Android动画原理分析

最近在Android上做了一些动画效果，网上查了一些资料，有各种各样的使用方式，于是乘热打铁，想具体分析一下动画是如何实现的，Animation, Animator都有哪些区别等等。

首先说Animation（android.view.animation.Animation）对象。

无论是用纯java代码构建Animation对象，还是通过xml文件定义Animation，其实最终的结果都是

Animation a = new AlphaAnimation();
Animation b = new ScaleAnimation();
Animation c = new RotateAnimation();
Animation d = new TranslateAnimation();

分别是透明度，缩放，旋转，位移四种动画效果。

而我们使用的时候，一般是用这样的形式：

View.startAnimation(a);

那么就来看看View中的startAnimation()方法。

1.View.startAnimation(Animation)

先是调用View.setAnimation(Animation)方法给自己设置一个Animation对象，这个对象是View类中的一个名为mCurrentAnimation的成员变量。

然后它调用invalidate()来重绘自己。

我想，既然setAnimation()了，那么它要用的时候，肯定要getAnimation()，找到这个方法在哪里调用就好了。于是通过搜索，在View.draw(Canvas, ViewGroup, long)方法中发现了它的调用，代码片段如下：

2.View.draw(Canvas, ViewGroup, long)

其中调用了View.drawAnimation()方法。

3.View.drawAnimation(ViewGroup, long, Animation, boolean)

代码片段如下：

其中调用了Animation.getTransformation()方法。

4.Animation.getTransformation(long, Transformation, float)

该方法直接调用了两个参数Animation.getTransformation()方法。

5.Animation.getTransformation(long, Transformation)

该方法先将参数currentTime处理成一个float表示当前动画进度，比如说，一个2000ms的动画，已经执行了1000ms了，那么进度就是0.5或者说50%。

然后将进度值传入插值器（Interpolator）得到新的进度值，前者是均匀的，随着时间是一个直线的线性关系，而通过插值器计算后得到的是一个曲线的关系。

然后将新的进度值和Transformation对象传入applyTranformation()方法中。

6.Animation.applyTransformation(float, Transformation)

Animation的applyTransformation()方法是空实现，具体实现它的是Animation的四个子类，而该方法正是真正的处理动画变化的过程。分别看下四个子类的applyTransformation()的实现。

ScaleAnimation

AlphaAnimation

RotateAnimation

TranslateAnimation

可见applyTransformation()方法就是动画具体的实现，系统会以一个比较高的频率来调用这个方法，一般情况下60FPS，是一个非常流畅的画面了，也就是16ms，为了验证这一点，我在applyTransformation方法中加入计算时间间隔并打印的代码进行验证，代码如下：

最终得到的log如下图所示：

右侧是“手动”计算出来的时间差，有一定的波动，但大致上是16-17ms的样子，左侧是日志打印的时间，时间非常规则的相差20ms。

于是，根据以上的结果，可以得出以下内容：

1.首先证明了一点，Animation.applyTransformation()方法，是动画具体的调用方法，我们可以覆写这个方法，快速的制作自己的动画。

2.另一点，为什么是16ms左右调用这个方法呢？是谁来控制这个频率的？

对于以上的疑问，我有两个猜测：

1.系统自己以postDelayed(this, 16)的形式调用的这个方法。具体的写法，请参考《使用线程实现视图平滑滚动》

2.系统一个死循环疯狂的调用，运行一系列方法走到这个位置的间隔刚好是16ms左右，如果主线程卡了，这个间隔就变长了。

为了找到答案，我在Stack Overflow上发帖问了下，然后得到一个情报，那就是让我去看看Choreographer（android.view.Choreographer）类。

1.Choreographer的构造方法

看了下Choreographer类的构造方法，是private的，不允许new外部类new，于是又发现了它有一个静态的getInstance()方法，那么，我需要找到getInstance()方法被谁调用了，就可以知道Choreographer对象在什么地方被使用。一查，发现Choreographer.getInstance()在ViewRootImpl的构造方法中被调用。以下代码是ViewRootImpl.ViewRootImpl(Context, Display)的片段。

OK，找到了ViewRootImpl中拥有一个mChoreographer对象，接下来，我需要去找，它如何被使用了，调用了它的哪些方法。于是发现如下代码：

在scheduleTraversals()方法中，发现了这个对象的使用。

2.Choreographer.postCallback(int, Runnable, Object)

该方法辗转调用了两个内部方法，最终是调用了Choreographer.postCallbackDelayedInternal()方法。

3.Choreographer.postCallbackDelayedInternal(int, Object, Object, long)

这个方法中，

1.首先拿到当前的时间。

这里参数中有一个delay，它的值可以具体查看一下，你会发现它就是一个静态常量，定义在Choreographer类中，它的值是10ms。也就是说，理想情况下，所有的时间都是以100FPS来运行的。

2.将要执行的内容加入到一个mCallbackQueues中。

3.然后执行scheduleFrameLocked()或者发送一个Message。

接着我们看Choreographer.scheduleFrameLocked(long)方法

4.Choreographer.scheduleFrameLocked(long)

if判断进去的部分是是否使用垂直同步，暂时不考虑。

else进去的部分，还是将消息发送到mHandler对象中。那我们就直接来看mHandler对象就好了

5.Choreographer.FrameHandler

mHandler实例的类型是FrameHandler，它的定义就在Choreographer类中，代码如下：

它的处理方法中有三个分支，但最终都会调用这个doFrame()方法。

6.Choreographer.doFrame()

doFrame()方法巴拉巴拉一大段，但在下面有非常工整的一段代码，一下就吸引了我的眼球。

它调用了三次doCallbacks()方法，暂且不说这个方法是干什么的，但从它的第一个参数可以看到分别是输入（INPUT），动画（ANIMATION），遍历（TRAVERSAL）。

于是，我先是看了下这三个常量的意义。下图所示：

显然，注释是说：输入事件最先处理，然后处理动画，最后才处理view的布局和绘制。接下来我们看看Choreographer.doCallbacks()里面做了什么。

7.Choreographer.doCallbacks(int, long)

这个方法的操作非常统一，有三种不同类型的操作（输入，动画，遍历），但在这里却看不见这些具体事件的痕迹，这里我们不得不分析一下mCallbackQueues这个成员变量了。

mCallbackQueues是一个CallbackQueue对象数组。而它的下标，其意义并不是指元素1，元素2，元素3……而是指类型，请看上面doCallbacks()的代码，参数callbackType传给了mCallbackQueues[callbackType]中，而callbackType是什么呢？

其实就是前面说到的三个常量，CALLBACK_INPUT, CALLBACK_ANIMATION, CALLBACK_TRAVERVAL。

那么只需要根据不同的callbackType，就可以从这个数组里面取出不同类型的CallbackQueue对象来。

那么CallbackQueue又是什么呢？

CallbackQueue是Choreographer的一个内部类，其中我认为有两个很重要的方法，分别是：extractDueCallbacksLocked(long)和addCallbackLocked(long, Object, Object)。

先说addCallbackLocked(long, Object, Object)。

1.CallbackQueue.addCallbackLocked(long, Object, Object)

首先它通过一个内部方法构建了一个CallbackRecord对象，然后后面的if判断和while循环，大致上是将参数中的对象链接在CallbackRecord的尾部。其实CallbackRecord就是一个链表结构的对象。

2.CallbackQueue.extractDueCallbacksLocked(long)

这个方法是根据当前的时间，选出执行链表中与该时间最近的一个操作来处理，实际上，我们可以通俗的理解为“跳帧”。

想象一下，如果主线程运行的非常快速，非常流畅，每一步都能在10ms内准时运行到，那么我们的执行链表中的元素始终只有一个。

如果主线程中做了耗时操作，那么各种事件一直在往各自的链表中添加，但是当主线程有空来执行的时候，发现链表已经那么多积累的过期的事件了，那么就直接选择最后一个来执行，那么界面上看起来，就是卡顿了一下。

到这里为止，我们得出以下结论：

1.控制外部输入事件处理，动画执行，UI变化都是在同一个类中做的处理，即是Choreographer，其中它规定的了理想的运行间隔为10ms，因为各种操作需要花费一定的时间，所以外部执行的间隔统计出来是大约16ms。

2.在Choreographer对象中有三条链表，分别保存着待处理的输入事件，待处理的动画事件，待处理的遍历事件。

3.每次执行的时候，Choreographer会根据当前的时间，只处理事件链表中最后一个事件，当有耗时操作在主线程时，事件不能及时执行，就会出现所谓的“跳帧”，“卡顿”现象。

4.Choreographer的共有方法postCallback(callbackType, Object)是往事件链表中放事件的方法。而doFrame()是消耗这些事件的方法。

事到如今，已经探究出不少有用的细节。这里，又给自己提出一个问题，根据以上的事实，那么，只需要找到哪些东西再往这三条链表中放事件呢？

于是进一步探究一下。我们只需要找到postCallback()被哪些方法调用了即可。

于是请点击这里，通过grepcode列举了调用postCallback()的方法。

搞明白了Choreographer的工作原理，再去看ObjectAnimator，ValueAnimator的实现，就非常的轻松了。

ObjectAnimator.start()方法实际上是辗转几次调用了ValueAnimator的start()方法，ValueAnimator.start()又调用了一个临时变量animationHandler.start()。

animationHandler实际上是一个Runnable，其中start()方法调用了scheduleAnimation()。

而这个方法：

调用了postCallback()方法。

将this（Runnable）post之后，实际上肯定就是要执行Runnable.run()方法

run()方法中又调用了doAnimationFrame()方法。这个方法具体的实现了动画的某一帧的过程，然后再次调用了scheduleAnimation()方法。

就相当于postDelayed(this, 16)这种方式了。

到这里为止，对Animation原理的分析就到此结束了，本来只想分析下Animation的实现过程，没想到顺带研究了一下Choreographer的工作原理，今天收获还是不少。

其实还有好多疑问，技术学习也一天急不得，靠的是每日慢慢的积累，相信总有一天，各种疑惑都会迎刃而解。