Animation动画概述和执行原理

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1 Animation动画简介

Developers：https://developer.android.google.cn/reference/android/view/animation/package-summary

Android中动画非常常用，很多效果都需要动画的配合，android提供了多种动画类型，为创建多彩的android程序提供了支持。提供的动画类型包括：补间动画，帧动画，属性动画，补间动画和帧动画被称为视图动画。

对于Animation动画，android提供了两种机制来创建视图动画，
一种是tweened animation（补间动画）,
一种是frame-by-frame animation（逐帧动画） 。
Tweened animation 可以实现view一系列简单的转换（位置，尺寸，旋转，透明度），
frame-by-frame 通过加载一系列drawable资源，实现动画。

视图动画只能作用于View，且动画类型是固定的。

补间动画：确定了view的开始的视图样式和结束的视图样式，动画过程中系统会补全变化中的状态，最终就实现了动画效果。

补间动画的种类：

• translate (平移动画)
• scale (缩放动画)
• rotate （旋转动画）
• alpha （透明度动画）

补间动画可以利用xml文件和动画类进行实现，对应的具体动画类：

• translate(平移动画) 对应 TranslateAnimation
• scale (缩放动画) 对应 ScaleAnimation
• rotate （旋转动画） 对应 RotateAnimation类
• alpha （ 透明度动画） 对应 AlphaAnimation 类

补间动画一般利用xml文件实现，如果利用xml文件实现动画，需要在res/anim文件夹下穿件动画文件。

2 Animation 基类

Animation作为补间动画的基类，具有许多动画公共的属性和方法：

在android.view.animation包下，可以看出是作用于view的。
直接子类有：AlphaAnimation,AnimationSet,RotateAnimation,ScaleAnimatioin,TranslateAnimation。
XML属性包括：

下面会列举Animation中公共属性在xml文件中的表示和代码类中的设置方式及效果：
每一项包括Animation中公共属性在xml文件中的表示和代码类中的设置方式及效果

• android:detachWallpaper 对应setDetachWallpaper(boolean)：是否在壁纸上运行，取值true，flase；
• android:duration 对应setDuration(long)：动画持续时间，参数单位为毫秒；
• android:fillAfter 对应setFillAfter(boolean):动画结束时view是否保持动画最后的状态，默认值为false；
• android:fillBefore 对应setFillBefore(boolean):动画结束时view是否还原到开始动画前的状态，和fillAfter行为是冲突的，所以只有当fillBefore为true或者fillEnabled不为true才生效。默认是true
• android:fillEnabled 对应setFillEnabled(boolean)：如果 fillEnabled 取值为true，animation将使用fillBefore的值，否则fillBefore将被忽略。都是在动画结束时还原到原来的状态。
• android:interpolator 对应setInterpolator(Interpolator)：设定插值器；
• android:repeatCount对应setRepeatCount(int)：动画重复次数，可以是具体次数，也可以是INFINITE（-1）一直循环。
• android:repeatMode 对应setRepeatMode(int)：重复类型有两个值，reverse表示倒序回放，restart表示从头播放，需要和repeateCount配合使用。
• android:startOffset对应setStartOffset(long)：调用start函数之后等待开始运行的时间，单位为毫秒；
• android:zAdjustment 对应setZAdjustment(int)表示被设置动画的内容运行时在Z轴上的位置（top/bottom/normal），默认为normal，一般不需要设置。

Animation构造函数：一般情况用不到
Animation()：duration默认0ms，default interpolator,fillBefore默认true，fillAfter默认false
Animation(Context context, AttributeSet attrs)：利用attributeset和context初始化

3 动画开启的方法：start（），startNow（）

这两个方法有什么区别呢？

/**
 * Convenience method to start the animation the first time
 * {@link #getTransformation(long, Transformation)} is invoked.
 */
public void start() {
    setStartTime(-1);
}

/**
 * Convenience method to start the animation at the current time in
 * milliseconds.
 */
public void startNow() {
    setStartTime(AnimationUtils.currentAnimationTimeMillis());
}

看两个函数的注释知道：
start()函数当getTransformation（）第一次被调用的时候开始执行。
startNow()动画被立即执行
start和startNow内部都是调用setStartTime函数，setStartTime函数是设置动画开始执行的时间。start函数设置setStartTime(-1)会等待getTransformation第一次执行时才开始执行动画，startNow是setStartTime(AnimationUtils.currentAnimationTimeMillis()设置了具体的开始时间，动画会立刻开始执行。

所以start函数调用后不是立即执行动画，startNow是立即执行动画。

4 动画真正实现的地方在哪里

Animation是动画的基类，所以具体动画的操作一定在其子类中，通过分析可知道，最终实现动画操作在Animation类的applyTransformation()方法中，各个子类会实现这个方法，进行动画操作。

/**
 * Helper for getTransformation. Subclasses should implement this to apply
 * their transforms given an interpolation value.  Implementations of this
 * method should always replace the specified Transformation or document
 * they are doing otherwise.
 *
 * @param interpolatedTime The value of the normalized time (0.0 to 1.0)
 *        after it has been run through the interpolation function.
 * @param t The Transformation object to fill in with the current
 *        transforms.
 */
protected void applyTransformation(float interpolatedTime, Transformation t) {
}

从Animation类内部可知applyTransformation()函数会被getTransformation()函数调用。Transformation类包括matrix,scale,clip等变换信息。

getTransformation（）内部调用了applyTransformation(),来看看getTransformation内部的逻辑：

getTransformation()

getTransformation函数内部判断动画是否执行完毕，如果执行完毕返回false，如果动画还没有执行完返回true.

public boolean getTransformation(long currentTime, Transformation outTransformation) {
//如果mStartTime == -1,初始化动画开始时间
    if (mStartTime == -1) {
        mStartTime = currentTime;
    }

//计算动画已经执行到的位置
    final long startOffset = getStartOffset();
    final long duration = mDuration;
    float normalizedTime;
    if (duration != 0) {
        normalizedTime = ((float) (currentTime - (mStartTime + startOffset))) /
                (float) duration;
    } else {
              normalizedTime = currentTime < mStartTime ? 0.0f : 1.0f;
    }

//判断动画是否被取消或者时间超过1.0f，为true表示动画结束或者已经被取消
    final boolean expired = normalizedTime >= 1.0f || isCanceled();
//设置动画是否完成标识
    mMore = !expired;
//处理fillEnable
    if (!mFillEnabled) normalizedTime = Math.max(Math.min(normalizedTime, 1.0f), 0.0f);
//处理其他参数
    if ((normalizedTime >= 0.0f || mFillBefore) && (normalizedTime <= 1.0f || mFillAfter)) {
        if (!mStarted) {
            fireAnimationStart();
            mStarted = true;
            if (NoImagePreloadHolder.USE_CLOSEGUARD) {
                guard.open("cancel or detach or getTransformation");
            }
        }

        if (mFillEnabled) normalizedTime = Math.max(Math.min(normalizedTime, 1.0f), 0.0f);

        if (mCycleFlip) {
            normalizedTime = 1.0f - normalizedTime;
        }

        final float interpolatedTime = mInterpolator.getInterpolation(normalizedTime);
//执行动画具体操作
        applyTransformation(interpolatedTime, outTransformation);
    }

//如果动画已经结束，判断重复执行操作
    if (expired) {
        if (mRepeatCount == mRepeated || isCanceled()) {
            if (!mEnded) {
                mEnded = true;
                guard.close();
                fireAnimationEnd();
            }
        } else {
    if (mRepeatCount > 0) {
                mRepeated++;
            }

            if (mRepeatMode == REVERSE) {
                mCycleFlip = !mCycleFlip;
            }

            mStartTime = -1;
            mMore = true;

            fireAnimationRepeat();
        }
    }

//动画还没有执行完
    if (!mMore && mOneMoreTime) {
        mOneMoreTime = false;
        return true;
    }

//所以mMore表示动画是否执行完了，为true时表示还没有执行完
    return mMore;
}

getTransformation函数又是在哪里执行的呢？

5 View 如何执行动画

分析getTransformation在哪里执行我们需要先分析View如何执行动画。
一般的步骤是定义好Animation对象设置属性之后，调用startAnimation()函数。
View中startAnimation函数源码：

/**
 * Start the specified animation now.
 *
 * @param animation the animation to start now
 */
public void startAnimation(Animation animation) {
    animation.setStartTime(Animation.START_ON_FIRST_FRAME);
    setAnimation(animation);
    invalidateParentCaches();
    invalidate(true);
}

首先设置了START_ON_FIRST_FRAME表示，它的值为-1，相当于调用了Animation的start()函数，然后调用了setAnimation设置了animation方法，之后调用了invalidateParentCaches和invalidate函数。startAnimation这个函数的作用是立即开始执行动画，所以我们就知道了执行动画需要设置以上四个参数。

再看View 的setAnimation的方法：

/**
 * Sets the next animation to play for this view.
 * If you want the animation to play immediately, use
 * {@link #startAnimation(android.view.animation.Animation)} instead.
 * This method provides allows fine-grained
 * control over the start time and invalidation, but you
 * must make sure that 1) the animation has a start time set, and
 * 2) the view's parent (which controls animations on its children)
 * will be invalidated when the animation is supposed to
 * start.
 *
 * @param animation The next animation, or null.
 */
public void setAnimation(Animation animation) {
    mCurrentAnimation = animation;

    if (animation != null) {
              if (mAttachInfo != null && mAttachInfo.mDisplayState == Display.STATE_OFF
                && animation.getStartTime() == Animation.START_ON_FIRST_FRAME) {
            animation.setStartTime(AnimationUtils.currentAnimationTimeMillis());
        }
        animation.reset();
    }
}

setAnimation 把animation对象设置给了mCurrentAnimation,然后设置了animation的startTime,最后调用了animation的reset函数。
仔细阅读注释：调用了setAnimation 方法后，如果想让动画执行需要两个条件，第一个是有个开始执行的时间，另外一个是view的父类调用了invalidated方法，这样动画才会执行。
所以还得继续观察invalidateParentCaches函数，内部只是设置了表示，再看invalidate(true)方法。

/**
 * This is where the invalidate() work actually happens. A full invalidate()
 * causes the drawing cache to be invalidated, but this function can be
 * called with invalidateCache set to false to skip that invalidation step
 * for cases that do not need it (for example, a component that remains at
 * the same dimensions with the same content).
 *
 * @param invalidateCache Whether the drawing cache for this view should be
 *            invalidated as well. This is usually true for a full
 *            invalidate, but may be set to false if the View's contents or
 *            dimensions have not changed.
 * @hide
 */
public void invalidate(boolean invalidateCache) {
    invalidateInternal(0, 0, mRight - mLeft, mBottom - mTop, invalidateCache, true);
}

invalidate() 内部其实是调用了 ViewGroup 的 invalidateChild()，内部会一直向上会执行 ViewRootImpl 的 invalidateChildInParent() ，最终触发的是ViewRootImpl 的 performTraversals()，进而执行view的测量，布局，绘制工作。（具体流程会在后续分析view绘制流程时讲解）。

所以需要执行动画时，最终会触发一次view树形结构的遍历绘制工作，动画的执行应该在view的绘制过程中进行。

看View类顶部关于Animation的注释：

* You can attach an {@link Animation} object to a view using
* {@link #setAnimation(Animation)} or
* {@link #startAnimation(Animation)}. The animation can alter the scale,
* rotation, translation and alpha of a view over time. If the animation is
* attached to a view that has children, the animation will affect the entire
* subtree rooted by that node. When an animation is started, the framework will
* take care of redrawing the appropriate views until the animation completes.
* </p>

最后一句当animation 开始运行后，framework 将关注重新绘制view视图知道动画结束，所以动画跟随view的绘制一起执行。对应上面的结论，动画开始时会触发view树的重新绘制。

View绘制过程中会调用view的draw方法，draw方法内部会调用applyLegacyAnimation。

//**
 * 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();
//动画还没有初始化，就初始化动画并告诉子view，当前view添加了动画
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();
//获取动画是否执行完
    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;
    }

//如果动画没有结束，循环调用，会触发view树的遍历绘制
    if (more) {
        if (!a.willChangeBounds()) {
            if ((flags & (ViewGroup.FLAG_OPTIMIZE_INVALIDATE | ViewGroup.FLAG_ANIMATION_DONE)) ==
                    ViewGroup.FLAG_OPTIMIZE_INVALIDATE) {
                parent.mGroupFlags |= ViewGroup.FLAG_INVALIDATE_REQUIRED;
            } else if ((flags & ViewGroup.FLAG_INVALIDATE_REQUIRED) == 0) {
                             parent.mPrivateFlags |= PFLAG_DRAW_ANIMATION;
                parent.invalidate(mLeft, mTop, mRight, mBottom);
            }
        } else {
            if (parent.mInvalidateRegion == null) {
                parent.mInvalidateRegion = new RectF();
            }
            final RectF region = parent.mInvalidateRegion;
            a.getInvalidateRegion(0, 0, mRight - mLeft, mBottom - mTop, region,
                    invalidationTransform);

                     parent.mPrivateFlags |= PFLAG_DRAW_ANIMATION;

            final int left = mLeft + (int) region.left;
            final int top = mTop + (int) region.top;
            parent.invalidate(left, top, left + (int) (region.width() + .5f),
                    top + (int) (region.height() + .5f));
        }
    }
    return more;
}

applyLegacyAnimation这个函数内部调用了getTransformation函数，最终动画得到执行，getTransformation函数会返回动画是否完成的状态，完成为false，没完成为true，如果没有完成会再次遍历view树进行绘制。

所以viewgroup下的任何一个view执行动画，那么都会导致view执行整个绘制流程，最终会调用viewGroup的dispatchDraw()然后内部又调用drawChild去绘制各个子View，，子view内部调用draw方法绘制自身。

view 动画怎么绘制的呢？

既然知道了动画是在view的draw函数中绘制的，我们看一下view的draw函数。
draw三个参数的方法：
可以看到内部获取了Animation和getChildTransformation，然后对画布进行了变换，就实现了对view的动画操作。

 /**
     * This method is called by ViewGroup.drawChild() to have each child view draw itself
     */
    boolean draw(Canvas canvas, ViewGroup parent, long drawingTime) {
        boolean more = false；
        Transformation transformToApply = null;
        boolean concatMatrix = false;
        final boolean scalingRequired = mAttachInfo != null && mAttachInfo.mScalingRequired;
        //获取动画
        final Animation a = getAnimation();
        if (a != null) {
        //有动画，通知执行
            more = applyLegacyAnimation(parent, drawingTime, a, scalingRequired);
            concatMatrix = a.willChangeTransformationMatrix();
            if (concatMatrix) {
                mPrivateFlags3 |= PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_TRANSFORM;
            }
            //获取Transformtion信息
            transformToApply = parent.getChildTransformation();
        } else {
            。。。。。。
        }
        。。。。。。。
        int restoreTo = -1;
        //执行动画之前保存画布
        if (!drawingWithRenderNode || transformToApply != null) {
            restoreTo = canvas.save();
        }
        //对画布进行操作
        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);
                }
            }

            // Deal with alpha if it is or used to be <1
            if (alpha < 1 || (mPrivateFlags3 & PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_ALPHA) != 0) {
                if (alpha < 1) {
                    mPrivateFlags3 |= PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_ALPHA;
                } else {
                    mPrivateFlags3 &= ~PFLAG3_VIEW_IS_ANIMATING_ALPHA;
                }
                parent.mGroupFlags |= ViewGroup.FLAG_CLEAR_TRANSFORMATION;
                if (!drawingWithDrawingCache) {
                    final int multipliedAlpha = (int) (255 * alpha);
                    if (!onSetAlpha(multipliedAlpha)) {
                        if (drawingWithRenderNode) {
                            renderNode.setAlpha(alpha * getAlpha() * getTransitionAlpha());
                        } else if (layerType == LAYER_TYPE_NONE) {
                            canvas.saveLayerAlpha(sx, sy, sx + getWidth(), sy + getHeight(),
                                    multipliedAlpha);
                        }
                    } else {
                        // Alpha is handled by the child directly, clobber the layer's alpha
                        mPrivateFlags |= PFLAG_ALPHA_SET;
                    }
                }
            }
        } else if ((mPrivateFlags & PFLAG_ALPHA_SET) == PFLAG_ALPHA_SET) {
            onSetAlpha(255);
            mPrivateFlags &= ~PFLAG_ALPHA_SET;
        }
      。。。。。。。

		//恢复画布
        if (restoreTo >= 0) {
            canvas.restoreToCount(restoreTo);
        }
        if (more && hardwareAcceleratedCanvas) {
            if (a.hasAlpha() && (mPrivateFlags & PFLAG_ALPHA_SET) == PFLAG_ALPHA_SET) {
                // alpha animations should cause the child to recreate its display list
                //还有动画继续通知
                invalidate(true);
            }
        }

        mRecreateDisplayList = false;

        return more;
    }

绘制子view都会先对画布状态进行保存save()，绘制完后，又会恢复restore()，所以一个view的绘制不会影响另外一个子view的绘制，但如果该view是viewgroup，会影响到其所有的子view的绘制，所以动画发生时不是类似调用invalidate，只绘制view自身，而是由上而下，重绘ViewGroup导致了绘制子View，子view绘制，只是变换了自己所在的画布的坐标系，其实属性没有改变。
Android动画就是通过父view来不断调整子view的画布canvas坐标系来实现的，发生动画的其实是父View而不是该view。所以 补间动画其实只是调整了子view画布canvas的坐标系，其实并没有修改任何属性，所以只能在原位置才能处理触摸事件。

以上我们反向推导了动画执行的过程，下面总结一下：
当view调用了 View.startAnimation() 时动画并没有马上就执行，会触发遍历view树的绘制，
调用到 View 的 draw() 方法，如果 View 有绑定动画，那么会去调用applyLegacyAnimation()，内部调用 getTransformation() 来根据当前时间计算动画进度，紧接着调用 applyTransformation() 并传入动画进度来应用动画。getTransformation() 会返回动画是否执行完成的状态， applyLegacyAnimation() 会根据 getTransformation() 的返回值来决定是否通知 ViewRootImpl 再发起一次遍历请求，遍历 View 树绘制，重复上面的步骤，直到动画结束。

补间动画的绘制实际上是父布局不停地改变自己的Canvas坐标，而子view虽然位置没有变化，但是画布所在Canvas的坐标发生了变化视觉效果也就发生了变化，其实并没有修改任何属性，所以只能在原位置才能处理触摸事件。