Java Design Patterns

Appearance

含义 ​

在游戏过程中，游戏循环会持续运行。循环的每一圈，它都会处理用户的输入，在不阻塞的情况下，实时更新游戏状态并渲染游戏。它会追踪时间的流逝并控制游戏的运行速度。 这种模式将游戏时间的进程与用户输入和处理器速度分离。

含义 ​

每个游戏引擎都使用这种模式。

解释 ​

现实例子

游戏循环是所有游戏渲染线程的主要过程。这在所有现代游戏中都存在。它驱动输入过程、内部状态更新、渲染、人工智能和所有其他过程。

通俗地说

游戏循环模式确保游戏时间在所有不同的硬件中以相同的速度进行设置。

维基百科

从编程的角度来看，任何游戏的核心部分都是游戏循环。游戏循环无论用户是否输入，游戏都可以顺利运行。

编程示例

让我们从简单的事情开始。这是Bullet类。子弹会在我们的游戏中移动。 为了演示的目的，它有一维的位置就足够了。

java
public class Bullet {

  private float position;

  public Bullet() {
    position = 0.0f;
  }

  public float getPosition() {
    return position;
  }

  public void setPosition(float position) {
    this.position = position;
  }
}

GameController负责移动游戏中的物体，包括前面提到的子弹。

java
public class GameController {

  protected final Bullet bullet;

  public GameController() {
    bullet = new Bullet();
  }

  public void moveBullet(float offset) {
    var currentPosition = bullet.getPosition();
    bullet.setPosition(currentPosition + offset);
  }

  public float getBulletPosition() {
    return bullet.getPosition();
  }
}

现在我们介绍游戏循环。在这个演示中，我们有3个不同的游戏循环。 首先是基类GameLoop。

java
public enum GameStatus {

  RUNNING, STOPPED
}

public abstract class GameLoop {

  protected final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());

  protected volatile GameStatus status;

  protected GameController controller;

  private Thread gameThread;

  public GameLoop() {
    controller = new GameController();
    status = GameStatus.STOPPED;
  }

  public void run() {
    status = GameStatus.RUNNING;
    gameThread = new Thread(this::processGameLoop);
    gameThread.start();
  }

  public void stop() {
    status = GameStatus.STOPPED;
  }

  public boolean isGameRunning() {
    return status == GameStatus.RUNNING;
  }

  protected void processInput() {
    try {
      var lag = new Random().nextInt(200) + 50;
      Thread.sleep(lag);
    } catch (InterruptedException e) {
      logger.error(e.getMessage());
    }
  }

  protected void render() {
    var position = controller.getBulletPosition();
    logger.info("Current bullet position: " + position);
  }

  protected abstract void processGameLoop();
}

这是第一个游戏循环实现，FrameBasedGameLoop：

java
public class FrameBasedGameLoop extends GameLoop {

  @Override
  protected void processGameLoop() {
    while (isGameRunning()) {
      processInput();
      update();
      render();
    }
  }

  protected void update() {
    controller.moveBullet(0.5f);
  }
}

最后，我们展示了所有的游戏循环。

java
    try {
      LOGGER.info("Start frame-based game loop:");
      var frameBasedGameLoop = new FrameBasedGameLoop();
      frameBasedGameLoop.run();
      Thread.sleep(GAME_LOOP_DURATION_TIME);
      frameBasedGameLoop.stop();
      LOGGER.info("Stop frame-based game loop.");

      LOGGER.info("Start variable-step game loop:");
      var variableStepGameLoop = new VariableStepGameLoop();
      variableStepGameLoop.run();
      Thread.sleep(GAME_LOOP_DURATION_TIME);
      variableStepGameLoop.stop();
      LOGGER.info("Stop variable-step game loop.");

      LOGGER.info("Start fixed-step game loop:");
      var fixedStepGameLoop = new FixedStepGameLoop();
      fixedStepGameLoop.run();
      Thread.sleep(GAME_LOOP_DURATION_TIME);
      fixedStepGameLoop.stop();
      LOGGER.info("Stop variable-step game loop.");
      
    } catch (InterruptedException e) {
      LOGGER.error(e.getMessage());
    }

程序输出:

java
Start frame-based game loop:
Current bullet position: 0.5
Current bullet position: 1.0
Current bullet position: 1.5
Current bullet position: 2.0
Current bullet position: 2.5
Current bullet position: 3.0
Current bullet position: 3.5
Current bullet position: 4.0
Current bullet position: 4.5
Current bullet position: 5.0
Current bullet position: 5.5
Current bullet position: 6.0
Stop frame-based game loop.
Start variable-step game loop:
Current bullet position: 6.5
Current bullet position: 0.038
Current bullet position: 0.084
Current bullet position: 0.145
Current bullet position: 0.1805
Current bullet position: 0.28
Current bullet position: 0.32
Current bullet position: 0.42549998
Current bullet position: 0.52849996
Current bullet position: 0.57799995
Current bullet position: 0.63199997
Current bullet position: 0.672
Current bullet position: 0.778
Current bullet position: 0.848
Current bullet position: 0.8955
Current bullet position: 0.9635
Stop variable-step game loop.
Start fixed-step game loop:
Current bullet position: 0.0
Current bullet position: 1.086
Current bullet position: 0.059999995
Current bullet position: 0.12999998
Current bullet position: 0.24000004
Current bullet position: 0.33999994
Current bullet position: 0.36999992
Current bullet position: 0.43999985
Current bullet position: 0.5399998
Current bullet position: 0.65999967
Current bullet position: 0.68999964
Current bullet position: 0.7299996
Current bullet position: 0.79999954
Current bullet position: 0.89999944
Current bullet position: 0.98999935
Stop variable-step game loop.

类图 ​

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