Flutter开发之动画

动画作为产品的重要组成部分，是提升用户体验的重要方式，一个恰当的动画不仅能够缓解用户因为等待而带来的情绪焦躁，还会增加应用的整体用户体验。因此，在应用中增加动画的相关功能，可以增强用户的粘性。

动画的原理

不管是Android平台还是iOS平台，我们在使用应用时都能看到一些炫酷的动画效果。作为移动应用的重要组成部分，动画是提高用户体验的重要手段，一个恰当的动画，不仅能够缓解用户因为等待而带来的情绪问题，还会提升用户使用的体验。
事实上，不管是什么视图框架，动画的实现原理都是相同的，即在一段有限的时间内，多次快速地改变视图外观来实现一个连续播放的效果。视图的一次改变即称为一个动画帧，对应一次屏幕刷新，而决定动画流畅度的一个重要指标就是帧率FPS（Frame Per Second缩写），即每秒的动画帧数。很明显，帧率越高则动画就会越流畅。
目前，大多数设备的屏幕刷新频率可以到达60Hz，而对于人眼来说，动画帧率超过16FPS就认为是流畅的，超过32FPS基本就感受不到任何卡顿。由于动画的每一帧都需要改变视图的输出，所以在一个时间段内连续的改变视图输出是比较耗费资源的，对设备的软硬件系统要求也比较高。作为衡量一个视图框架优劣的标准，Flutter框架在理想情况下是可以实现60FPS的，这和原生应用的帧率标准是基本是持平的。
同时，为了方便开发者创建并使用动画，不同的视图框架对动画都进行了高度的抽象和封装，比如在Android开发中，可以使用XML来描述一个动画然后再设置给一个视图对象。同样，Flutter也对动画进行了高度的抽象，并且提供了Animation、Curve、Controller、Tween等四个动画对象。
Animation是Flutter动画的核心抽象类，包含动画的当前值和状态两个属性。AnimationController是Animation的控制器，动画的开始、结束、停止、反向均由它控制，可以通过Listener和StatusListener来管理动画状态的改变。

动画API

在Flutter中，学习动画相关的开发，其实就是围绕Animation、Curve、Controller、Tween等四个动画对象来展开的。

Animation

在Flutter中，Animation是实现动画的核心类，Animation的主要作用就是保存动画的插值和状态，它本身与视图渲染没有任何关系。Animation对象则是一个可以在一段时间内依次生成一个区间值的类，其输出值可以是线性的、曲线的，可以是一个步进函数或者任何其他曲线函数等，由Curve来决定。Animation的核心源码如下：

abstract class Animation<T> extends Listenable implements ValueListenable<T> {
  const Animation();
  
  // 添加动画监听器
  @override
  void addListener(VoidCallback listener);
  
  // 移除动画监听器
  @override
  void removeListener(VoidCallback listener);
 
  // 添加动画状态监听器
  void addStatusListener(AnimationStatusListener listener);
 
  // 移除动画状态监听器
  void removeStatusListener(AnimationStatusListener listener);
 
  // 获取动画当前状态
  AnimationStatus get status;
 
  // 获取动画当前的值
  @override
  T get value;

Animation是一个抽象类，Widget可以直接将这些动画合并到自己的build方法中来读取它们的当前值或者监听它们的状态变化。Animation提供了addListener和addStatusListener两个方法来监听动画帧的变化。

addListener
addListener方法用于给Animation对象添加帧监听器，每一帧都会被调用，当帧监听器监听到状态发生改变后会调用setState()来触发视图的重建。这意味着：

• 每当动画的状态值发生变化时，动画都会通知所有通过 addListener 添加的监听器。
• 一个正在监听动画的state对象会调用自身的setState方法，将自身传入这些监听器的回调函数来通知 widget 系统需要根据新状态值进行重新构建。

addStatusListener
addStatusListener方法用于给Animation对象添加动画状态改变监听器，动画开始、结束、正向或反向时会调用状态改变的监听器。这意味着：

• 当动画的状态发生变化时，会通知所有通过 addStatusListener 添加的监听器。
• 动画会从 dismissed 状态开始，表示它处于变化区间的开始点。
• 举例来说，从 0.0 到 1.0 的动画在 dismissed 状态时的值应该是 0.0。
• 动画进行的下一状态可能是 forward（比如从 0.0 到 1.0）或者 reverse（比如从 1.0 到 0.0）。
• 最终，如果动画到达其区间的结束点（比如 1.0），则动画会变成 completed 状态

AnimationController

AnimationController，即动画控制器，Animation是一个抽象类，并不能用来直接创建对象并实现动画，它的主要用于控制动画的开始、结束、停止、反向等操作。AnimationController是Animation的一个子类，默认情况下，AnimationController会在给定的时间段内以线性的方式生成从0.0到1.0的数字。它的源码如下：

class AnimationController extends Animation<double>
  with AnimationEagerListenerMixin, AnimationLocalListenersMixin, AnimationLocalStatusListenersMixin {
  AnimationController({
    // 初始化值
    double value,
    // 动画执行的时间
    this.duration,
    // 反向动画执行的时间
    this.reverseDuration,
    // 最小值
    this.lowerBound = 0.0,
    // 最大值
    this.upperBound = 1.0,
    // 刷新率ticker的回调（看下面详细解析）
    @required TickerProvider vsync,
  }) 
}

其中，AnimationController有一个必传的参数vsync，那么AnimationController有什么作用呢？之前我讲过关于Flutter的渲染闭环，Flutter每次渲染一帧画面之前都需要等待一个vsync信号。这里也是为了监听vsync信号，当Flutter开发的应用程序不再接受同步信号时（比如锁屏或退到后台），那么继续执行动画会消耗性能，开发中比较常见的解决方法是将SingleTickerProviderStateMixin混入到State的定义中。例如，下面是一个比较简单的数字自动增加动画的示例。

import 'package:flutter/material.dart';
import 'package:gc_data_app/utils/utils.dart';

class AnimText extends StatefulWidget {

  final int number;
  final int duration;
  final Color fontColor;
  final double fontSize;

  const AnimText({
    Key key,
    this.number,
    this.duration,
    this.fontColor,
    this.fontSize,
  }) : super(key: key);

  @override
  State<StatefulWidget> createState() {
    return AnimState();
  }
}

class AnimState extends State<AnimText> with SingleTickerProviderStateMixin {

  AnimationController controller;
  Animation animation;
  var begin=0;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    controller = AnimationController(
        vsync: this, duration: Duration(milliseconds: widget.duration));
    final Animation curve=CurvedAnimation(parent: controller,curve: Curves.linear);
    animation = IntTween(begin: begin, end: widget.number).animate(curve)..addStatusListener((status) {
       if(status==AnimationStatus.completed){
//         controller.reverse();
       }
    });
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    controller.forward();
    return AnimatedBuilder(
        animation: controller,
        builder: (context,child){
          return Container(
            child:Text(Utils.formatMoney(animation.value),
              style: TextStyle(fontSize: widget.fontSize, color: widget.fontColor,fontWeight: FontWeight.bold)),
          );
        } ,
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    controller.dispose();
    super.dispose();
  }
}

CurvedAnimation

CurvedAnimation是Animation的一个实现类，它的目的是为了给AnimationController增加动画曲线。通常，动画过程可以是匀速的、匀加速的或者先加速后减速等。Flutter通过Curve来描述动画过程，我们可以把匀速动画称为线性动画，把非匀速动画称为非线性动画。

CurvedAnimation可以将AnimationController和Curve结合起来，生成一个新的Animation对象。例如：

class CurvedAnimation extends Animation<double> with AnimationWithParentMixin<double> {
  CurvedAnimation({
    // 通常传入一个AnimationController
    @required this.parent,
    // Curve类型的对象
    @required this.curve,
    this.reverseCurve,
  });
}

Curve类型的对象的有一些常量Curves可以直接使用，常用的有如下一些：

• linear：匀速动画
• decelerate：匀减速动画
• ease：先加速后减速
• easeIn：先快后慢动画
• easeOut：先慢后快动画
• easeInOut：先慢，然后加速，最后减速

Tween

默认情况下，AnimationController对象的取值范围是[0.0，1.0]，如果需要给动画设置不同的范围或者类型的值时，可以使用Tween来定义并生成不同范围或类型的值。Tween的源码非常简单，传入两个值即可，如下所示。

class Tween<T extends dynamic> extends Animatable<T> {
  Tween({ this.begin, this.end });
}

Tween继承自Animatable<T>，而不是继承自Animation<T>，Animatable是一个控制动画类型的类，主要定义了动画值的映射规则。虽然，Animatable和Animation有很多相似之处，但它的类型可以是除double的其他类型。例如，下面是使用ColorTween实现颜色渐变的过渡动画的例子。

Tween colorTween =new ColorTween(begin: Colors.transparent, end: Colors.black54);      

Tween也有一些子类，比如ColorTween、BorderTween，可以针对动画或者边框来设置动画的值。

动画示例

和原生平台的动画开发一样，Flutter的动画开发也有一定的规则，实际使用时，只需要按照遵循步骤即可。通用的步骤如下：
1.创建AnimationController和Animation；
2.设置动画的类型，监听动画执行
3.销毁动画

例如，下面是Flutter动画的基本使用示例，代码如下：

import 'package:demos/page/anim_page.dart';
import 'package:flutter/material.dart';

void main() {
  runApp(MyApp());
}

class MyApp extends StatelessWidget {
  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return MaterialApp(
      title: 'Flutter Demo',
      theme: ThemeData(
        primarySwatch: Colors.blue,
        visualDensity: VisualDensity.adaptivePlatformDensity,
      ),
      home: MyHomePage(),
    );
  }
}

class MyHomePage extends StatelessWidget {

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Scaffold(
      appBar: AppBar(
        title: Text('Flutter 动画'),
      ),
      body: HeartAnimationWidget(key: animKey),
      floatingActionButton: FloatingActionButton(
        child: Icon(Icons.add),
        onPressed: () {
          if (!animKey.currentState.controller.isAnimating) {
            animKey.currentState.controller.forward();
          } else {
            animKey.currentState.controller.stop();
          }
        },
      ),
    );
  }
}



GlobalKey<_HeartAnimationPageState> animKey = GlobalKey();

class HeartAnimationPage extends StatefulWidget {

  HeartAnimationPage({Key key}): super(key: key);
  @override
  _HeartAnimationPageState createState() => _HeartAnimationPageState();
}

class _HeartAnimationPageState extends State<HeartAnimationPage> with SingleTickerProviderStateMixin {
  AnimationController controller;
  Animation<double> animation;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    // 1.创建AnimationController
    controller = AnimationController(duration: Duration(seconds: 1), vsync: this);
    // 2.动画添加Curve效果
    animation = CurvedAnimation(parent: controller, curve: Curves.elasticInOut, reverseCurve: Curves.easeOut);
    // 3.监听动画
    animation.addListener(() {
      setState(() {});
    });
    // 4.控制动画的翻转
    animation.addStatusListener((status) {
      if (status == AnimationStatus.completed) {
        controller.reverse();
      } else if (status == AnimationStatus.dismissed) {
        controller.forward();
      }
    });
    // 5.设置值的范围
    animation = Tween(begin: 50.0, end: 120.0).animate(controller);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: Icon(Icons.favorite, color: Colors.red, size: animation.value,),
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    controller.dispose();
    super.dispose();
  }
}

运行上面的代码，当点击案例后执行一个心跳动画，可以反复执行，再次点击可以暂停和重新开始动画，运行效果如下图所示。

AnimatedWidget

通过addListener()和setState()来更新视图是动画实现的通用的做法，但缺点是需要在每个动画中都添加监听函数，代码比较冗余，并且调用setState()方法意味着整个State类中的build方法就会被重新构建，性能损耗比较严重。因此，官方推荐使用AnimatedWidget类来实现同样的动画效果，因为AnimatedWidget类简化了addListener()和setState()的调用流程，并隐藏了底层额实现细节。

对于上面的示例，我们西安创建一个继承自AnimatedWidget的Widget，如下所示。

class HeatAnimationWidget extends AnimatedWidget {
  HeatAnimationWidget(Animation animation): super(listenable: animation);

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    Animation animation = listenable;
    return Icon(Icons.favorite, color: Colors.red, size: animation.value,);
  }
}

然后，我们对HeartAnimationPage的代码进行如下修改。

class HeartAnimationPage extends StatefulWidget {

  HeartAnimationPage({Key key}): super(key: key);
  @override
  _HeartAnimationPageState createState() => _HeartAnimationPageState();
}

class _HeartAnimationPageState extends State<HeartAnimationPage> with SingleTickerProviderStateMixin {

  AnimationController controller;
  Animation<double> animation;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    // 1.创建AnimationController
    controller = AnimationController(duration: Duration(seconds: 1), vsync: this);
    // 2.动画添加Curve效果
    animation = CurvedAnimation(parent: controller, curve: Curves.elasticInOut, reverseCurve: Curves.easeOut);
    // 3.监听动画
    // 4.控制动画的翻转
    animation.addStatusListener((status) {
      if (status == AnimationStatus.completed) {
        controller.reverse();
      } else if (status == AnimationStatus.dismissed) {
        controller.forward();
      }
    });
    // 5.设置值的范围
    animation = Tween(begin: 50.0, end: 120.0).animate(controller);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: HeatAnimationWidget(animation),
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    controller.dispose();
    super.dispose();
  }
}

AnimatedBuilder

通过AnimatedWidget类，我们可以从动画中分离出组件，从而将动画和组件分离开来，不过动画的渲染过程仍然在AnimatedWidget中执行。如果想要将动画的渲染过程分离出来，可以使用AnimatedBuilder类，与AnimatedWidget的作用类似，AnimatedBuilder可以自动监听Animation的变化，然后根据需要自动刷新视图。

因此，在上面的示例中，我们可以使用AnimatedBuilder进行如下的优化：

class HeartAnimationPage extends StatefulWidget {

  HeartAnimationPage({Key key}): super(key: key);
  @override
  _HeartAnimationPageState createState() => _HeartAnimationPageState();
}

class _HeartAnimationPageState extends State<HeartAnimationPage> with SingleTickerProviderStateMixin {

  AnimationController controller;
  Animation<double> animation;

  @override
  void initState() {
    super.initState();
    // 1.创建AnimationController
    controller = AnimationController(duration: Duration(seconds: 1), vsync: this);
    // 2.动画添加Curve效果
    animation = CurvedAnimation(parent: controller, curve: Curves.elasticInOut, reverseCurve: Curves.easeOut);
    // 3.监听动画
    // 4.控制动画的翻转
    animation.addStatusListener((status) {
      if (status == AnimationStatus.completed) {
        controller.reverse();
      } else if (status == AnimationStatus.dismissed) {
        controller.forward();
      }
    });
    // 5.设置值的范围
    animation = Tween(begin: 50.0, end: 120.0).animate(controller);
  }

  @override
  Widget build(BuildContext context) {
    return Center(
      child: AnimatedBuilder(
        animation: animation,
        builder: (ctx, child) {
          return Icon(Icons.favorite, color: Colors.red, size: animation.value,);
        },
      )
    );
  }

  @override
  void dispose() {
    controller.dispose();
    super.dispose();
  }
}

除了上面介绍的动画外，Flutter还提供了交错动画和Hero动画。