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JFreeChart在转子动平衡计算系统图表开发中的应用与实现
作者：何冬辉 叶振起 赵奕州 来源：《软件导刊》2017年第10期
摘要：传统的Web图表开发在不同终端、不同平台上实现时，为满足用户全方位、多角度的体验而采用不同的图形组件，这无疑增加了开发量与维护量。JFreeChart是Java平台上一个开源图表绘制类库，动态图表在不同终端和平台生成时都基于相同的绘图组件，其提供了基于C/S与B/S架构下生成各种图片格式的图表，具有种类丰富、功能完善的数据图形表现力与渲染力。为使转子动平衡计算结果显示更加清晰、直观，同时增强该Web APP页面的功能与显示效果，结合JFreeChart开源图形包的特点、工作原理及开发流程，基于Vaadin开发框架，设计并实现了转子动平衡计算数据的动态图形显示。实例应用表明，JFreeChart在数据图表实现时，不仅显著提高了开发效率，也兼顾了不同终端的用户体验。 关键词：JFreeChart；图表；Vaadin；用户体验 DOIDOI：10.11907/rjdk.171651
中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2017）010016204 0引言
传统的转子动平衡计算都是简单以数据来表现，缺少直观生动的表现力，而其计算结果的显示、分析及指导动平衡块安装所面临的首要任务就是将计算结果可视化。传统的Web图表绘制都是采用胖客户端的形式[1]，如Applet，这种形式通常需要在客户机上安装相应的运行插件（如Flash插件），服务端将数据传递客户端，客户端接收数据绘制相应图表。由于图表在客户端生成，其对客户端要求比较高，无法满足不同终端、不同平台的用户体验，而且速度比较慢，无法适应现代高速互联网的发展。
随着信息技术的发展，瘦客户端图表绘制形式逐渐成为主流，即服务端直接将运算数据生成的图像传递给客户端，客户端无需处理数据，图表在Web浏览器即可动态显示[2]。目前基于该形式的Web图表绘制组件较多，如JFreeChart、FusionCharts与Open Flash Chart等，其中JFreeChart以其强大的功能、出色的制图效果及便捷的操作方法在Java领域已得到广泛应用，特别是其与Vaadin开发框架的结合，应用于Web APP的开发，实现了业务层与表现层的代码分离，大幅降低了开发人员的开发量与维护量。本文通过结合JFreeChart开源图形包的特点、工作原理及开发流程，基于Vaadin开发框架，设计并实现了转子动平衡计算数据的动态图形显示。
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1JFreeChart概述与研究进展 1.1功能特性
JFreeChart是Java中开源的制图组件，主要用于生成各种动态图表。在Java的图形报表技术中，JFreeChart组件提供了方便、快捷、灵活的制图方法，能够生成各种各样的图形报表，如提供饼图（二维/三维）、柱状图（水平/垂直）、线图、点图、时间变化图、甘特图、股票行情图、混和图、温度计图、刻度图等常用商用图表，显示在应用程序中。JFreeChart广泛的功能包括：丰富的API，支持各种各样的图表类型；灵活的设计，易于扩展，适应服务器端与客户端的应用；支持多种类型的输出，包括Swing界面、图像文件（包括PNG、JPEG格式）与矢量图形文件格式。
JFreeChart主要特征如下：①定义接口的任何实现通俗易懂；②易于导出PNG与JPEG图像文件格式（也可以使用Java的图像I/O类库生成类库支持的任何格式），使用Graphics2D工具导出其它格式；③使用iText工具导出PDF格式文件，使用Batik工具导出SVG格式文件；④图像工具栏，图像丰富、美观；⑤图表支持鼠标事件，支持注解；⑥产生HTML图像映射；⑦支持JDBC，可动态显示来自多种数据库的数据；⑧可以工作于
Application/Servlets/Jsp/Applets等环境；⑨完全开源，严格遵守GNU的通用公共认证协议。 1.2工作原理及开发流程
基于JFreeChart的瘦客户端图形绘制组件工作原理如下：客户端（Client）通过Web浏览器向服务器端（Server）发送应用请求，服务器端接受请求后，基于用户业务逻辑需求，从客户端提供的数据或数据接口中获取相关数据，在服务器端经过数据整理后，构造图表所需的数据集，并由JFreeChart引擎加载此数据集，在服务器端生成临时图片文件，将图片的地址返回给客户端浏览器，以图片形式显示在Web浏览器上[3]，如图1所示。 JFreeChart的开发流程如图2所示。 1.3研究进展
基于JFreeChart强大的功能特性及成熟的技术支持，众多软件开发者将其应用于不同终端的应用程序开发，并取得了显著的研究成果。文献[4]研究了JFreeChart绘制图形的方法及开发流程，并绘制出某石油公司用电数据统计曲线图。文献[5]基于J2EE技术的B/S架构模式，采用Struts与Hibernate的轻量级框架结构，应用JFreeChart将报表数据动态生成多样化、直观化的年度、月度、日度图形报表。文献[6]指出Applet图形绘制的安全隐患，将JFreeChart应用于JSP图形开发，实现了JFreeChart图表的共享与在线更新。文献[7]将JFreeChart的Java动态图形报表技术应用于铁路机车运行状态中，实现了对机车设备的远程监视。基于JFreeChart绘制Web统计图表，不仅提高了开发效率，也降低了项目成本。由于对JFreeChart API的封装，
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开发人员在作扩展时，无需再过多地关注于繁琐的JFreeChart API，从而能将更多时间、精力投入到具体的业务逻辑上[8]。
目前，JFreeChart已广泛应用于J2EE、Struts、Spring和Hibernate等开发框架，但基于前端的Vaadin开发框架开发Web APP应用程序时应用较少。本文将JFreeChart与Vaadin结合，设计并实现了转子动平衡计算数据的动态图形显示，为动平衡块的安装提供了直观形象的指导。
2系统开发与应用 2.1开发框架
为实现转子动平衡计算在智能手机、PAD等移动终端的应用需求，同时兼顾系统交互性与功能性，系统基于Vaadin开发框架设计与实现。Vaadin是一个用于创建富客户端（RIA）应用程序的前端开发框架[9]，应用程序在不同终端与平台实现时都基于相同的框架，其具有种类丰富与功能完善的界面表现、灵活的数据监听处理功能，同时能兼顾跨平台、跨终端的触屏交互、动画切换等移动特性。
系统所有的计算功能都在Web服务器端实现，用户通过Web浏览器与系统交互，Vaadin客户端引擎将原始数据发送给Servlet容器中的终端适配器，终端适配器通过Web服务器接收来自客户端的用户请求，调用相应的计算模块，将用户请求转换为特定会话中的用户事件。每个用户事件都与服务器端的相应UI组件关联，终端适配器会根据UI组件的改变生成相应的响应，并发送到客户端的Web浏览器中。客户端浏览器中的客户端引擎接收该响应，并将响应内容渲染在Web页面的UI界面上[10]。
以动平衡试重计算为例，如图3所示，当用户输入基本参数之后，系统UI组件检测用户输入合法性，检测到非法输入将出现提示信息。用户输入正确数据后，点击“计算”按钮，绑定在“计算”按钮组件上的监听器会立即触发Button.ClickEvent事件，并通过HTTP连接以事件的形式将原始输入数据传回服务器端组件。服务器端组件再将该事件转送应用程序的逻辑处理代码，通过监听逻辑代码中的事件处理逻辑（Button.ClickListener监听事件），首先获取用户输入的原始数据，转换输入字符串为数值，调用相应的计算模块处理数据，再将计算结果绑定到UI组件上，服务器端UI组件状态发生变化，终端适配器发送相应响应，客户端的Web浏览器接收该响应并进行渲染，如绘制平衡块安装示意图。 2.2关键技术
（1）基于Vaadin的转子动平衡计算系统，其功能表现为用户输入数据、显示计算结果与绘制平衡块安装示意图。系统采用基于Vaadin的B/S技术架构模式，并利用Vaadin的MVC分层设计模式，前台界面显示层、逻辑业务层的代码是完全分离的，只有当程序运行时，具体