22 | 如何构造炫酷的动画效果？
<p>陈航 2019-08-17</p>
<p><img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/96/51/96c80566f29a7636ee76377365fbfc51.jpg" alt="" /></p>
<p>你好，我是陈航。</p>
<p>在上一篇文章中，我带你一起学习了 Flutter 中实现页面路由的两种方式：基本路由与命名路由，即手动创建页面进行切换，和通过前置路由注册后提供标识符进行跳转。除此之外，Flutter 还在这两种路由方式的基础上，支持页面打开和页面关闭传递参数，可以更精确地控制路由切换。</p>
<p>通过前面第<a href="https://www.showdoc.cc/411604771348975?page_id=2548179930086039">12</a>、<a href="https://www.showdoc.cc/411604771348975?page_id=2572058464745647">13</a>、<a href="https://www.showdoc.cc/411604771348975?page_id=2581392717398949">14</a>和<a href="https://www.showdoc.cc/411604771348975?page_id=2600285311579504">15</a>篇文章的学习，我们已经掌握了开发一款样式精美的小型 App 的基本技能。但当下，用户对于终端页面的要求已经不再满足于只能实现产品功能，除了样式美观之外，还希望交互良好、有趣、自然。</p>
<p>动画就是提升用户体验的一个重要方式，一个恰当的组件动画或者页面切换动画，不仅能够缓解用户因为等待而带来的情绪问题，还会增加好感。Flutter 既然完全接管了渲染层，除了静态的页面布局之外，对组件动画的支持自然也不在话下。</p>
<p>因此在今天的这篇文章中，我会向你介绍 Flutter 中动画的实现方法，看看如何让我们的页面动起来。</p>
<h2>Animation、AnimationController 与 Listener</h2>
<p>动画就是动起来的画面，是静态的画面根据事先定义好的规律，在一定时间内不断微调，产生变化效果。而动画实现由静止到动态，主要是靠人眼的视觉残留效应。所以，对动画系统而言，为了实现动画，它需要做三件事儿：</p>
<!-- [[[read_end]]] -->
<ol>
<li>确定画面变化的规律；</li>
<li>根据这个规律，设定动画周期，启动动画；</li>
<li>定期获取当前动画的值，不断地微调、重绘画面。</li>
</ol>
<p>这三件事情对应到 Flutter 中，就是 Animation、AnimationController 与 Listener：</p>
<ol>
<li>Animation 是 Flutter 动画库中的核心类，会根据预定规则，在单位时间内持续输出动画的当前状态。Animation 知道当前动画的状态（比如，动画是否开始、停止、前进或者后退，以及动画的当前值），但却不知道这些状态究竟应用在哪个组件对象上。换句话说，Animation 仅仅是用来提供动画数据，而不负责动画的渲染。</li>
<li>AnimationController 用于管理 Animation，可以用来设置动画的时长、启动动画、暂停动画、反转动画等。</li>
<li>Listener 是 Animation 的回调函数，用来监听动画的进度变化，我们需要在这个回调函数中，根据动画的当前值重新渲染组件，实现动画的渲染。</li>
</ol>
<p>接下来，我们看一个具体的案例：让大屏幕中间的 Flutter Logo 由小变大。</p>
<p>首先，我们初始化了一个动画周期为 1 秒的、用于管理动画的 AnimationController 对象，并用线性变化的 Tween 创建了一个变化范围从 50 到 200 的 Animaiton 对象。</p>
<p>然后，我们给这个 Animaiton 对象设置了一个进度监听器，并在进度监听器中强制界面重绘，刷新动画状态。</p>
<p>接下来，我们调用 AnimationController 对象的 forward 方法，启动动画：</p>
<pre><code>class _AnimateAppState extends State<AnimateApp> with SingleTickerProviderStateMixin {
AnimationController controller;
Animation<double> animation;
@override
void initState() {
super.initState();
// 创建动画周期为 1 秒的 AnimationController 对象
controller = AnimationController(
vsync: this, duration: const Duration(milliseconds: 1000));
// 创建从 50 到 200 线性变化的 Animation 对象
animation = Tween(begin: 50.0, end: 200.0).animate(controller)
..addListener(() {
setState(() {}); // 刷新界面
});
controller.forward(); // 启动动画
}
...
}</code></pre>
<p>需要注意的是，我们在创建 AnimationController 的时候，设置了一个 vsync 属性。这个属性是用来防止出现不可见动画的。vsync 对象会把动画绑定到一个 Widget，当 Widget 不显示时，动画将会暂停，当 Widget 再次显示时，动画会重新恢复执行，这样就可以避免动画的组件不在当前屏幕时白白消耗资源。</p>
<p>我们在一开始提到，Animation 只是用于提供动画数据，并不负责动画渲染，所以我们还需要在 Widget 的 build 方法中，把当前动画状态的值读出来，用于设置 Flutter Logo 容器的宽和高，才能最终实现动画效果：</p>
<pre><code>@override
@override
Widget build(BuildContext context) {
return MaterialApp(
home: Center(
child: Container(
width: animation.value, // 将动画的值赋给 widget 的宽高
height: animation.value,
child: FlutterLogo()
)));
}</code></pre>
<p>最后，别忘了在页面销毁时，要释放动画资源：</p>
<pre><code>@override
void dispose() {
controller.dispose(); // 释放资源
super.dispose();
}</code></pre>
<p>我们试着运行一下，可以看到，Flutter Logo 动起来了：</p>
<p><img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/c7/db/c73f5a245ecea87be428a83634ec12db.gif" alt="" /></p>
<center><span class="reference">图 1 动画示例</span></center>
<p>我们在上面用到的 Tween 默认是线性变化的，但可以创建 CurvedAnimation 来实现非线性曲线动画。CurvedAnimation 提供了很多常用的曲线，比如震荡曲线 elasticOut：</p>
<pre><code>// 创建动画周期为 1 秒的 AnimationController 对象
controller = AnimationController(
vsync: this, duration: const Duration(milliseconds: 1000));
// 创建一条震荡曲线
final CurvedAnimation curve = CurvedAnimation(
parent: controller, curve: Curves.elasticOut);
// 创建从 50 到 200 跟随振荡曲线变化的 Animation 对象
animation = Tween(begin: 50.0, end: 200.0).animate(curve)</code></pre>
<p>运行一下，可以看到 Flutter Logo 有了一个弹性动画：</p>
<p><img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/ce/05/ce0f1ce6380329e3d9194518e2be2d05.gif" alt="" /></p>
<center><span class="reference">图 2 CurvedAnimation 示例</span></center>
<p>现在的问题是，这些动画只能执行一次。如果想让它像心跳一样执行，有两个办法：</p>
<ol>
<li>在启动动画时，使用 repeat(reverse: true)，让动画来回重复执行。</li>
<li>监听动画状态。在动画结束时，反向执行；在动画反向执行完毕时，重新启动执行。</li>
</ol>
<p>具体的实现代码，如下所示：</p>
<pre><code>// 以下两段语句等价
// 第一段
controller.repeat(reverse: true);// 让动画重复执行
// 第二段
animation.addStatusListener((status) {
if (status == AnimationStatus.completed) {
controller.reverse();// 动画结束时反向执行
} else if (status == AnimationStatus.dismissed) {
controller.forward();// 动画反向执行完毕时，重新执行
}
});
controller.forward();// 启动动画</code></pre>
<p>运行一下，可以看到，我们实现了 Flutter Logo 的心跳效果。</p>
<p><img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/a7/48/a7e5b1fd635a557cb4289273bd299e48.gif" alt="" /></p>
<center><span class="reference">图 3 Flutter Logo 心跳</span></center>
<h2>AnimatedWidget 与 AnimatedBuilder</h2>
<p>在为 Widget 添加动画效果的过程中我们不难发现，Animation 仅提供动画的数据，因此我们还需要监听动画执行进度，并在回调中使用 setState 强制刷新界面才能看到动画效果。考虑到这些步骤都是固定的，Flutter 提供了两个类来帮我们简化这一步骤，即 AnimatedWidget 与 AnimatedBuilder。</p>
<p>接下来，我们分别看看这两个类如何使用。</p>
<p>在构建 Widget 时，AnimatedWidget 会将 Animation 的状态与其子 Widget 的视觉样式绑定。要使用 AnimatedWidget，我们需要一个继承自它的新类，并接收 Animation 对象作为其初始化参数。然后，在 build 方法中，读取出 Animation 对象的当前值，用作初始化 Widget 的样式。</p>
<p>下面的案例演示了 Flutter Logo 的 AnimatedWidget 版本：用 AnimatedLogo 继承了 AnimatedWidget，并在 build 方法中，把动画的值与容器的宽高做了绑定：</p>
<pre><code>class AnimatedLogo extends AnimatedWidget {
//AnimatedWidget 需要在初始化时传入 animation 对象
AnimatedLogo({Key key, Animation<double> animation})
: super(key: key, listenable: animation);
Widget build(BuildContext context) {
// 取出动画对象
final Animation<double> animation = listenable;
return Center(
child: Container(
height: animation.value,// 根据动画对象的当前状态更新宽高
width: animation.value,
child: FlutterLogo(),
));
}
}</code></pre>
<p>在使用时，我们只需把 Animation 对象传入 AnimatedLogo 即可，再也不用监听动画的执行进度刷新 UI 了：</p>
<pre><code>MaterialApp(
home: Scaffold(
body: AnimatedLogo(animation: animation)// 初始化 AnimatedWidget 时传入 animation 对象
));</code></pre>
<p>在上面的例子中，在 AnimatedLogo 的 build 方法中，我们使用 Animation 的 value 作为 logo 的宽和高。这样做对于简单组件的动画没有任何问题，但如果动画的组件比较复杂，一个更好的解决方案是，<strong>将动画和渲染职责分离</strong>：logo 作为外部参数传入，只做显示；而尺寸的变化动画则由另一个类去管理。</p>
<p>这个分离工作，我们可以借助 AnimatedBuilder 来完成。</p>
<p>与 AnimatedWidget 类似，AnimatedBuilder 也会自动监听 Animation 对象的变化，并根据需要将该控件树标记为 dirty 以自动刷新 UI。事实上，如果你翻看<a href="https://github.com/flutter/flutter/blob/ca5411e3aa99d571ddd80b75b814718c4a94c839/packages/flutter/lib/src/widgets/transitions.dart#L920">源码</a>，就会发现 AnimatedBuilder 其实也是继承自 AnimatedWidget。</p>
<p>我们以一个例子来演示如何使用 AnimatedBuilder。在这个例子中，AnimatedBuilder 的尺寸变化动画由 builder 函数管理，渲染则由外部传入 child 参数负责：</p>
<pre><code>MaterialApp(
home: Scaffold(
body: Center(
child: AnimatedBuilder(
animation: animation,// 传入动画对象
child:FlutterLogo(),
// 动画构建回调
builder: (context, child) => Container(
width: animation.value,// 使用动画的当前状态更新 UI
height: animation.value,
child: child, //child 参数即 FlutterLogo()
)
)
)
));</code></pre>
<p>可以看到，通过使用 AnimatedWidget 和 AnimatedBuilder，动画的生成和最终的渲染被分离开了，构建动画的工作也被大大简化了。</p>
<h2>hero 动画</h2>
<p>现在我们已经知道了如何在一个页面上实现动画效果，那么如何实现在两个页面之间切换的过渡动画呢？比如在社交类 App，在 Feed 流中点击小图进入查看大图页面的场景中，我们希望能够实现小图到大图页面逐步放大的动画切换效果，而当用户关闭大图时，也实现原路返回的动画。</p>
<p>这样的跨页面共享的控件动画效果有一个专门的名词，即“共享元素变换”（Shared Element Transition）。</p>
<p>对于 Android 开发者来说，这个概念并不陌生。Android 原生提供了对这种动画效果的支持，通过几行代码，就可以实现在两个 Activity 共享的组件之间做出流畅的转场动画。</p>
<p>又比如，Keynote 提供了的“神奇移动”（Magic Move）功能，可以实现两个 Keynote 页面之间的流畅过渡。</p>
<p>Flutter 也有类似的概念，即 Hero 控件。<strong>通过 Hero，我们可以在两个页面的共享元素之间，做出流畅的页面切换效果。</strong></p>
<p>接下来，我们通过一个案例来看看 Hero 组件具体如何使用。</p>
<p>在下面的例子中，我定义了两个页面，其中 page1 有一个位于底部的小 Flutter Logo，page2 有一个位于中部的大 Flutter Logo。在点击了 page1 的小 logo 后，会使用 hero 效果过渡到 page2。</p>
<p>为了实现共享元素变换，我们需要将这两个组件分别用 Hero 包裹，并同时为它们设置相同的 tag “hero”。然后，为 page1 添加点击手势响应，在用户点击 logo 时，跳转到 page2：</p>
<pre><code>class Page1 extends StatelessWidget {
Widget build(BuildContext context) {
return Scaffold(
body: GestureDetector(// 手势监听点击
child: Hero(
tag: 'hero',// 设置共享 tag
child: Container(
width: 100, height: 100,
child: FlutterLogo())),
onTap: () {
Navigator.of(context).push(MaterialPageRoute(builder: (_)=>Page2()));// 点击后打开第二个页面
},
)
);
}
}
class Page2 extends StatelessWidget {
@override
Widget build(BuildContext context) {
return Scaffold(
body: Hero(
tag: 'hero',// 设置共享 tag
child: Container(
width: 300, height: 300,
child: FlutterLogo()
))
);
}
}</code></pre>
<p>运行一下，可以看到，我们通过简单的两步，就可以实现元素跨页面飞行的复杂动画效果了！</p>
<p><img src="https://static001.geekbang.org/resource/image/c5/d6/c5fe68b6e627d8285ed6aadf932abcd6.gif" alt="" /></p>
<center><span class="reference">图 4 Hero 动画</span></center>
<h2>总结</h2>
<p>好了，今天的分享就到这里。我们简单回顾一下今天的主要内容吧。</p>
<p>在 Flutter 中，动画的状态与渲染是分离的。我们通过 Animation 生成动画曲线，使用 AnimationController 控制动画时间、启动动画。而动画的渲染，则需要设置监听器获取动画进度后，重新触发组件用新的动画状态刷新后才能实现动画的更新。</p>
<p>为了简化这一步骤，Flutter 提供了 AnimatedWidget 和 AnimatedBuilder 这两个组件，省去了状态监听和 UI 刷新的工作。而对于跨页面动画，Flutter 提供了 Hero 组件，只要两个相同（相似）的组件有同样的 tag，就能实现元素跨页面过渡的转场效果。</p>
<p>可以看到，Flutter 对于动画的分层设计还是非常简单清晰的，但造成的副作用就是使用起来稍微麻烦一些。对于实际应用而言，由于动画过程涉及到页面的频繁刷新，因此我强烈建议你尽量使用 AnimatedWidget 或 AnimatedBuilder 来缩小受动画影响的组件范围，只重绘需要做动画的组件即可，要避免使用进度监听器直接刷新整个页面，让不需要做动画的组件也跟着一起销毁重建。</p>
<p>我把今天分享中所涉及的针对控件的普通动画，AnimatedBuilder 和 AnimatedWidget，以及针对页面的过渡动画 Hero 打包到了<a href="https://github.com/cyndibaby905/22_app_animation">GitHub</a>上，你可以把工程下载下来，多运行几次，体会这几种动画的具体使用方法。</p>
<h2>思考题</h2>
<p>最后，我给你留下两个小作业吧。</p>
<pre><code>AnimatedBuilder(
animation: animation,
child:FlutterLogo(),
builder: (context, child) => Container(
width: animation.value,
height: animation.value,
child: child
)
)</code></pre>
<ol>
<li>在 AnimatedBuilder 的例子中，child 似乎被指定了两遍（第 3 行的 child 与第 7 行的 child），你可以解释下这么做的原因吗？</li>
<li>如果我把第 3 行的 child 删掉，把 Flutter Logo 放到第 7 行，动画是否能正常执行？这会有什么问题吗？</li>
</ol>