Java 中的实时绘图

Question

我有一个应用程序，它每秒更新一个变量大约 5 到 50 次，我正在寻找某种方法来实时绘制这种变化的连续 XY 图。

尽管 JFreeChart 不推荐用于如此高的更新率，但许多用户仍然表示它对他们有用。 我试过使用这个演示并修改它以显示一个随机变量，但它似乎一直使用 100% 的 CPU 使用率。 即使我忽略了这一点，我也不希望局限于 JFreeChart 的 ui 类来构建表单（尽管我不确定它的功能究竟是什么）。 是否可以将其与 Java 的“表单”和下拉菜单集成？ （在 VB 中可用）否则，有没有我可以研究的替代方案？

编辑：我是 Swing 的新手，所以我整理了一个代码来测试 JFreeChart 的功能（同时避免使用 JFree 的 ApplicationFrame 类，因为我不确定这将如何与 Swing 的组合一起使用框和按钮）。 现在，图表正在立即更新，CPU 使用率很高。 是否可以使用 new Millisecond() 缓冲该值并每秒更新两次？ 另外，是否可以在不中断 JFreeChart 的情况下向 JFrame 的其余部分添加其他组件？ 我该怎么做？ frame.getContentPane().add(new Button("Click")) 似乎覆盖了图形。

package graphtest;

import java.util.Random;
import javax.swing.JFrame;
import org.jfree.chart.ChartFactory;
import org.jfree.chart.ChartPanel;
import org.jfree.chart.JFreeChart;
import org.jfree.chart.axis.ValueAxis;
import org.jfree.chart.plot.XYPlot;
import org.jfree.data.time.Millisecond;
import org.jfree.data.time.TimeSeries;
import org.jfree.data.time.TimeSeriesCollection;

public class Main {
    static TimeSeries ts = new TimeSeries("data", Millisecond.class);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        gen myGen = new gen();
        new Thread(myGen).start();

        TimeSeriesCollection dataset = new TimeSeriesCollection(ts);
        JFreeChart chart = ChartFactory.createTimeSeriesChart(
            "GraphTest",
            "Time",
            "Value",
            dataset,
            true,
            true,
            false
        );
        final XYPlot plot = chart.getXYPlot();
        ValueAxis axis = plot.getDomainAxis();
        axis.setAutoRange(true);
        axis.setFixedAutoRange(60000.0);

        JFrame frame = new JFrame("GraphTest");
        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        ChartPanel label = new ChartPanel(chart);
        frame.getContentPane().add(label);
        //Suppose I add combo boxes and buttons here later

        frame.pack();
        frame.setVisible(true);
    }

    static class gen implements Runnable {
        private Random randGen = new Random();

        public void run() {
            while(true) {
                int num = randGen.nextInt(1000);
                System.out.println(num);
                ts.addOrUpdate(new Millisecond(), num);
                try {
                    Thread.sleep(20);
                } catch (InterruptedException ex) {
                    System.out.println(ex);
                }
            }
        }
    }

}

Answer 1

如果您的变量更新得那么快，那么每次都更新图表就没有意义了。

你有没有想过缓冲变量的变化，并在不同的线程上刷新图表，比如每 5s 一次？ 您应该会发现 JFreeChart 可以很好地处理这样的更新率。

由于 JFreeChart 是一个普通的桌面库，您可以很容易地将它与标准 Swing 应用程序集成。 或者，您可以使用它通过 Web 应用程序绘制图表（通过渲染为 JPEG/PNG 等。JFreeChart 也可以自动生成图像映射，因此您可以使用鼠标悬停等）

Answer 2

为了让您的 CPU 远低于 100% 并让您的 GUI 保持响应，您必须降低图表更新率。 对于实时图表来说，大约每秒 24 帧的最大更新率是有意义的； 无论如何，任何更快的速度或多或少都无法区分。 如果您的数据进入速度比该速度快，您只需要在后台缓冲它并以您想要的更新速度在前台更新您的图表。 在以下示例中，我将XChart与SwingWorker后台线程一起使用。 数据捕获以每 5 毫秒一个的速率进行模拟，图表以每秒 24 帧的速度更新。 这个概念应该适用于 JFreeCharts 或任何其他图表库，只需稍作修改。 免责声明：我是 XChart 的首席开发人员。

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

import javax.swing.SwingWorker;

import org.knowm.xchart.QuickChart;
import org.knowm.xchart.SwingWrapper;
import org.knowm.xchart.XYChart;

/**
 * Creates a real-time chart using SwingWorker
 */
public class SwingWorkerRealTime {

  MySwingWorker mySwingWorker;
  SwingWrapper<XYChart> sw;
  XYChart chart;

  public static void main(String[] args) throws Exception {

    SwingWorkerRealTime swingWorkerRealTime = new SwingWorkerRealTime();
    swingWorkerRealTime.go();
  }

  private void go() {

    // Create Chart
    chart = QuickChart.getChart("SwingWorker XChart Real-time Demo", "Time", "Value", "randomWalk", new double[] { 0 }, new double[] { 0 });
    chart.getStyler().setLegendVisible(false);
    chart.getStyler().setXAxisTicksVisible(false);

    // Show it
    sw = new SwingWrapper<XYChart>(chart);
    sw.displayChart();

    mySwingWorker = new MySwingWorker();
    mySwingWorker.execute();
  }

  private class MySwingWorker extends SwingWorker<Boolean, double[]> {

    LinkedList<Double> fifo = new LinkedList<Double>();

    public MySwingWorker() {

      fifo.add(0.0);
    }

    @Override
    protected Boolean doInBackground() throws Exception {

      while (!isCancelled()) {

        fifo.add(fifo.get(fifo.size() - 1) + Math.random() - .5);
        if (fifo.size() > 500) {
          fifo.removeFirst();
        }

        double[] array = new double[fifo.size()];
        for (int i = 0; i < fifo.size(); i++) {
          array[i] = fifo.get(i);
        }
        publish(array);

        try {
          Thread.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
          // eat it. caught when interrupt is called
          System.out.println("MySwingWorker shut down.");
        }

      }

      return true;
    }

    @Override
    protected void process(List<double[]> chunks) {

      System.out.println("number of chunks: " + chunks.size());

      double[] mostRecentDataSet = chunks.get(chunks.size() - 1);

      chart.updateXYSeries("randomWalk", null, mostRecentDataSet, null);
      sw.repaintChart();

      long start = System.currentTimeMillis();
      long duration = System.currentTimeMillis() - start;
      try {
        Thread.sleep(40 - duration); // 40 ms ==> 25fps
        // Thread.sleep(400 - duration); // 40 ms ==> 2.5fps
      } catch (InterruptedException e) {
      }

    }
  }
}

Answer 3

如果数据更新的频率超过您生成图表的频率，那么您应该在单独的线程中设置一个任务来重新生成图表，并在完成后开始另一次重新生成。 经常运行它没有什么意义，但是如果结果证明 CPU 负载太大，您可以降低它重新启动的频率。 如果没有更新，您不会触发重新生成。 我最近在我的Zocalo 项目中做了类似的事情。 除了节流之外，它什么都做。

package net.commerce.zocalo.freechart;

// Copyright 2009 Chris Hibbert.  All rights reserved.

// This software is published under the terms of the MIT license, a copy
// of which has been included with this distribution in the LICENSE file.

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;

/**  Schedule a task like generating a price history graph.  Multiple requests may come
 in sporadically.  We want to ensure that only one is being processed at a time.  If we're
 busy processing when a request comes in, we'll remember to start another when this one is
 done.  Multiple requests that come in while processing will spur a single restart. */
public class ChartScheduler {
    static private Logger log = Logger.getLogger(ChartScheduler.class);
    static private Map<String, ChartScheduler> schedulers = new HashMap<String, ChartScheduler>();
    private AtomicBoolean generating = new AtomicBoolean(false);
    private AtomicBoolean requested = new AtomicBoolean(false);
    private ExecutorService threads = Executors.newCachedThreadPool();
    private Callable<Boolean> callable;
    private int runs = 0;
    private String name;


    private ChartScheduler(String name, final Runnable worker) {
        this.name = name;
        callable = new Callable<Boolean>() {
            public Boolean call() throws Exception {
                worker.run();
                runs++;
                restartIfNeeded();
                return true;
            }
        };
    }

    public static ChartScheduler create(String name, Runnable worker) {
        ChartScheduler sched = find(name);
        if (sched == null) {
            sched = new ChartScheduler(name, worker);
            schedulers.put(name, sched);
        }
        return sched;
    }

    public static ChartScheduler find(String name) {
        return schedulers.get(name);
    }

    public boolean generateNewChart() {
        requested.set(true);
        if (generating.compareAndSet(false, true)) {
            startNewThread();
            return true;
        } else {
            return false;
        }
    }

    private Future<Boolean> startNewThread() {
        generating.set(true);
        requested.set(false);

        return threads.submit(callable);
    }

    private boolean restartIfNeeded() {
        generating.set(false);
        if (requested.get()) {
            return generateNewChart();

        } else {
            return false;
        }
    }

    public boolean isBusy() {
        return generating.get();
    }

    public int runs() {
        return runs;
    }
}

Answer 4

根据这篇博文：

http://jonathanwatmough.com/2008/02/prototyping-code-in-clojure/

可以使用 KJ DSP 库实现音频频谱的“实时”显示：

http://sirk.sytes.net/software/libs/kjdss/index.htm

因此，如果您可以使用相当简单的图表，它可能是 JFreeChart 的替代品。

Answer 5

之前在这里回答过。 您的变量每秒最多更改 50 次，但在大多数情况下，您不需要在每次更改时更新。 相反，您可以定期更新图表（例如每 100 毫秒）。

Answer 6

也许你可以使用两个线程。 一个用于更新您的变量女巫优先级等于 10。第二个线程在可能的女巫优先级等于 5 时绘制得如此之快。

我必须在我正在编写的游戏中做同样的事情。

可能我没理解你的问题。

Answer 7

好吧，我也在使用 JFreechart 进行高更新。 JFreeChart 更新速度高达 10 到 15 帧/秒，但使用 100% 的 CPU 使用率。 但是如果我想以更高的频率更新它，它就不会被更新。 如果您发现任何可以以 20 fps 更新并且可用于在 Java 中开发应用程序的库，那么也请给我建议。 我看过很多库JFreeChart 常见问题解答，但我不确定是否有人可以以大约 20 fps 的速度进行更新。

Answer 8

您应该尝试 VisualVM（JDK 的一部分）中的图表。 介绍： http : //java.dzone.com/news/real-time-charts-java-desktop