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Android 动画animation 深入分析

前言：本文试图通过分析动画流程，来理解android动画系统的设计与实现，学习动画的基本原则，最终希望能够指导动画的设计。

0 本文中用到的一些类图

1 view animation 

调用方法：view.startAnimation(animation);

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1. public void startAnimation(Animation animation) {  
2.     animation.setStartTime(Animation.START_ON_FIRST_FRAME);  
3.     setAnimation(animation);  
4.     invalidateParentCaches();  
5.     invalidate(true);  
6. }  

在invalidate(ture);中

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1. if (p != null && ai != null) {  
2.     final Rect r = ai.mTmpInvalRect;  
3.     r.set(0, 0, mRight - mLeft, mBottom - mTop);  
4.     // Don‘t call invalidate -- we don‘t want to internally scroll  
5.     // our own bounds  
6.     p.invalidateChild(this, r);  
7. }  

即调用parent的invalidateChild，

假定父控件即为ViewRootImpl;

public final class ViewRootImpl implements ViewParent;

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1. @Override  
2. public void invalidateChild(View child, Rect dirty) {  
3.     invalidateChildInParent(null, dirty);  
4. }  
5.   
6. public ViewParent invalidateChildInParent(int[] location, Rect dirty) {  
7.     //...省略一堆判断条件，最终调用  
8.     if (!mWillDrawSoon && (intersected || mIsAnimating)) {  
9.         scheduleTraversals();  
10.     }  
11.   
12.     return null;  
13. }  

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1. void scheduleTraversals() {  
2.     if (!mTraversalScheduled) {  
3.         mTraversalScheduled = true;  
4.         mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().postSyncBarrier();  
5.         mChoreographer.postCallback(  
6.                 Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);  
7.         scheduleConsumeBatchedInput();  
8.     }  
9. }  

其中mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().postSyncBarrier();是设置同步障碍（syncBarrier），当looper中的消息队列执行到barrier 后，会暂停执行，只有当barrier 被释放mHandler.getLooper().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier); 后消息队列才能继续执行。

    Choreographer mChoreographer; 是动画系统中的核心组织者， 负责统一调度。后面详细说。

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1. final TraversalRunnable mTraversalRunnable = new TraversalRunnable();  
2. final class TraversalRunnable implements Runnable {  
3.     @Override  
4.     public void run() {  
5.         doTraversal();  
6.     }  
7. }  

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1.     void doTraversal() {  
2.         performTraversals();  
3.     }  

perform 待补充

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1. final class ConsumeBatchedInputRunnable implements Runnable {  
2.     @Override  
3.     public void run() {  
4.         doConsumeBatchedInput(mChoreographer.getFrameTimeNanos());  
5.     }  
6. }  
7. final ConsumeBatchedInputRunnable mConsumedBatchedInputRunnable =  
8.         new ConsumeBatchedInputRunnable();  

doConsume 待补充

2 属性动画aninmator

valueAnimator.start();

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1.     private void start(boolean playBackwards) {  
2.         if (Looper.myLooper() == null) {  
3.             throw new AndroidRuntimeException("Animators may only be run on Looper threads");  
4.         }  
5.         AnimationHandler animationHandler = getOrCreateAnimationHandler();  
6.         animationHandler.mPendingAnimations.add(this);  
7.         if (mStartDelay == 0) {  
8.             // This sets the initial value of the animation, prior to actually starting it running  
9.             setCurrentPlayTime(0);  
10.             mPlayingState = STOPPED;  
11.             mRunning = true;  
12.             notifyStartListeners();  
13.         }  
14.         animationHandler.start();  
15.     }  

这里会检查调用线程必须是Looper线程，如果是view相关的属性动画，还必须是UI 线程。

得到AnimationHandle 并把自己加入到PendingAnimations  的list中.

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1. getOrCreateAnimationHandler();  

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1. protected static ThreadLocal<AnimationHandler> sAnimationHandler =  
2.         new ThreadLocal<AnimationHandler>()  
3. protected static class AnimationHandler implements Runnable {  
4.     // The per-thread list of all active animations  
5.     /** @hide */  
6.     protected final ArrayList<ValueAnimator> mAnimations = new ArrayList<ValueAnimator>();  
7.   
8.     // Used in doAnimationFrame() to avoid concurrent modifications of mAnimations  
9.     private final ArrayList<ValueAnimator> mTmpAnimations = new ArrayList<ValueAnimator>();  
10.   
11.     // The per-thread set of animations to be started on the next animation frame  
12.     /** @hide */  
13.     protected final ArrayList<ValueAnimator> mPendingAnimations = new ArrayList<ValueAnimator>();  
14.   
15.     /** 
16.      * Internal per-thread collections used to avoid set collisions as animations start and end 
17.      * while being processed. 
18.      * @hide 
19.      */  
20.     protected final ArrayList<ValueAnimator> mDelayedAnims = new ArrayList<ValueAnimator>();  
21.     private final ArrayList<ValueAnimator> mEndingAnims = new ArrayList<ValueAnimator>();  
22.     private final ArrayList<ValueAnimator> mReadyAnims = new ArrayList<ValueAnimator>();  
23.   
24.     private final Choreographer mChoreographer;  
25.     private boolean mAnimationScheduled;  

AnimationHandler 就是一个runnable， 注意成员变量中的多个animator 的list 以及重要的mChoreographer = Choreographer.getInstance();

mChoreographer 也是一个threadlocal的变量。

在animationHandler.start() 中

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1.         public void start() {  
2.             scheduleAnimation();  
3.         }  
4.         private void scheduleAnimation() {  
5.             if (!mAnimationScheduled) {  
6.                 mChoreographer.postCallback(Choreographer.CALLBACK_ANIMATION, this, null);  
7.                 mAnimationScheduled = true;  
8.             }  
9.         }  

this 是runnable 即把animationHandler自己添加添加到mChoreographer 的队列中。

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1.     public void postCallback(int callbackType, Runnable action, Object token) {  
2.         postCallbackDelayed(callbackType, action, token, 0);  
3.     }  
4.     public void postCallbackDelayed(int callbackType,  
5.             Runnable action, Object token, long delayMillis) {  
6.         postCallbackDelayedInternal(callbackType, action, token, delayMillis);  
7.     }  
8.     private void postCallbackDelayedInternal(int callbackType,  
9.             Object action, Object token, long delayMillis) {  
10.         synchronized (mLock) {  
11.             final long now = SystemClock.uptimeMillis();  
12.             final long dueTime = now + delayMillis;  
13.             mCallbackQueues[callbackType].addCallbackLocked(dueTime, action, token);  
14.   
15.             if (dueTime <= now) {  
16.                 scheduleFrameLocked(now);  
17.             } else {  
18.                 Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_CALLBACK, action);  
19.                 msg.arg1 = callbackType;  
20.                 msg.setAsynchronous(true);  
21.                 mHandler.sendMessageAtTime(msg, dueTime);  
22.             }  
23.         }  
24.     }  

传入的delay为0， 即调用scheduleFrameLocked(now);

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1. private void scheduleFrameLocked(long now) {  
2.     if (!mFrameScheduled) {  
3.         mFrameScheduled = true;  
4.         if (USE_VSYNC) {  
5.             if (DEBUG) {  
6.                 Log.d(TAG, "Scheduling next frame on vsync.");  
7.             }  
8.   
9.             // If running on the Looper thread, then schedule the vsync immediately,  
10.             // otherwise post a message to schedule the vsync from the UI thread  
11.             // as soon as possible.  
12.             if (isRunningOnLooperThreadLocked()) {  
13.                 scheduleVsyncLocked();  
14.             } else {  
15.                 Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_SCHEDULE_VSYNC);  
16.                 msg.setAsynchronous(true);  
17.                 mHandler.sendMessageAtFrontOfQueue(msg);  
18.             }  
19.         } else {  
20.             final long nextFrameTime = Math.max(  
21.                     mLastFrameTimeNanos / NANOS_PER_MS + sFrameDelay, now);  
22.             if (DEBUG) {  
23.                 Log.d(TAG, "Scheduling next frame in " + (nextFrameTime - now) + " ms.");  
24.             }  
25.             Message msg = mHandler.obtainMessage(MSG_DO_FRAME);  
26.             msg.setAsynchronous(true);  
27.             mHandler.sendMessageAtTime(msg, nextFrameTime);  
28.         }  
29.     }  
30. }  

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1. private static final boolean USE_VSYNC = SystemProperties.getBoolean(  
2.         "debug.choreographer.vsync", true);  

USE_VSYNC 默认是true；    

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1. private boolean isRunningOnLooperThreadLocked() {  
2.     return Looper.myLooper() == mLooper;  
3. }  

检查当前looper和mChoreographer的looper是否一致。一般情况是一致的。就会调用scheduleVsyncLocked();

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1. private void scheduleVsyncLocked() {  
2.     mDisplayEventReceiver.scheduleVsync();  
3. }  

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1. public void scheduleVsync() {  
2.     if (mReceiverPtr == 0) {  
3.         Log.w(TAG, "Attempted to schedule a vertical sync pulse but the display event "  
4.                 + "receiver has already been disposed.");  
5.     } else {  
6.         nativeScheduleVsync(mReceiverPtr);  
7.     }  
8. }  

到了native 暂时先不涉及。

回头来看animationHandler 的run()。 前面提到animationHandler把自己添加到mChoreographer，当被调用时，调用run方法。

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1. // Called by the Choreographer.  
2. @Override  
3. public void run() {  
4.     mAnimationScheduled = false;  
5.     doAnimationFrame(mChoreographer.getFrameTime());  
6. }  

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1.     public long getFrameTime() {  
2.         return getFrameTimeNanos() / NANOS_PER_MS;  
3.     }  
4.     public long getFrameTimeNanos() {  
5.         synchronized (mLock) {  
6.             if (!mCallbacksRunning) {  
7.                 throw new IllegalStateException("This method must only be called as "  
8.                         + "part of a callback while a frame is in progress.");  
9.             }  
10.             return USE_FRAME_TIME ? mLastFrameTimeNanos : System.nanoTime();  
11.         }  
12.     }  

doAnimationFrame()总结就是

1.遍历pending list动画，如果delay为0 则调用start，不为0，加入delay list；

2.遍历delay list， 根据frametime计算是继续delay还是ready可以播放，若是ready，则加入到ready list中；

3 遍历ready list，调用start ；

4，遍历所有animation，根据frametime计算动画是否要结束，如果可以结束，则加入到ending list中；

5，遍历ending list， 调用end；

6， 如果有列表中仍然有动画，则继续scheduleAnimation；

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1. private void doAnimationFrame(long frameTime) {  
2.     // mPendingAnimations holds any animations that have requested to be started  
3.     // We‘re going to clear mPendingAnimations, but starting animation may  
4.     // cause more to be added to the pending list (for example, if one animation  
5.     // starting triggers another starting). So we loop until mPendingAnimations  
6.     // is empty.  
7.     while (mPendingAnimations.size() > 0) {  
8.         ArrayList<ValueAnimator> pendingCopy =  
9.                 (ArrayList<ValueAnimator>) mPendingAnimations.clone();  
10.         mPendingAnimations.clear();  
11.         int count = pendingCopy.size();  
12.         for (int i = 0; i < count; ++i) {  
13.             ValueAnimator anim = pendingCopy.get(i);  
14.             // If the animation has a startDelay, place it on the delayed list  
15.             if (anim.mStartDelay == 0) {  
16.                 anim.startAnimation(this);  
17.             } else {  
18.                 mDelayedAnims.add(anim);  
19.             }  
20.         }  
21.     }  
22.     // Next, process animations currently sitting on the delayed queue, adding  
23.     // them to the active animations if they are ready  
24.     int numDelayedAnims = mDelayedAnims.size();  
25.     for (int i = 0; i < numDelayedAnims; ++i) {  
26.         ValueAnimator anim = mDelayedAnims.get(i);  
27.         if (anim.delayedAnimationFrame(frameTime)) {  
28.             mReadyAnims.add(anim);  
29.         }  
30.     }  
31.     int numReadyAnims = mReadyAnims.size();  
32.     if (numReadyAnims > 0) {  
33.         for (int i = 0; i < numReadyAnims; ++i) {  
34.             ValueAnimator anim = mReadyAnims.get(i);  
35.             anim.startAnimation(this);  
36.             anim.mRunning = true;  
37.             mDelayedAnims.remove(anim);  
38.         }  
39.         mReadyAnims.clear();  
40.     }  
41.   
42.     // Now process all active animations. The return value from animationFrame()  
43.     // tells the handler whether it should now be ended  
44.     int numAnims = mAnimations.size();  
45.     for (int i = 0; i < numAnims; ++i) {  
46.         mTmpAnimations.add(mAnimations.get(i));  
47.     }  
48.     for (int i = 0; i < numAnims; ++i) {  
49.         ValueAnimator anim = mTmpAnimations.get(i);  
50.         if (mAnimations.contains(anim) && anim.doAnimationFrame(frameTime)) {  
51.             mEndingAnims.add(anim);  
52.         }  
53.     }  
54.     mTmpAnimations.clear();  
55.     if (mEndingAnims.size() > 0) {  
56.         for (int i = 0; i < mEndingAnims.size(); ++i) {  
57.             mEndingAnims.get(i).endAnimation(this);  
58.         }  
59.         mEndingAnims.clear();  
60.     }  
61.   
62.     // If there are still active or delayed animations, schedule a future call to  
63.     // onAnimate to process the next frame of the animations.  
64.     if (!mAnimations.isEmpty() || !mDelayedAnims.isEmpty()) {  
65.         scheduleAnimation();  
66.     }  
67. }  

在animationFrame() 中根据当前状态，并且计算fraction，调用animateValue();

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1.     boolean animationFrame(long currentTime) {  
2.         boolean done = false;  
3.         switch (mPlayingState) {  
4.         case RUNNING:  
5.         case SEEKED:  
6.             //省略计算fraction的代码  
7.             animateValue(fraction);  
8.             break;  
9.         }  
10.         return done;  
11.     }  

通过mInterpolator.getInterpolation计算fraction；@Interpolator 

根据fraction计算内部所有value，如果有updateListener，调用之。

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1. void animateValue(float fraction) {  
2.     fraction = mInterpolator.getInterpolation(fraction);  
3.     mCurrentFraction = fraction;  
4.     int numValues = mValues.length;  
5.     for (int i = 0; i < numValues; ++i) {  
6.         mValues[i].calculateValue(fraction);  
7.     }  
8.     if (mUpdateListeners != null) {  
9.         int numListeners = mUpdateListeners.size();  
10.         for (int i = 0; i < numListeners; ++i) {  
11.             mUpdateListeners.get(i).onAnimationUpdate(this);  
12.         }  
13.     }  
14. }  

3. 插值器

从上面的介绍可以看到，Interpolator的关键是getInterpolation();

在ValueAnimator.animationFrame()中可以看到， 传递给Interpolator 的fraction是在[0,1] 值域范围。

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1. float fraction = mDuration > 0 ? (float)(currentTime - mStartTime) / mDuration : 1f;  
2. if (fraction >= 1f) {  
3.     if (mCurrentIteration < mRepeatCount || mRepeatCount == INFINITE) {  
4.         // Time to repeat  
5.         if (mListeners != null) {  
6.             int numListeners = mListeners.size();  
7.             for (int i = 0; i < numListeners; ++i) {  
8.                 mListeners.get(i).onAnimationRepeat(this);  
9.             }  
10.         }  
11.         if (mRepeatMode == REVERSE) {  
12.             mPlayingBackwards = !mPlayingBackwards;  
13.         }  
14.         mCurrentIteration += (int)fraction;  
15.         fraction = fraction % 1f;  
16.         mStartTime += mDuration;  
17.     } else {  
18.         done = true;  
19.         fraction = Math.min(fraction, 1.0f);  
20.     }  
21. }  
22. if (mPlayingBackwards) {  
23.     fraction = 1f - fraction;  
24. }  

所以设计Interpolator 就是设计一个输入[0,1] 的函数。

先参观一下系统的几个Interpolator。

3.1 AccelerateDecelerateInterpolator 

cos(t+1)Pi /2 +0.5f

从图可以看到，先加速后减速，病最终到达结束位置。

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1. public class AccelerateDecelerateInterpolator implements Interpolator {  
2.     public float getInterpolation(float input) {  
3.         return (float)(Math.cos((input + 1) * Math.PI) / 2.0f) + 0.5f;  
4.     }  
5. }  

3.2 AccelerateInterpolator 

如果factor=1 则函数为x^2

否则函数为x^a (a 是参数)

默认函数式x^2

如图示，逐渐加速到结束位置。

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1. public class AccelerateInterpolator implements Interpolator {  
2.     private final float mFactor;  
3.     private final double mDoubleFactor;  
4.   
5.     public AccelerateInterpolator() {  
6.         mFactor = 1.0f;  
7.         mDoubleFactor = 2.0;  
8.     }  
9.       
10.     /** 
11.      * Constructor 
12.      *  
13.      * @param factor Degree to which the animation should be eased. Seting 
14.      *        factor to 1.0f produces a y=x^2 parabola. Increasing factor above 
15.      *        1.0f  exaggerates the ease-in effect (i.e., it starts even 
16.      *        slower and ends evens faster) 
17.      */  
18.     public AccelerateInterpolator(float factor) {  
19.         mFactor = factor;  
20.         mDoubleFactor = 2 * mFactor;  
21.     }  
22.   
23.      public float getInterpolation(float input) {  
24.         if (mFactor == 1.0f) {  
25.             return input * input;  
26.         } else {  
27.             return (float)Math.pow(input, mDoubleFactor);  
28.         }  
29.     }  
30. }  

3.3 LinearInterpolator 

线性的就是Y=X 没啥说的。

[java] view plaincopy

 

1. public class LinearInterpolator implements Interpolator {  
2.     public float getInterpolation(float input) {  
3.         return input;  
4.     }  
5. }  

3.4 anticipateInterpolator  

函数是：x^2((a+1)x-a) 默认参数a=2 默认函数为x^2(3x-1)

如图示， 会先反方向执行一段，然后正向一直加速至结束位置。

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1. public class AnticipateInterpolator implements Interpolator {  
2.     private final float mTension;  
3.   
4.     public AnticipateInterpolator() {  
5.         mTension = 2.0f;  
6.     }  
7.   
8.     /** 
9.      * @param tension Amount of anticipation. When tension equals 0.0f, there is 
10.      *                no anticipation and the interpolator becomes a simple 
11.      *                acceleration interpolator. 
12.      */  
13.     public AnticipateInterpolator(float tension) {  
14.         mTension = tension;  
15.     }  
16.   
17.     public float getInterpolation(float t) {  
18.         // a(t) = t * t * ((tension + 1) * t - tension)  
19.         return t * t * ((mTension + 1) * t - mTension);  
20.     }  
21. }  

3.5 aniticipateOvershoot 

是一个分段函数，默认参数a=3

2x*x[(2x*(a+1)-a)]     0<=x<=0.5

2(x-1)(x-1)[(2x-1)(a+1)+a]    0.5<x<=1

通过下图可以看到，动画会先反方向执行，然后向正方向逐渐加速，在快结束时逐渐减速，并超过预设的值，最后回到结束位置。

2x*x[(2x*(a+1)-a)]     0<=x<=0.5 的函数图

2(x-1)(x-1)[(2x-1)(a+1)+a]    0.5<x<=1的函数图

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1. public class AnticipateOvershootInterpolator implements Interpolator {  
2.     private final float mTension;  
3.   
4.     public AnticipateOvershootInterpolator() {  
5.         mTension = 2.0f * 1.5f;  
6.     }  
7.   
8.     /** 
9.      * @param tension Amount of anticipation/overshoot. When tension equals 0.0f, 
10.      *                there is no anticipation/overshoot and the interpolator becomes 
11.      *                a simple acceleration/deceleration interpolator. 
12.      */  
13.     public AnticipateOvershootInterpolator(float tension) {  
14.         mTension = tension * 1.5f;  
15.     }  
16.   
17.     /** 
18.      * @param tension Amount of anticipation/overshoot. When tension equals 0.0f, 
19.      *                there is no anticipation/overshoot and the interpolator becomes 
20.      *                a simple acceleration/deceleration interpolator. 
21.      * @param extraTension Amount by which to multiply the tension. For instance, 
22.      *                     to get the same overshoot as an OvershootInterpolator with 
23.      *                     a tension of 2.0f, you would use an extraTension of 1.5f. 
24.      */  
25.     public AnticipateOvershootInterpolator(float tension, float extraTension) {  
26.         mTension = tension * extraTension;  
27.     }  
28.   
29.     private static float a(float t, float s) {  
30.         return t * t * ((s + 1) * t - s);  
31.     }  
32.   
33.     private static float o(float t, float s) {  
34.         return t * t * ((s + 1) * t + s);  
35.     }  
36.   
37.     public float getInterpolation(float t) {  
38.         // a(t, s) = t * t * ((s + 1) * t - s)  
39.         // o(t, s) = t * t * ((s + 1) * t + s)  
40.         // f(t) = 0.5 * a(t * 2, tension * extraTension), when t < 0.5  
41.         // f(t) = 0.5 * (o(t * 2 - 2, tension * extraTension) + 2), when t <= 1.0  
42.         if (t < 0.5f) return 0.5f * a(t * 2.0f, mTension);  
43.         else return 0.5f * (o(t * 2.0f - 2.0f, mTension) + 2.0f);  
44.     }  
45. }  

4. 指导设计动画。

从第3节中可以看到，想要让动画按照我们预期的行为来执行，需要做的就是找到合适的函数。

画图使用http://www.fooplot.com/在线工具

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原文地址：http://www.cnblogs.com/Free-Thinker/p/4379968.html