方法中调用repaint后，调用wait等待通知，而在paint方法中完成绘图后调用notifyAll唤醒等待线程。这确保了每次只有一次重绘和绘制，避免资源浪费。
| Run 方法： | Paint 方法： |
|---|---|
| 获取锁 调用repaint 调用wait（释放锁） |
获取锁 绘制图形 调用notifyAll |
| 等待唤醒 | 被唤醒后 绘图区绘制完毕后 释放锁 |
更深层次的线程管理
利用wait和notify可以实现精准的同步控制，确保每次触发一次绘制都对应一次绘图，避免无用的重绘浪费系统资源。需要注意的是，run线程在进入等待状态后会暂停，直到绘图线程调用notifyAll唤醒它。这样可以最大程度减少CPU占用，又保证界面更新的连贯性。不同机器的硬件性能和系统速度不同，调整睡眠时间（如Thread.sleep）只是临时方案，不具备普适性。真正的同步应借助Java的原生机制，确保Applet在不同环境下都能流畅运行。
在Java中开发游戏：可行性与建议
目前，使用Java开发策略游戏或桌面游戏已变得非常现实，没有太多理由拒绝。虽然通过网页发布游戏非常吸引人，但付费方式的设计仍需考虑。毕竟，Java本身是一门编程语言，不一定非得在网页上运行。你可以用Java开发游戏，然后用传统的光盘发行方式，支持多平台运行。如果你是冒险型开发者，打算推出动作游戏，那就应尽早行动。考虑到开发周期，等待Java的即时编译器成熟上线，或许你的游戏刚好可以占得先机。建议配备高端测试设备，把握平台的优势，进军跨平台的游戏市场。作者保罗·泰玛，Java入门畅销书《Java原理详解》的主笔，是雪城大学计算机工程博士候选人，可通过邮箱联系。
常见问题解答（FAQ）
Q: Java在游戏开发中的性能问题严重吗？
A: 目前，Java的性能表现相较于原生代码确实略有不足，尤其是在图形绘制和实时交互方面。但随着即时编译器（JIT）技术的不断优化，性能提升空间巨大。采用合理的优化策略和本地库接口，可以实现较好的游戏性能。
Q: Java开发跨平台游戏是否值得尝试？
A: 是的，Java平台的最大优势在于跨平台兼容性。只要处理好图形库和性能优化问题，Java完全可以用来开发各种类型的游戏，包括策略类、桌面游戏和移动端游戏。
Q: 开发Java游戏需要注意哪些优化技巧？
A: 重点在于线程同步、合理使用wait/notify机制、减少不必要的重绘调用，以及利用JIT编译器提升性能。同时，开发适配多平台的本地库也非常重要。
