iOS动画原理--模型树和呈现树

模型树和呈现树

CoreAnimation作为一个复合引擎，将不同的视图层组合在屏幕中，并且存储在图层树中，向我们展示了所有屏幕上的一切。
整个过程其实经历了三个树状结构，才显示到了屏幕上：模型树-->呈现树-->渲染树,如图：

通常，我们操作的是模型树，在重绘周期最后，我们会将模型树相关内容（层次结构、图层属性和动画）序列化，通过IPC传递给专门负责屏幕渲染的渲染进程。渲染进程拿到数据并反序列化出树状结构--呈现树。这个呈现图层实际上是模型图层的复制，但是它的属性值代表了在任何指定时刻当前外观效果。换句话说，你可以通过呈现图层的值来获取当前屏幕上真正显示出来的值。

我们可以通过CALayer的-presentationLayer方法来访问对应的呈现树图层。注意呈现图层仅仅当图层首次被提交（就是首次第一次在屏幕上显示）的时候创建，所以在那之前调用-presentationLayer将会返回nil。你可能注意到有一个叫做–modelLayer的方法。在呈现图层上调用–modelLayer将会返回它正在呈现所依赖的CALayer。通常在一个图层上调用-modelLayer会返回–self（实际上我们已经创建的原始图层就是一种数据模型）。

一个移动的图层是如何通过数据模型呈现的

大多数情况下，你不需要直接访问呈现图层，你可以通过和模型图层的交互，来让Core Animation更新显示。两种情况下呈现图层会变得很有用，一个是同步动画，一个是处理用户交互。

当模型树上带有动画特征时，提交到渲染进程后，渲染进程会根据动画特征，不断修改呈现树上的图层属性，并同时不断的在屏幕上渲染出来，这样我们就看到了动画。

如果你想让你做动画的图层响应用户输入，你可以使用-hitTest:方法来判断指定图层是否被触摸，这时候对呈现图层而不是模型图层调用-hitTest:会显得更有意义，因为呈现图层代表了用户当前看到的图层位置，而不是当前动画结束之后的位置。

模型树与呈现树关系的比喻

在CALayer内部，它控制着两个属性：presentationLayer(以下称为P)和modelLayer（以下称为M）。P只负责显示，M只负责数据的存储和获取。我们对layer的各种属性赋值比如frame，实际上是直接对M的属性赋值，而P将在每一次屏幕刷新的时候回到M的状态。比如此时M的状态是1，P的状态也是1，然后我们把M的状态改为2，那么此时P还没有过去，也就是我们看到的状态P还是1，在下一次屏幕刷新的时候P才变为2。而我们几乎感知不到两次屏幕刷新之间的间隙，所以感觉就是我们一对M赋值，P就过去了。P就像是瞎子，M就像是瘸子，瞎子背着瘸子，瞎子每走一步（也就是每次屏幕刷新的时候）都要去问瘸子应该怎样走（这里的走路就是绘制内容到屏幕上），瘸子没法走，只能指挥瞎子背着自己走。可以简单的理解为：一般情况下，任意时刻P都会回到M的状态。而当一个CAAnimation（以下称为A）加到了layer上面后，A就把M从P身上挤下去了。现在P背着的是A，P同样在每次屏幕刷新的时候去问他背着的那个家伙，A就指挥它从fromValue到toValue来改变值。而动画结束后，A会自动被移除，这时P没有了指挥，就只能大喊“M你在哪”，M说我还在原地没动呢，于是P就顺声回到M的位置了。这就是为什么动画结束后我们看到这个视图又回到了原来的位置，是因为我们看到在移动的是P，而指挥它移动的是A，M永远停在原来的位置没有动，动画结束后A被移除，P就回到了M的怀里。
动画结束后，P会回到M的状态（当然这是有前提的，因为动画已经被移除了，我们可以设置fillMode来继续影响P），但是这通常都不是我们动画想要的效果。我们通常想要的是，动画结束后，视图就停在结束的地方，并且此时我去访问该视图的属性（也就是M的属性），也应该就是当前看到的那个样子。按照官方文档的描述，我们的CAAnimation动画都可以通过设置modelLayer到动画结束的状态来实现P和M的同步。

动画实现方式

动画，顾名思义就是动起来的画面，任何使屏幕上的视图随时间不断变化的技术都可以实现动画。在iOS中，实现动画的方式主要分两大类：CoreAnimation动画和非CoreAnimation动画。

CoreAnimation动画

CoreAnimation动画，即基于事务的动画，是最常见的动画实现方式。动画执行者是专门负责渲染的渲染进程，操作的是呈现树。我们应该尽量使用CoreAnimation来控制动画，因为CoreAnimation是充分优化过的：

1. 更高效的绘制

基于Layer的绘图过程中，CoreAnimation通过硬件操作位图（变换、组合等），产生动画的速度比软件操作的方式快很多。

基于View的绘图过程中，view被改动时会触发的drawRect:方法来重新绘制位图，但是这种方式需要CPU在主线程执行，比较耗时。而CoreAnimation则尽可能的操作硬件中已缓存的位图，来实现相同的效果，从而减少了资源损耗。

How Core Animation draws content

2. 更高效的动画

在动画过程中，CoreAnimation会通过硬件来一帧一帧的绘制。你所做的就是指定动画的起点和终点，其他的都让CoreAnimation来做。当然你也可以自定义动画参数，否则CoreAnimation会使用合适的默认值。

非CoreAnimation动画

非CoreAnimation动画执行者是当前进程，操作的是模型树。常见的有定时器动画和手势动画。定时器动画是在定时周期触发时修改模型树的图层属性；手势动画是手势事件（比如UIScrollView的didScrollView）触发时修改模型树的图层属性。两者都能达到视图随着时间不断变化的效果，即实现了动画。

非CoreAnimation动画动画过程中实际上不断改动的是模型树，而呈现树仅仅成了模型树的复制品，状态与模型树保持一致。整个过程中，主要是CPU在主线程不断调整图层属性、布局计算、提交数据，没有充分利用到CoreAnimation强大的动画控制功能。