深入探究JFreeChart

1 简介

JFreeChart 是 SourceForge.net 上的一个开源项目，它的源码和 API 都可以免费获得。 JFreeChart 的功能非常强大，可以实现饼图 ( 二维和三维 ) ,  柱状图  ( 水平 , 垂直 ), 线图 , 点图 , 时序图 , 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，  图形可以导出成 PNG 和 JPEG 格式，同时还可以与 PDF 和 EXCEL 关联，支持对图形的放大、缩小，支持常见图形的 3D 显示。

2 图形 对象的处理

2 ．1 JFreeChart对象

JFreeChart 可以生成很多图形对象，它的工厂类提供了 33 个工厂方法用于生成不同的图形对象（具体的工厂方法可以参见 JFreeChart 的 API手册或者源码中的 ChartFactory 类 ）。              JFreechart 对图形对象的抽象具体化。图形对象（ JFreeChart ），由 Title(主标题 ) ， SubTitle （子标题 ) ， Plot （图形的绘制结构）等几个主要对象组成。各个组成部分如下图所示：

这是一个 JFreeChart 对象，上面的“ chart 标题”是 Title 对象，中间区域是 Plot 对象（包括绘图区域和坐标轴区域），下面的区域是LegendTitle 对象，是一种 SubTitle 对象。

每个 JFreeChart 对象只能有 1 个 Title 对象， 1 个 Plot 对象，可以有多个 SubTitle 对象。 JFreeChart 对象可以进行的操作有：背景的设置（背景颜色、背景图片、透明度等）、边框的设置（是否可见、笔画、 Paint 等）、渲染方式的设置、标题对象的设置、子标题对象的增删查操作。（本文中的所有操作都不提供代码级的介绍，可参见 API 手册或者源码）

2 ．2 主标题对象

主标题对象是 TextTitle 类型，可以进行的操作有：背景设置、字体设置（字体类型、颜色、内容、对齐方式等操作）、 tooltip 设置、 URL 设置。

2 ．3 Plot 对象

Plot 对象是图形的绘制结构对象。 JFreeChart 中含有很多不同的 Plot 对象，每一种图形对象中的 Plot 对象都在实例化的时候创建。所有的Plot 共有的操作有：背景设置（背景颜色、背景图片、透明度等）、前景透明度设置、无数据存在情况的设置（显示的字符内容、显示的字体、显示的 Paint ）、放大缩小比例的设置，大部分 Plot 对象还有设置 Datset 、设置 Renderer 对象操作。

JFreeChart 中有 18 种 Plot 抽象类的具体实现类。 Plot 的具体实现类主要由以下重要对象组成： Renderer 对象（图形的绘制单元——绘图域） Datset （图形的数据源）， DomainAxis （区域轴，相当于 x 轴）， RangeAxis （范围轴，相当于 y 轴）。不同的 Plot 对象组成方式不尽相同，有的不含有 Renderer 对象，比如 CompassPlot 、 ContourPlot 、 MultiplePiePlot 、 PiePlot 等，有的不含有 DomainAxis 、 RangeAxis对象，另外除了 FastScatterPlot 类都含有 Datset 对象， FastScatterPlot 使用 float 的二维数组充当数据源。尤其说明一点，饼状图相关的Plot 对象（ MultiplePiePlot 、 PiePlot 、 PiePlot3D 、 RingPlot ）中都不含有 Renderer 对象、 DomainAxis 对象、 RangeAxis 对象。

一般来说， Datset 对象存储数据模型， Renderer 对象存储显示模型， Plot 对象根据 Datset 对象、 Renderer 对象完成画图操作。

仍以上面的图形讲解 Plot 对象的组成。 

   上图的中间区域是是一个 XYPlot 对象。其中的折线部分即是图形的绘制单元 Renderer 对象。 X 轴是 DomainAxis ， y 轴是 RangeAxis ，其中 Datset 对象属于数据模型范畴，是 UI 不可见对象。该图中的 plot 背景色、网格线的各种设置可以通过 XYPlot 对象本身完成。

       下面讲解 Renderer 对象、 Axis 对象（ X 轴、 y 轴都属于 Axis 对象）， Datset 对象在后续章节中专门讲解。

2 ．3．1 Renderer对象

Renderer 对象是图形的绘制单元。 JFreeChart 提供了两个接口 CategoryItemRenderer 和 XYItemRenderer 、 1 个抽象类 AbstractRenderer供具体的 Renderer 类实现，给出了将近 50 种具体实现类。

一般来说 Renderer 对象可进行的操作有：对 item label （下图中的柱状图上的红色数字即为 item label 的示例）的默认设置（ item label 的产生方式、是否可见、字体、 Paint 、正反向 item label 的位置设置等）、绘制图形的边框默认设置（ Paint 、笔画、是否可见等）、绘制图形的默认设置（形状、笔画、是否可见、对应的图例中是否可见等，折线图还有线条是否可见、折点图形是否可见、折点图形是否填充、折点图形的形状、对应的图例中线条是否可见、图形是否可见、整体是否可见等）、以及对指定 item label 的设置、指定绘制图形的设置。可以说和具体绘制的图形相关的属性都可以通过 Renderer 对象设置。

不同的 Renderer 的实现类实现了不同的显示方式，在含有 Renderer 对象的 JFreeChart 对象中， R enderer 对象决定了JFreeChart对象的显示方式。例如：柱状图的Plot对象中默认的Renderer对象是 CategoryItemRenderer 对象，通过设置 Plot 对象的Renderer对象 为 LineAndShapeRenderer，则柱状图变为线图。使用中一般不需要显式的实例化一个 R enderer 对象，一般通过 JFreeChart 对象的 Plot 对象调用现有的 R enderer 对象进行重新设置等操作。

2 ．3．2 Axis对象

JFreeChart 提供了两种类型的坐标轴： CategoryAxis （等级轴）和 ValueAxis （值轴）， ValueAxis 又有 3 个子类： DateAxis （时间轴）、NumberAxis （数字轴）、 PeriodAxis （时期轴）。这些坐标轴还有更详细的子类，不再一一列举

Axis 对象可进行的操作有：标题的设置（内容、字体、Paint、显示角度等）、坐标线的设置（笔画、Paint、是否可见等）、刻度线的设置（是否可见、笔画、Paint、位于绘图区域的长度、位于绘图区域外的长度等）、刻度标示的设置（笔画、Paint、字体、与轴的距离等）、坐标轴范围设置等。

CategoryAxis 对象还可以进行的操作有： 刻度标示间距 设置（ 最小间距、最大间距、指定间距）等。

ValueAxis 对象可进行的操作有：轴端设置（显示的图形形状）、范围设置（是否自动产生范围、自动产生的最小范围、最大范围、指定确定范围、指定范围大小等）、间隔设置（是否自动产生间隔、指定间隔）等。

DateAxis 对象还有对时间刻度显示格式的设置操作。

2 ． 4 子标题对象

    子标题对象是 Title 类型的对象，一个JFreeChart可以有多个子标题对象。JFreeChart提供了5种Title的实现，可以是图片、文本、图例等的形式。

3 数据源处理

JFreeChart 中的数据源是DataSet接口类型。该接口有三个主要的子类接口：CategoryDataset、PieDataset、SeriesDataset

CategoryDataset 接口的实现类基本上都维护了一个三元组<value,row,col>的列表结构。不同的实现类中value 的类型不相同。<row,col>唯一确定一个三元组。CategoryDataset的实现类提供对这个三元组的增删改查操作。

PieDataset 接口有两个主要的实现类：CategoryToPieDataset 、DefaultPieDataset。PieDataset接口的实现类基本上都维护了一个二元组<key,value>的列表结构。Key唯一确定一个二元组。CategoryDataset的实现类提供对这个二元组的增删改查操作。CategoryToPieDataset中的二元结构列表通过对CategoryDataset类型的对象指定行或者列转化过来。DefaultPieDataset直接维护一个二元结构列表。

SeriesDataset 接口的实现类基本上都维护了一种特定数据结构的列表。以TimeSeriesCollection为例。它维护一个TimeSeries对象列表，提供对该列表的增删查操作。每个TimeSeries对象维护一个<time,value>列表，提供对该列表的增删改查操作。

三 JFreeChart 中对常见图形的处理

       JFreeChart 并不存在多个不同的类来生成不同的图形。所有的图形都是具体类 JFreeChart 的实例化对象，初始化 JFreeChart 对象的时候通过指定不同的 Plot 实现类就可以显示出不同的图形。不同的 Plot 实现类具有不同的 Renderer 对象、 Axis 对象、 Dataset 对象。

       JFreeChart 提供工厂类 ChartFactory 方便使用者生成各种不同的图形。 ChartFactory 类的各个工厂方法中实现对具体 Plot 的指定以及对类JFreeChart 构造函数的调用。

       下面以常用图形说一下常用的使用流程（大部分的操作讲的并不全面，比如 JFreeChart 可能提供了很多增加、修改数据的方式，下文中可能只列举一种）。

1 柱状图

（ 1 ）平面柱状图

       生成柱状图操作：

       JFreeChart chart = ChartFactory.createBarChart(

                      String title,                 // 图标题

                String categoryAxisLabel,     //x 轴标题

                String valueAxisLabel,       //y 轴标题

                CategoryDataset dataset,      // 数据源

                PlotOrientation orientation,    // 显示方向

                 boolean legend,             // 是否显示图例

                 boolean tooltips,            // 是否显示 tooltip

                 boolean urls) ；              // 是否指定 url

平面柱状图的 Plot 对象是 CategoryPlot 类型。 CategoryPlot 对象的 x 轴是 CategoryAxis 对象， y 轴是 NumberAxis 对象，绘制单元是BarRenderer 对象，数据源是 CategoryDataset 对象。

 

获取 CategoryPlot 对象操作为：

CategoryPlot plot = ( CategoryPlot ) chart.getPlot(); 或者

CategoryPlot plot = chart.getCategoryPlot();

获取绘制单元操作：

       BarRenderer renderer = (BarRenderer) plot.getRenderer();

获取 x 轴的操作：

CategoryAxis xAxis = ( CategoryAxis ) plot.getDomainAxis();

获取 y 轴操作：

NumberAxis yAxis = (NumberAxis) plot.getRangeAxis();

获取数据源：

CategoryDataset dataset=plot.getDataset();

 

       柱状图可以接受一切 CategoryDataset 类型的数据源，下面讲解一下常用的 CategoryDataset 类型 DefaultCategoryDataset 的使用方式

实例化：

DefaultCategoryDataset dataset = new DefaultCategoryDataset();

增加数据

dataset .addValue(double value, Comparable rowKey, Comparable columnKey) ;

删除数据：

       dataset .removeValue(Comparable rowKey, Comparable columnKey);

       或者

       dataset. removeColumn(int columnIndex);

       或者

       dataset. removeColumn(Comparable columnKey);

       对行同样有上述两种删除方式，不在列举。

修改数据：

       dataset. setValue(double value, Comparable rowKey, Comparable columnKey);

查询数据 :

对 plot 对象、绘制单元、 x 轴、 y 轴的显示特性修改不再一一介绍。

（ 2 ） 3D 柱状图

       对应的工厂方法为 createBarChart3D ，该方法的参数与平面柱状图相同。 3D 柱状图的 Plot 对象是 CategoryPlot 类型。 CategoryPlot 对象的 x轴是 CategoryAxis3D 对象， y 轴是 NumberAxis3D 对象，绘制单元是 BarRenderer3D 对象，数据源是 CategoryDataset 对象。

       具体使用以及操作与平面柱状图雷同，不在详述。

2 饼状图

(1) 平面饼状图

生成平面饼状图：

JFreeChart chart = ChartFactory. createPieChart(String title, // 图标题

                          PieDataset dataset,       // 数据源

                          boolean legend,         // 是否显示图例

                          boolean tooltips,         // 是否显示tooltip

                          boolean urls) ；          // 是否指定url

平面饼状图的Plot对象是PiePlot类型。PiePlot对象没有x轴对象、y轴对象、绘制单元对象，数据源是PieDataset对象。

 

获取PiePlot对象操作为：

PiePlot plot = (PiePlot) chart.getPlot();

获取数据源：

PieDataset dataset= plot .getDataset();

 

饼状图可以接受一切 PieDataset 类型的数据源，下面讲解一下常用的 PieDataset 类型 DefaultPieDataset 的使用方式

实例化：

    DefaultPieDataset dataset = new DefaultPieDataset();

增加修改操作：

    dataset. setValue(Comparable key, double value);

删除操作：

    dataset. remove(Comparable key);

查询操作：

    dataset. getKey(int item);

或者

dataset. getValue(int item);

 

(1)3D 饼状图

       对应的工厂方法为 createPieChart3D ，参数与平面饼状图相同。与平面饼状图的差别在于 Plot 对象是PiePlot3D类型 ，不再详述。

3 多重饼状图

（ 1 ）多重平面饼状图

生成多重平面饼状图：

       JFreeChart chart = ChartFactory. createMultiplePieChart

(String title,               // 图标题

                        CategoryDataset dataset,     // 数据源

                        TableOrder order,       // 指定提取数据的方式（按行或者按列）

                        boolean legend,            // 是否显示图例

                        boolean tooltips,            // 是否显示 tooltip

                        boolean urls)   ；            // 是否指定 url

多重平面饼状图的 Plot 对象是 MultiplePiePlot 类型。 MultiplePiePlot 对象没有 x 轴对象、 y 轴对象、绘制单元对象，数据源是 CategoryDataset对象。 MultiplePiePlot 对象中可以含有多个子 JFreeChart 对象，子 JFreeChart 对象是上面讲过的饼状图对象。

 

获取 MultiplePiePlot 对象操作为：

MultiplePiePlot plotMain = (MultiplePiePlot) chart.getPlot();

获取子 JFreeChart 的操作为：

       JFreeChart childChart=plotMain.getPieChart();

获取数据源：

CategoryDataset dataset= plotMain .getDataset();

（ 2 ）多重 3D 饼状图

       对应的工厂方法为 createMultiplePieChart3D ，该方法的参数与 多重平面饼状图 相同。 多重 3D 饼状图的 Plot 对象是 MultiplePiePlot 类型。MultiplePiePlot 对象中可以含有多个子 JFreeChart 对象，子 JFreeChart 对象是上面讲过的 3D 饼状图对象。

4 线图

（ 1 ）平面线图

       生成平面线图：

       JFreeChart chart = ChartFactory. createLineChart(String title,  // 图标题

                         String categoryAxisLabel,         //x 轴标题

                         String valueAxisLabel,            //y 轴标题

                         CategoryDataset dataset,           // 数据源

                         PlotOrientation orientation,         // 显示方向

                         boolean legend,                 // 是否显示图例

                         boolean tooltips,                 // 是否显示 tooltip

                         boolean urls);                  // 是否指定 url

平面线图除了的 Plot 对象中绘制单元对象是 LineAndShapeRenderer 对象，其他一切组成对象与平面柱状图相同。

获取 Renderer 操作：

LineAndShapeRenderer renderer=(LineAndShapeRenderer) plot.getRenderer();

其他参考平面柱状图。

（ 2 ） 3D 线图

对应工厂方法为 createLineChart3D ，参数与 createLineChart 相同。 3D 线图的组成对象除了绘制单元对象是 LineAndShapeRenderer3D 对象，其他一切组成对象与 3D 柱状图相同。

5 时序图

生成时序图：

       JFreeChart chart = ChartFactory.createTimeSeriesChart(

              String title,    // 图标题

                 String timeAxisLabel,   //x 轴标题

                 String valueAxisLabel,  //y 轴标题

                 XYDataset dataset,       // 数据源

                 boolean legend,          // 是否显示图例

                 boolean tooltips,        // 是否显示 tooltip

                 boolean urls);           // 是否指定 url

时序图的 Plot 对象是 XYPlot 类型。 XYPlot 对象的 x 轴是 DateAxis 对象， y 轴是 NumberAxis 对象，绘制单元是XYLineAndShapeRenderer 对象，数据源是 XYDataset 对象。

Plot 对象的获取操作：

       XYPlot plot = (XYPlot) chart.getPlot();

X 轴对象的获取操作：

       DateAxis xAxis = (DateAxis) plot.getDomainAxis();

Y 轴对象的获取操作：

       NumberAxis yAxis =(NumberAxis) plot.getRangeAxis();

Renderer 对象的获取操作：

       XYItemRenderer renderer= plot.getRenderer();

 

时序图可以接受一切 XYDataset 类型的数据源，下面讲解一下常用的 XYDataset 类型 TimeSeriesCollection 的使用方式。

实例化：

       TimeSeriesCollection dataset=new TimeSeriesCollection();

添加数据操作：

       dataset. addSeries(TimeSeries); // 后面讲解 TimeSeries 对象

删除数据操作：

       dataset. removeSeries(int index);

查询数据操作 :

       dataset. getSeries(int series);

 

TimeSeries 对象操作

实例化：

       TimeSeries ts=TimeSeries(String name, Class timePeriodClass);

增加数据操作：

       ts. add(RegularTimePeriod period, double value); 

删除数据操作：

       ts. delete(RegularTimePeriod period);   

修改数据操作：

       ts. update(RegularTimePeriod period, Number value);

查询数据操作：

       ts. getValue(RegularTimePeriod period);

类 RegularTimePeriod 是 JFreeChart 提供的时间模板类，它有很多具体的时间类，比如： Minute 、 Second 、 Hour 、 Day…… 等，不再详述。