Android动画内幕揭秘

原文链接 Android Animation Internal Secrets

前面的文章重点讲了如何使用安卓平台提供的能力来做好一个动画。为了更深入的理解，需要去了解一下动画框架的内部机理，这样能够帮助我们做出更优雅的动画实现。

View Animation的原理

View Animation源码解析

View animation的代码都是在android.view.animation包下面。

这里面主要有三个东西，下面来分别仔细说说

Animation

主要是抽象类Animation以及它的四大子类，也是View animation中的四大变幻对象–位移变幻TranslateAnimation，缩放变幻ScaleAnimation，旋转变幻RotateAnimation和渐变变幻AlphaAnimation。

以及一些工具对象，如AnimationSet和AnimationUtils。

仔细看这些类的源码可以发现，其实它们不复杂，里面也没啥东西，主要是用于各种参数管理，相当于封装出来的工具和原料，具体内部的原理并不在这里。仔细看四大变幻的applyTransformation方法，可以发现这一坨把最接近『原理』的东西都放在了一个叫做Transformation的对象中去了。

Transformation

直译变幻，但文档中的定义是动画过程中某一时刻应该做的变幻，此为Transformation。

这货的实现也不复杂，它也就是个中间商，只是一个存储从Animation传过来的参数 的中间变量，它里面有一个Alpha成员参数用以保存当前的渐变参数值，以及一个Matrix，Matrix可以保存当前的位移，旋转和缩放。Matrix应该不算太陌生，处理过Bitmap变幻的同学，对它应该会有了解，都是通过Matrix来设置参数的。

Interpolator

动画是随时间变化的一系列视觉变幻，因人眼视觉残留，连在一起就是动画，跟电影是一个道理。这里就有一个非常关键的参数就是时间。时间对于动画来说体现在两方面一是时长，就是整个动画持续 的时间，另外一个就是变幻变化的速率，也就是说动画播放速度的变化率。其实，这里变化的并不是时间，时间是永恒的以固定速度在流逝，对于动画来说，帧率是固定的，后面会谈到，动画的帧率是由时间驱动器驱动的，它是以固定的时间脉冲来回调渲染动画的每一帧。这里的时间变化其实是做动画的每一帧时用到的参数 的变化，它并不是线性的，假设动画一共有10帧，要把View向右移动100px，默认是线性的，匀速的，也即每一帧都向前移动10px，但如果使用加速插值器，那么可能就是一个变加速运动，第1帧可能在0px，第2帧在5px，第3帧25px，第4帧到36px，以此类推。

时间插值器，就是用来调整播放速度的，用以实现时间变化。

View Animation的渲染原理

从前面的讨论来看，动画的渲染跟那几个对象都没有关系，使用View animation的时候，只有两种方法可以让动画生效，一是调用View#startAnimation，另外一个是View#setAnimation，然后再Animation#start。

假如没有把Animation塞给某一个具体的View对象，光是调用Animation#start，是不会有任何影响和效果的。这说明动画的渲染是在View对象draw时做的，没有与具体View对象建立关联的动画是没有任何效果的。所以动画的渲染主要还要看View本身的逻辑。

可以从View#setAnimation和View#startAnimation入手来看，这两个方法只是把外部传进来的Animation对象保存在了一个叫做mCurrentAnimation成员里面，其他的什么也没做。查询索引，关键的地方有两个，一个是View#applyLegacyAnimation方法，另外一个就是View#draw方法。

先来看View#applyLegacyAnimation方法：

   /**
     * Utility function, called by draw(canvas, parent, drawingTime) to handle the less common
     * case of an active Animation being run on the view.
     */
    private boolean applyLegacyAnimation(ViewGroup parent, long drawingTime,
            Animation a, boolean scalingRequired) {
        Transformation invalidationTransform;
        final int flags = parent.mGroupFlags;
        final boolean initialized = a.isInitialized();
        if (!initialized) {
            a.initialize(mRight - mLeft, mBottom - mTop, parent.getWidth(), parent.getHeight());
            a.initializeInvalidateRegion(0, 0, mRight - mLeft, mBottom - mTop);
            if (mAttachInfo != null) a.setListenerHandler(mAttachInfo.mHandler);
            onAnimationStart();
        }

        final Transformation t = parent.getChildTransformation();
        boolean more = a.getTransformation(drawingTime, t, 1f);
        if (scalingRequired && mAttachInfo.mApplicationScale != 1f) {
            if (parent.mInvalidationTransformation == null) {
                parent.mInvalidationTransformation = new Transformation();
            }
            invalidationTransform = parent.mInvalidationTransformation;
            a.getTransformation(drawingTime, invalidationTransform, 1f);
        } else {
            invalidationTransform = t;
        }

        // more codes
        return more;
    }

这个方法看着比较长，但它就做了三件事情：1）初始化动画；2）获取当前时刻的Transformation；3）如果动画还没有完（还有下一帧），那就得调用View的invalidate，得重绘。

再看使用此方法的地方，是在draw，需要注意是带有三个参数的那个draw，在前面的文章里面介绍过，这个draw方法是由ViewGroup#dispatchDraw中drawChild时调用的：

   /**
     * This method is called by ViewGroup.drawChild() to have each child view draw itself.
     *
     * This is where the View specializes rendering behavior based on layer type,
     * and hardware acceleration.
     */
    boolean draw(Canvas canvas, ViewGroup parent, long drawingTime) {
        // More codes

        Transformation transformToApply = null;
        boolean concatMatrix = false;
        final boolean scalingRequired = mAttachInfo != null && mAttachInfo.mScalingRequired;
        final Animation a = getAnimation();
        if (a != null) {
            more = applyLegacyAnimation(parent, drawingTime, a, scalingRequired);
            concatMatrix = a.willChangeTransformationMatrix();
            if (concatMatrix) {
                mPrivateFlags3 |= PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_TRANSFORM;
            }
            transformToApply = parent.getChildTransformation();
        } else {
            if ((mPrivateFlags3 & PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_TRANSFORM) != 0) {
                // No longer animating: clear out old animation matrix
                mRenderNode.setAnimationMatrix(null);
                mPrivateFlags3 &= ~PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_TRANSFORM;
            }
            if (!drawingWithRenderNode
                    && (parentFlags & ViewGroup.FLAG_SUPPORT_STATIC_TRANSFORMATIONS) != 0) {
                final Transformation t = parent.getChildTransformation();
                final boolean hasTransform = parent.getChildStaticTransformation(this, t);
                if (hasTransform) {
                    final int transformType = t.getTransformationType();
                    transformToApply = transformType != Transformation.TYPE_IDENTITY ? t : null;
                    concatMatrix = (transformType & Transformation.TYPE_MATRIX) != 0;
                }
            }
        }

        // more codes

        int restoreTo = -1;
        if (!drawingWithRenderNode || transformToApply != null) {
            restoreTo = canvas.save();
        }
        if (offsetForScroll) {
            canvas.translate(mLeft - sx, mTop - sy);
        } else {
            if (!drawingWithRenderNode) {
                canvas.translate(mLeft, mTop);
            }
            if (scalingRequired) {
                if (drawingWithRenderNode) {
                    // TODO: Might not need this if we put everything inside the DL
                    restoreTo = canvas.save();
                }
                // mAttachInfo cannot be null, otherwise scalingRequired == false
                final float scale = 1.0f / mAttachInfo.mApplicationScale;
                canvas.scale(scale, scale);
            }
        }

        float alpha = drawingWithRenderNode ? 1 : (getAlpha() * getTransitionAlpha());
        if (transformToApply != null
                || alpha < 1
                || !hasIdentityMatrix()
                || (mPrivateFlags3 & PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_ALPHA) != 0) {
            if (transformToApply != null || !childHasIdentityMatrix) {
                int transX = 0;
                int transY = 0;

                if (offsetForScroll) {
                    transX = -sx;
                    transY = -sy;
                }

                if (transformToApply != null) {
                    if (concatMatrix) {
                        if (drawingWithRenderNode) {
                            renderNode.setAnimationMatrix(transformToApply.getMatrix());
                        } else {
                            // Undo the scroll translation, apply the transformation matrix,
                            // then redo the scroll translate to get the correct result.
                            canvas.translate(-transX, -transY);
                            canvas.concat(transformToApply.getMatrix());
                            canvas.translate(transX, transY);
                        }
                        parent.mGroupFlags |= ViewGroup.FLAG_CLEAR_TRANSFORMATION;
                    }

                    float transformAlpha = transformToApply.getAlpha();
                    if (transformAlpha < 1) {
                        alpha *= transformAlpha;
                        parent.mGroupFlags |= ViewGroup.FLAG_CLEAR_TRANSFORMATION;
                    }
                }

                if (!childHasIdentityMatrix && !drawingWithRenderNode) {
                    canvas.translate(-transX, -transY);
                    canvas.concat(getMatrix());
                    canvas.translate(transX, transY);
                }
            }
		 }
        // more codes
        return more;
    }

这个方法更长，主要就看transformToApply这个变量就好了，这个变量是在调用了applyLegacyAnimation后被赋值的。之后，可以看到它其中的Matrix被作用于Canvas，而alpha值被用于setAlpha了。好了，这里就是动画的最核心的逻辑。前面说了Transformation对象就是包了一个Matrix和alpha，然后被用在了这里，Matrix作用于Canvas对象，以产生视觉变幻（位移，缩放和旋转），而渐变则是通过setAlpha实现的。

所以View Animation是View tree每次draw的时候去做的，用当前的Animation对象获取到Transformation，然后把Matrix和alpha应用到draw时的Canvas，这就产生了视觉变幻效果。因此，View animation只是放一遍电影，因为这一过程中变化 的只有Transformation对象，也即只有Matrix和alpha在变化，在View draw的时候应用一下就完了，它并没有对View的真实属性产生影响，仅是对渲染的结果Canvas产生影响。而每次View draw的时候，都是会重新生成一个Canvas对象，并且View的属性本身并没有变，所以新生成的Canvas对象并不会体现之前一次draw（也即上一帧）的变幻结果，它只是继续应用Transformation对象，假如动画结束了就没有了Transformation对象，那就没有Matrix和alpha可作用于Canvas，也就没有了动画效果，一切又恢复到了最初原始的样子。

Property Animation的原理

属性动画的实现主要是在android.animation里面，它有独立的一级包名，可以看出它在平台中的位置，是要高于View animation的。

Animator的源码解析

先从Animator对象看起，它是一个抽象类，只定义了关于动画的基本接口，如duration/start/end/cancel等，以及设置AnimatorListener以外，再无其他东西。

最为核心的对象是ValueAnimator，它是属性动画的核心，它主要有两部分，一是管理各种数值，前面的文章说过属性动画的核心原理就是在一定时间内，用一定速率把某个值变成另外一个值；另外一部分就涉及渲染原理，后面再详细说。

再有就是ObjectAnimator，它是ValueAnimator的子类，连同PropertyValuesHolder一起，针对某个对象的属性进行管理，主要涉及两方面，一个是属性值的管理，也即把对象的属性名字和其要设置的值都暂存起来，另外一部分就是通过反射来把要修改的值作用于目标对象。

Animator的时间驱动器

动画要让数值随时间而变化，当start了以后，最重要的事情 就是以一定的时间速率来刷新数值，也即是用一个时间驱动器来刷新每一帧。前面讨论了View animation，是在View tree渲染时去刷新动画的每一帧。

属性动画的核心在ValueAnimator里面，连同一个AnimatorHandler对象，一起实现了时间驱动。AnimatorHanndler是属性动画的时间驱动器，它从Choreographer中接收脉冲信号，然后再回调给所有的ValueAnimator，令其doAnimationFrame。它是一个单例，也就是说同一个进程里所有的属性动画用的是内一个时间驱动器，同一个AnimatorHandler。

注意：关于Choreographer的解释可以看另外的文章。

当调用ValueAnimator#start时便会往AnimatorHandler对象添加一个回调，用以接收do frame的脉冲事件，然后从时间插值器mInterpolator中获取当前的时间速率，再调用animateValue进行数值的改变，其子类可以override此方法以实现属性的具体变化。这里还有一个变量mSelfPulsing用以控制是否使用AnimatorHandler，默认是true，也就是让ValueAnimator使用AnimatorHandler接收来自Choreographer的脉冲信号做动画。此外，也可以自己实现一个时间驱动器。

由此，便可以让在duration之内，渲染动画的每一帧。

Animator的渲染原理

ValueAnimator仅是让一个数值在一定时间内发生特定的变化，它没有实际的视觉效果。常常使用的是ObjectAnimator，并作用于View的属性以产生视觉效果，如前面文章中的例子。那么这个又是如何实现的呢？

ObjectAnimator是可能改变某个对象（内部称之为Target对象）的某个属性值，让其随时间变化，当应用到View对象时，比如translationY属性，ObjectAniamtor所做的也仅仅是让translationY的值随时间变化 而已，仅在animateValue时去调用View#setTranslationY把变化的数值传进去。是View自己在做重绘，View的setTranslationY方法中，有做invalidate以进行重绘。由此，便产生了视觉效果。

ViewPropertyAnimator是另一个常用的对象，但发现它并不是Animator的子类，是封装出来的专门针对View对象做属性动画的一个工具类，它本质上与ObjectAnimator一样，只不过做了一些集成与封装，可以同时方便的操作多个属性，另外它会把所有属性的值变更 过后统一调一次invalidate，效率上会略高一筹。ObjectAnimator一次只能操作一个属性，并且每个属性变化 时都会调一次invalidate。

它是把支持的属性都先放进一个map里面暂存起来，当调用startAnimation时，创建一个ValueAnimator，并设置一个AnimatorListener，在onAnimationUpdate时，把前面暂存的属性都设置到mView对象中去，然后调用一次invalidate让mView重绘。这里还需要注意，在设置属性这一块与ObjectAnimator也不一样，前面说了ObjectAniamtor是通过属性的settter来实现的，但View的属性的settter都会触发invalidate。所以，ViewPropertyAnimator为了避免每次设置属性时都触发invalidate，它是直接把属性塞给View的mRenderNode对象，然后在所有变化 的属性都设置完以后，再统一做一次重绘(invalidate)。

另外的区别就是，ViewPropertyAnimator仅支持一些特定的属性，而ObjectAnimator可以支持任意属性（只要有setter/getter，就可以）。

关于动画的常见问题

通过上面的论述，就搞清楚了动画原理了，下面来看一些比较有意思的问题。

动画是在主线程里做的么

动画主要是通过View对象来呈现视觉效果，View是在主线程中渲染的，所以动画也是在主线程里面完成的。这话呢，只对了一半，或者这么说是不够严谨的。

通过上面的讨论，View animation，都是在主线程中实现的，因为它的时间驱动器是View tree的渲染，也即在draw的时候，去计算当前的Transformation，然后应用到View的Canvas上面。这一切都是在主线程中完成的。

但对于属性动画，就不是这个样子，属性动画分两部分，一部分是让数值随时间变化 ，这个其实可以在任意线程中去做。通过上面的讨论，默认的情况下，确实也是在主线程中做的（从Choreographer得到时间脉冲，这是在主线程里面），但是留 有接口，可以改变的，虽然很少这样做，但确实是可行的，并且数值随时间变化，这个事情也是可以在任意线程中完成的。另外一部分，就是让变化 的数值对目标对象生效，这个要看具体的对象了，如果View，肯定 还是要在主线程里搞。

动画的帧率（FPS）是多少

从上面的讨论来看，无论是View animation还是属性动画，时间脉冲都是Choreographer，并且对View来说视觉要生效是通过重绘来做的，所以最高帧率都会是60FPS。

所以，其实动画的帧率是固定的，也就是说其doAnimationFrame是固定频率在回调。

这里要与动画的时间插值器区别开来，动画的真实帧率是固定的，时间插值器的作用是让动画的变化变成非线性的。比如说某个属性x从0变到100，ValueAnimator的doAnimationFrame以及animateValue会是以固定的频率，从Choreographer每隔16ms接收一次脉冲，就会调用一次animateValue，时间插值器的作用，能让x值的变化是非线性的：

时间脉冲：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
线性变化：0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
加速减速：0 13 25 37 57 71 79 85 89 95 100

时间插值器并没有让动画的帧率发生变化 ，而是让动画的结果非线性变化。

动画过程中如何处理MotionEvent事件

没有任何影响，view animation是发生在draw的时候，而属性动画是设置属性后再re-draw。从逻辑 上来讲动画与事件不冲突，两者之间没有任何影响。

不过呢，View animation是对Canvas做变幻，View对象仍在原来的位置，原来的状态，所以点击动画过程中的View可能会没有效果，特别是对于有位移的时候。但属性动画就没有问题，View就是真实的在移动。

但对于业务逻辑来说，通常动画都用于某个View的入场和出场，所以入场动画做完之前，以及出场动画开始之后，不响应点击事件要好一些，当然，这个就要靠开发者自己去实现了。

动画可以取消么

当然可以，都有cancel接口可以调用，但具体影响不太一样。

对于View animation，Animation#cancel是会调用onAnimationEnd的，因为它的回调接口没有专门用于cancel的。

但属性动画的回调接口要丰富一些，它有cancel，所以是会回调onAimationCancel的，但不会回调onAnimationEnd。

动画需要注意的事项

一定要实现onAnimationCancel，以及onAnimationEnd，如果有涉及状态变更，或者关联其他动画时。要知道动画除了常规结束还会有被cancel掉的可能。

另外，就是对于属性动画，取消有两种方式，一是直接调用Animator#cancel另外一种是调用Animator#end，两个方法在处理最后的状态时略有差异。end方法会把属性的最终状态设置给属性，然后回调onAnimationEnd，但cancel就直接终止动画了，属性当前啥状态那就啥状态，然后回调onAnimationCancel。其实，大多数情况下，end更为合理，但end可能会造成视觉上的跳跃，属性的状态会突然变化。

再有就是，如果对于View，有多个属性同时做动画时，用ViewPropertyAnimator更好一些。语法上面也更简洁，性能上也略优一些。

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