游戏引擎/GUI的设计与实现-常见GUI架构

以X Window为代表的客户/服务器架构。

X Window通常是指X服务器及封装了通信协议的客户端库。服务器端主要负责输入事件的分发，窗口层次的管理，以及显示输出的处理，其它功能基本上都是在客户端实现了。我们看到的各种界面元素都是在客户端绘制的，这一部分通常称为ToolKit，应用程序开发者只需要关注ToolKit就行了。以前的ToolKit非常多，经过多年的进化和淘汰，常用的ToolKit主要是GTK+和QT两个了。X Window是非常复杂和晦涩的，以前我花了不少时间去研究用于嵌入式系统的TinyX，有兴趣的朋友可以看我的博客X Window研究笔记。

要注意的是X Window的窗口管理功能是在X服务器里实现的，但窗口管理器却是一个客户端进程。窗口管理器决定了桌面系统的整体风格，窗口管理器进程通过窗口管理协议，发送请求给X服务器，由X服务器执行真正的窗口管理功能。这是X Window七大设计原则中的，提供机制而不是策略的一个体现。这样的好处在于，窗口管理器可以独立发展：比如用于嵌入式系统的窗口管理器和传统PC的窗口管理器之间的差别是很大的，独立出来后就可以开发两个不同的窗口管理器，分别用于不同的场景。

Android上的实现也是客户/服务器架构。但是它和X Window并不完全相同，首先应用程序与服务器使用binder而不是socket作为IPC机制，这主要是出于性能和安全权限控制考虑。其次是窗口管理、渲染输出和输入事件分发是在几个不同的服务里实现的。

以DirectFB为代表的Master/Slave架构。

DirectFB可以单进程运行也可以多进程运行，多进程运行需要各进程之间协作，以防止显示错乱。在多进程运行方式下，DirectFB使用了一个所谓的主从（Master/Slave）模式，它有一个叫Fusion的内核模块，每个DirectFB进程通过文件接口与Fusion模块交换数据，第一个启动的DirectFB进程称为Master，后面的启动的DirectFB进程称为Slave，Master进程一般不能退出，否则Slave进程也会被迫退出。

Master进程负责读取输入设备的输入事件，然后根据情况分发到各个Slave进程。窗口等信息放在共享内存中，窗口管理器通常是作为一个模块在各个进程中，后来DirectFB也支持了独立进程的窗口管理器。

DirectFB说Master/Slave模式与C/S模式相比有更高的性能，但是我觉得真正的性能瓶颈是在界面的绘制上，进程间通信的开销非常小，Master/Slave模式根本没有什么必要。Fusion模块好长时间都没有稳定下来，我被它折腾了好几年，呵呵，现在想起来还有点恼火。

以传统嵌入式GUI为代表的单进程架构。

功能机时代的展讯和MTK的手机平台，以及现在的一些实时操作系统，整个系统都是在一个地址空间运行的，所有应用程序的数据都是共享的，虽然没有明显的创建进程，但是可以把整个系统看作一个进程。GUI在其中一个线程里运行，应用程序只是逻辑上的划分，物理上都是在一个进程中运行，所以他们不需要进程间通讯机制。

在这种架构下，GUI实现相对简单，不需要进程间通讯机制，也不需要加锁（虽然有多个线程，但GUI的访问是串行的），GUI运行效率很高。它的不足在于稳定性存在潜在的问题，就GUI本身来说，因为其简单性而具有更高的稳定性，但是由于全部应用程序共享同一个内存地址空间，某个应用程序崩溃掉会导致整个系统崩溃。不过这不是GUI的问题，而是系统的问题。

以前我写的嵌入式GUI FTK就是单线程的，这样做的主要原因是：1.FTK是为嵌入式系统开发的，所以希望能兼容各种实时操作系统。2.希望做得简单些，适用于轻量级的应用，没有必要搞的像GTK+那样强大。3.尝试一种新的架构，全部有界面的应用程序都在一个进程中运行，其它服务器在后台运行，彻底分离界面与逻辑。

基于浏览器HTML5 Canvas的GUI。

创新高性能移动UI框架——Canvas UI 框架认为Canvas UI是HTML5 APP的界面发展趋势，我在几年前就认为Canvas UI才是HTML5 APP的未来，所以花了大量时间去开发CanTK和AppBuilder/GameBuilder。

基于浏览器HTML5 Canvas的GUI的架构类似于单进程的架构，主要区别有：

• 浏览器已经封装了输入设备，GUI不要从输入设备里读取事件，只需要注册相应的回调函数即可。

• 浏览器已经实现了主循环，GUI可以通过requestAnimationFrame注册回调函数。

• GUI无法直接唤起输入法，只能通过input元素来模拟，也就不需要去实现编辑器控件。

• GUI 不需要自己实现基本的绘图操作，Canvas已经提供了强大绘图操作。

• 不需要太关心跨平台的东西（各个浏览器存在兼容性的问题，还好Canvas的API差异不大）。

不同的GUI的架构适用于不同的情况，需要根据实际情况选用。对于大多数人来说，去实现一个完整的GUI的机会不多，了解一下就够了。