Android深入分析属性动画源码

1.先看一段动画的代码实现

ObjectAnimator alpha = ObjectAnimator.ofFloat(view, "alpha", 1, 0,1);
alpha.setDuration(500);
alpha.start();

代码很简单，上面三行代码就可以开启一个透明度变化的动画。 那么android系统到底是如何实现的呢？进入源码分析。

1）看第一行代码：

ObjectAnimator alpha = ObjectAnimator.ofFloat(view, "alpha", 1, 0,1);

创建了一个ObjectAnimator对象，并把values数组设置给了anim对象。

public static ObjectAnimator ofFloat(Object target, String propertyName, float... values) {
        ObjectAnimator anim = new ObjectAnimator(target, propertyName);
        anim.setFloatValues(values);
        return anim;
}

ObjectAnimator 构造函数中。将传过来的View对象和propertyName赋值给成员变量。

private ObjectAnimator(Object target, String propertyName) {
        //将传过来的View对象赋值给成员变量mTarget
        setTarget(target);
        //将propertyName赋值给成员变量mPropertyName
        setPropertyName(propertyName);
}

注意这个mTarget为什么要用一个软引用？

那是为了防止Activity发生内存泄漏。因为会有Activity已经退出，但是动画可能还未执行完，这个时候View得不到释放的话，会引发Activity内存泄漏。

private WeakReference<Object> mTarget;
public void setTarget(@Nullable Object target) {
    final Object oldTarget = getTarget();
    if (oldTarget != target) {
        if (isStarted()) {
            cancel();
        }
        //将传进来的View对象赋值给mTarget
        mTarget = target == null ? null : new WeakReference<Object>(target);
        mInitialized = false;
    }
}

再看第二行代码做了啥？anim.setFloatValues(values);

首次进来mValues==null，mProperty==null，所以会执行这行代码。 setValues(PropertyValuesHolder.ofFloat(mPropertyName, values))。

public void setFloatValues(float... values) {
    if (mValues == null || mValues.length == 0) {
        if (mProperty != null) {
            setValues(PropertyValuesHolder.ofFloat(mProperty, values));
        } else {
            setValues(PropertyValuesHolder.ofFloat(mPropertyName, values));
        }
    } else {
        super.setFloatValues(values);
    }
}

setValue将得到的 PropertyValuesHolder数组赋值给成员变量PropertyValuesHolder[] mValues;

再看PropertyValuesHolder.ofFloat(mPropertyName, values));

先调用super构造函数，将propertyName赋值给父类的mPropertyName，

 public FloatPropertyValuesHolder(String propertyName, float... values) {
    super(propertyName);
    setFloatValues(values);
}

然后再调用setFloatValues(values);

public void setFloatValues(float... values) {
    super.setFloatValues(values);
    //将mKeyframes强转为mFloatKeyframes
    mFloatKeyframes = (Keyframes.FloatKeyframes) mKeyframes;
}
//调用父类方法创建了KeyframeSet对象，赋值给了mKeyframes
public void setFloatValues(float... values) {
    mValueType = float.class;
    mKeyframes = KeyframeSet.ofFloat(values);
}

KeyframeSet.ofFloat(values);这行代码创建了一个关键帧的集合。

public static KeyframeSet ofFloat(float... values) {
    boolean badValue = false;
    int numKeyframes = values.length;
    //创建一个value长度的 FloatKeyFrame的数组
    FloatKeyframe keyframes[] = new FloatKeyframe[Math.max(numKeyframes,2)];
    //numKeyframes==1的话，其实是没有View是没有动画的。如果传过来的values的长度是1的话，会报错的。
    if (numKeyframes == 1) {
        keyframes[0] = (FloatKeyframe) Keyframe.ofFloat(0f);
        keyframes[1] = (FloatKeyframe) Keyframe.ofFloat(1f, values[0]);
        if (Float.isNaN(values[0])) {
            badValue = true;
        }
    } else {
        //下面的代码才是关键的 Keyframe ofFloat(float fraction, float value)是创建关键帧。
        //fraction英文单词意思是部分，在这作为参数的意思是：从动画启示位置，到当前位置，所占的整个动画的百分比。
        //value就是某个部分对应的属性值。
        // 比如传进来的value值是1.0f 2.0f 3.0f 4.0f，5.0f。整个动画有5个值。因为1.0是初始值，要完成整个动画需要4步。
         //从1-2,2-3,3-4,4-5；4个部分。
         //第0个位置是起始位置，所以他所在的部分就是0。第一个位置就是四分之一，第二个就是四分之二....
         //第i个位置，所在整个动画的部分就是i/(i-1)。而这个位置对应的动画的属性值，就是value[i]
        //所以这个keyframes[]数组的目的就是保存，动画的关键位置所占的百分比和关键位置对应的属性值。
        keyframes[0] = (FloatKeyframe) Keyframe.ofFloat(0f, values[0]);
        for (int i = 1; i < numKeyframes; ++i) {
            keyframes[i] =
                    (FloatKeyframe) Keyframe.ofFloat((float) i / (numKeyframes - 1), values[i]);
            if (Float.isNaN(values[i])) {
                badValue = true;
            }
        }
    }
    return new FloatKeyframeSet(keyframes);
}

到这为止，第一行代码执行完毕。

ObjectAnimator.ofFloat(view, "alpha", 1, 0,1)

将view赋值给ObjectAnimator成员变量。

将propertyName赋值给PropertyValuesHolder，会通过属性name来反射它的set方法，用来修改属性值。

创建KeyframeSet，关键帧集合。将value数组转换成对应的关键帧集合，通过动画执行的时间，来计算当前时间对应的属性值，然后再调用view的set属性方法，从而达到形成动画的目的。

这块的代码会再后面看到。

2）.看动画的第二行代码alpha.start();

ObjectAnimator的父类是ValueAnimator。start()里面调用到的方法会在子类和父类里跳来跳去，这也增大了阅读的难度。

首先看ValueAnimator#start(boolean playBackwards)方法

addAnimationCallback：向Choreographer注册回调函数，我们知道Choreographer可以接受Vsync信号，16.66ms一次，也是屏幕刷新一次的时间。这样在屏幕刷新的时候，就可以通过向Choreographer注册回调函数进行动画的更新。

 private void start(boolean playBackwards) {
        //Animators 必须运行在一个Looper不能为空的线程中，因为动画需要涉及到Choreographer。
        if (Looper.myLooper() == null) {
            throw new AndroidRuntimeException("Animators may only be run on Looper threads");
        }
        mStarted = true;
        mPaused = false;
        mRunning = false;
        mAnimationEndRequested = false;
        mStartTime = -1;
        //这个是一个回调函数。这块是由Choreographer回调的，稍后分析。
        addAnimationCallback(0);
        if (mStartDelay == 0 || mSeekFraction >= 0 || mReversing) {
            //开始动画。
            startAnimation();
        }
    }

先看startAnimation方法()，会在这个方法中调用initAnimation();

在这会先调用子类ObjectAnimator，然后在调用父类的ValueAnimator的initAnimation方法。

先看子类的initAnimation（），这个方法根据propertyName来反射view的set属性方法。

void initAnimation() {
     if (!mInitialized) {
        //先拿到target，也就是view对象。
         final Object target = getTarget();
         if (target != null) {
         // PropertyValuesHolder[] mValues;这个values就是PropertyValuesHolder的集合。
             final int numValues = mValues.length;
             for (int i = 0; i < numValues; ++i) {
                //在PropertyValuesHolder中传进了属性值，下面这行代码就是根据属性值，来反射view的set方法，
                //通过set方法，就可以动态的改变view的属性值的变化。
                 mValues[i].setupSetterAndGetter(target);
             }
         }
         //调用父类的initAnimation()方法
         super.initAnimation();
     }
}

再看父类ValueAnimator的initAnimation方法。调用了PropertyValuesHolder的init()方法。

在init方法中，向KeyframeSet关键帧集合设置了一个估值器，这个用来计算属性值的，后面会看到具体的计算方法。

void initAnimation() {
    if (!mInitialized) {
        int numValues = mValues.length;
        for (int i = 0; i < numValues; ++i) {
        //调用PropertyValuesHolder#init方法
            mValues[i].init();
        }
        mInitialized = true;
    }
}

 void init() {
    if (mEvaluator == null) {
        //得到一个估值器
        mEvaluator = (mValueType == Integer.class) ? sIntEvaluator :
                (mValueType == Float.class) ? sFloatEvaluator : null;
    }
    if (mEvaluator != null) {
        //向KeyframeSet中设置一个估值器,这个估值器用来计算动画在某个时刻的属性值。
        mKeyframes.setEvaluator(mEvaluator);
    }
}

private static final TypeEvaluator sIntEvaluator = new IntEvaluator();
private static final TypeEvaluator sFloatEvaluator = new FloatEvaluator();
public class FloatEvaluator implements TypeEvaluator<Number> {
    //This function returns the result of linearly interpolating the start and end values
    这个方法返回一个在动画开始和结束之间的一个线性的结果。其实就是个一元一次方程，来计算动画当前的位置。
    //result = x0 + t * (v1 - v0)
    public Float evaluate(float fraction, Number startValue, Number endValue) {
        float startFloat = startValue.floatValue();
        return startFloat + fraction * (endValue.floatValue() - startFloat);
    }
}

至此，initAnimation的代码已经执行完毕。主要做的工作可以总结为两点：

1.调用PropertyValuesHolder的setupSetterAndGetter方法，通过反射拿到View的setter方法。

2.向KeyframeSet中设置一个估值器,用来计算动画某一时刻的属性值。

3）接下来看ValueAnimator#addAnimationCallback

这个方法是向Choreographer设置了一个会回调函数，每隔16.66ms回调一次，用来刷新动画。

还设置了一个回调集合，在Choreographer的回调函数中，回调集合里面的回调函数，来实现属性动画的刷新

private void addAnimationCallback(long delay) {
    if (!mSelfPulse) {
        return;
    }
    //getAnimationHandler 就是上面创建的AnimationHandler。
    //将this作为 AnimationFrameCallback的回调，会回调doAnimationFrame(long frameTime)
    getAnimationHandler().addAnimationFrameCallback(this, delay);
}

//AnimationHandler#addAnimationFrameCallback
getProvider()拿到的是MyFrameCallbackProvider。
public void addAnimationFrameCallback(final AnimationFrameCallback callback, long delay) {
    if (mAnimationCallbacks.size() == 0) {
        //向Choreographer加入一个回调函数mFrameCallback
        getProvider().postFrameCallback(mFrameCallback);
    }
    //将添加的回调函数加入一个回调的集合。
    if (!mAnimationCallbacks.contains(callback)) {
        mAnimationCallbacks.add(callback);
    }
}

先看这个getProvider().postFrameCallback(mFrameCallback);这个就是向Choreographer注册一个回调。

final Choreographer mChoreographer = Choreographer.getInstance();
    //这行代码是向编舞者Choreographer添加了一个回调函数。
    public void postFrameCallback(Choreographer.FrameCallback callback) {
        mChoreographer.postFrameCallback(callback);
}
Choreographer中
public void postFrameCallback(FrameCallback callback) {
        postFrameCallbackDelayed(callback, 0);
}

下面这行代码就是向Choreographer添加CallBackType为CALLBACK_ANIMATION，Token为FRAME_CALLBACK_TOKEN的回调函数。 callback 就是传进来的mFrameCallback。

public void postFrameCallbackDelayed(FrameCallback callback, long delayMillis) {
    postCallbackDelayedInternal(CALLBACK_ANIMATION,
            callback, FRAME_CALLBACK_TOKEN, delayMillis);
}

省略中间的调用过程。。。这块的代码在Choreographer源码分析过。

MyFrameCallbackProvider#postFrameCallback就是向Choreographer添加一个回调函数。 我们知道，Choreographer在接收到Vsync信号后调用这些回调函数。

 void doFrame(long frameTimeNanos, int frame) {
 doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INPUT, frameTimeNanos);
    doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_ANIMATION, frameTimeNanos);
    doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_INSETS_ANIMATION, frameTimeNanos);
    doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, frameTimeNanos);
    doCallbacks(Choreographer.CALLBACK_COMMIT, frameTimeNanos);
 }

最终会调到这里，根据上面传过来的token，转换成不同的回调函数，调用不同的方法。
//在将View绘制时，调用的是else分支的回调
//在动画这里，传进来的是mFrameCallback，Choreographer.FrameCallback的实例，会调用到doFrame方法
 public void run(long frameTimeNanos) {
    if (token == FRAME_CALLBACK_TOKEN) {
        ((FrameCallback)action).doFrame(frameTimeNanos);
    } else {
        ((Runnable)action).run();
    }
}

private final Choreographer.FrameCallback mFrameCallback = new Choreographer.FrameCallback() {
    @Override
    public void doFrame(long frameTimeNanos) {
        doAnimationFrame(getProvider().getFrameTime());
        if (mAnimationCallbacks.size() > 0) {
            //再次向Choreographer注册回调，等到下一次Vsync信号来的时候调用，
            //针对于60Hz的屏幕，刷新时间间隔是16.66ms，也就是Vsync回调的时间间隔
            //也就是说属性动画16.66毫秒会改变一次
            getProvider().postFrameCallback(this);
        }
    }
};

Choreographer中每个16.6ms会回调doFrame方法(),在doAnimationFrame方法中，就会回调注册的回调集合。

private void doAnimationFrame(long frameTime) {
    long currentTime = SystemClock.uptimeMillis();
    final int size = mAnimationCallbacks.size();
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        final AnimationFrameCallback callback = mAnimationCallbacks.get(i);
        if (callback == null) {
            continue;
        }
        //遍历mAnimationCallbacks，调用callBack回调函数，
        //这个回调函数是ValueAnimator的doAnimationFrame
        if (isCallbackDue(callback, currentTime)) {
            callback.doAnimationFrame(frameTime);
        }
    }
}

doAnimationFrame是AnimationFrameCallback的回调函数，由ValueAnimator实现。

 public final boolean doAnimationFrame(long frameTime) {
       //frameTime 这个时间是从Choreographer传过来的时间，
       //记录为上一次动画刷新的时间
        mLastFrameTime = frameTime;
        final long currentTime = Math.max(frameTime, mStartTime);
        boolean finished = animateBasedOnTime(currentTime);
        return finished;
 }

 public final boolean doAnimationFrame(long frameTime) {
       //frameTime 这个时间是从Choreographer传过来的时间，
       //记录为上一次动画刷新的时间
        mLastFrameTime = frameTime;
        final long currentTime = Math.max(frameTime, mStartTime);
        boolean finished = animateBasedOnTime(currentTime);
        return finished;
 }

boolean animateBasedOnTime(long currentTime) {
     boolean done = false;
     if (mRunning) {
        //拿到总时间
         final long scaledDuration = getScaledDuration();
         //通过计算得到动画当前执行占比多少。(currentTime - mStartTime)动画执行的时间
         //除以scaledDuration总时间，得到就是已经执行的部分，如果是一个重复的动画，这个值可能会大于1.
         final float fraction = scaledDuration > 0 ?
                 (float)(currentTime - mStartTime) / scaledDuration : 1f;
        //下面通过计算对fraction进行修正，减去重复执行的部分，得到真正的在一次动画中要执行到哪一部分
         mOverallFraction = clampFraction(fraction);
         float currentIterationFraction = getCurrentIterationFraction(
                 mOverallFraction, mReversing);
         animateValue(currentIterationFraction);
     }
     return done;
 }

注意animateValue，这个方法在父类ValueAnimator和子类ObjectAnimator都有实现。

所以这里先调用子类ObjectAnimator的方法。

//这个方法是调用的子类的方法
void animateValue(float fraction) {
     final Object target = getTarget();
     if (mTarget != null && target == null) {
         cancel();
         return;
     }
     //先调用父类的方法
     super.animateValue(fraction);
     //再回到子类
     int numValues = mValues.length;
     for (int i = 0; i < numValues; ++i) {
        //给View设置改变后的属性值
         mValues[i].setAnimatedValue(target);
     }
 }

先看super.animateValue方法，这个方法就是去计算动画变动后的属性值。

 void animateValue(float fraction) {
     //通过插值器，来修改。如果没有设置插值器，那么fraction的变化就是匀速的。
     //经过插值器的计算，fraction的变化就会呈现出加速、减速变化的效果。
     fraction = mInterpolator.getInterpolation(fraction);
     mCurrentFraction = fraction;
     int numValues = mValues.length;
     for (int i = 0; i < numValues; ++i) {
         //PropertyValuesHolder[] mValues,因为一个View可以有多个属性动画，所以这用一个数组来存储。
         mValues[i].calculateValue(fraction);
     }
 }

AccelerateDecelerateInterpolator 插值器
public float getInterpolation(float input) {
    return (float)(Math.cos((input + 1) * Math.PI) / 2.0f) + 0.5f;
}
void calculateValue(float fraction) {
    //mKeyframes 就是前面创建的关键帧集合KeyframeSet
    Object value = mKeyframes.getValue(fraction);
   // 将得到的值，赋值给mAnimatedValue
    mAnimatedValue = mConverter == null ? value : mConverter.convert(value);
}

下面这个方法是真正去计算改变后的属性值。通过估值器mEvaluator去计算的。

public Object getValue(float fraction) {
    //第一关键帧记做前一关键帧
    Keyframe prevKeyframe = mFirstKeyframe;
    for (int i = 1; i < mNumKeyframes; ++i) {
        //得到下一关键帧
        Keyframe nextKeyframe = mKeyframes.get(i);
        if (fraction < nextKeyframe.getFraction()) {
            final TimeInterpolator interpolator = nextKeyframe.getInterpolator();
            //得到前一关键帧，对应的部分
            final float prevFraction = prevKeyframe.getFraction();
            //fraction - prevFraction 当前要执行的部分距离前一关键帧是多少。
            //nextKeyframe.getFraction() - prevFraction，这一帧有多少
            //两者相除，得到的就是当前部分在这一帧的占比
            float intervalFraction = (fraction - prevFraction) /
                (nextKeyframe.getFraction() - prevFraction);
            if (interpolator != null) {
                //通过插值器来修改，这一部分的大小
                intervalFraction = interpolator.getInterpolation(intervalFraction);
            }
            //通过估值器，来计算属性值要变化到多少
            //这个估值器就是上面赋值的FloatEvaluator或IntEvaluator
            return mEvaluator.evaluate(intervalFraction, prevKeyframe.getValue(),
                    nextKeyframe.getValue());
        }
        prevKeyframe = nextKeyframe;
    }
    // shouldn't reach here
    //不应该执行到这里，在上面的for循环就应该返回当前动画，属性变化的大小。
    return mLastKeyframe.getValue();
}

通过估值器计算view的属性值。

public Float evaluate(float fraction, Number startValue, Number endValue) {
    float startFloat = startValue.floatValue();
    //通过一个一元一次方程，来计算得到当前的属性值。
    return startFloat + fraction * (endValue.floatValue() - startFloat);
}

至此，动画要变动后的属性值，已经计算出来了，

通过 mValues[i].setAnimatedValue(target);用来修改View的属性值大小。

 void setAnimatedValue(Object target) {
       //前面已经通过反射拿到了View的setter方法
      if (mSetter != null) {
          try {
               //拿到属性值大小，
              mTmpValueArray[0] = getAnimatedValue();
             //通过反射，修改view属性值的大小
              mSetter.invoke(target, mTmpValueArray);
          } catch (InvocationTargetException e) {
              Log.e("PropertyValuesHolder", e.toString());
          } catch (IllegalAccessException e) {
              Log.e("PropertyValuesHolder", e.toString());
          }
      }
  }
Object getAnimatedValue() {
    return mAnimatedValue;
}

至此，android属性动画的整个执行流程已经分析完毕。

可以总结以下几点：

1.ValueAnimator是父类，ObjectAnimator是子类，这里面封装了一个target，也就是view对象。

2.PropertyValuesHolder，有属性名，属性值，通过属名来反射view的setter方法，来动态修改属性值。

3.KeyframeSet，是一个关键帧集合，封装了定义动画是value数组的值，每一个值都被记录为一个关键帧FloatKeyframe。

4.通过插值器，可以改变属性变化的快慢，通过估值器计算属性值的大小。

5.给Choreographer注册了一个回调，每隔16.66ms回调一次，每一次回调都会去改变view属性值的大小。改变是通过fraction计算的，进而通过计算得到改变后的属性值大小。

这样动态的改变view属性值的大小，就连贯的形成一幅动画。

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