Android实现同频共帧动画效果
作者：时光少年
同频共帧
我们听过“同频共振”，其原理是多个物体物体以同样的频率振动，但是本篇实现的效果是“同频共帧”，含义是：动画以同样的频率和同样的帧展示在多个不同View上。
特点：
- 动画效果
- 同样的频率
- 同样的帧 （严格意义上是小于1个vsync信号的帧）
- 多个不同View同时展示
之前的文章中我们实现了很多动效，但几乎都是基于View本身实现的，但是在Android中，Drawable最容易扩展的动效工具，通过Drawable提供的接口，我们可以接入libpag、lottie、SVG、APNG、gif，LazyAnimationDrawable、AnimationDrawable等动效，更加方便移植，同时Drawable支持setHotspot和setState接口，可以实现复杂度较低的交互效果。
这种动效其实在手机版QQ上就有，如果你给自己的头像设置为一个动态图，那么在群聊连发多条消息，那么你就会发现，在同一个页面上你的头像动画是同步展示的。
现状 & 痛点
现状
我们以帧动画问题展开，要知道帧动画有难以容忍的内存占用问题、以及主线程解码问题，同时包体积问题也相当严重，为此市面上出现了很多方案。libpag、lottie、VapPlayer、AlphaPlayer、APNG、GIF、SVGA、AnimationDrawable等。但你在开发时就会发现，每一种引擎都有自己独特的优势，也有自己独特的劣势，你往往想着用一种引擎统一所有动效实现，但往往现实不允许。
我们来说说几大引擎的优缺点：
libPag： 目前支持功能最多的动效引擎，普通动画性能也非常不错，相比其他引擎快很多。该引擎使用自研渲染引擎和解码器实现，但是对于预合成动效（超长动效和复杂动效可能会用到），由于其使用的是软解，在低配设备上比VapPlayer和AlphaPlayer卡的多，另外lib so相比其他引擎也是大很多。
VapPlayer/AlphaPlayer : 这两种其都是通过alpha 遮罩实现，大部分情况下使用的是设备硬解码器，不过，VapPlayer缺乏硬解码器筛选机制，偶尔有时会拿到软解码器，另外其本身存在音画同步问题，至于AlphaPlayer把播放交给系统和三方播放器，避免了此类问题。但是，如果是音视频类app，他们都有共同的问题，终端设备上硬解码器的实例数量是受限制的，甚至有的设备解码器同一时刻只能使用一个，使用这两种解码器就会造成业务播放器绿屏、起播失败、解码器卡住等问题。不过解决办法是将特效和业务播放器资源类型隔离，如果业务播放器是使用h264，那么你可以动效使用h264\mpeg2等其他编码类型。
lottie： lottie目前是比较广为人知的动效引擎，使用也相当广泛。但其存在跨平台兼容性，缺少很多特效，其性能是不如libpag的，不过总体能覆盖到大部分场景。另一个开发中常常会遇到的问题是，UI设计人员对于lottie的compose layer理解存在问题，往往会出现将lottie动画做成和帧动画一样的动画，显然，compose layer的思想是多张图片合成，那就意味着图片本身应该有大有小，按一定轨迹运动和渐变，而不是一帧一帧简单播放。
APNG、GIF ： 这类动画属于资源型动画，其本身存在很多缺点，比如占内存和耗cpu，不过简单的场景还是可以使用的。
SVGA：很多平台对这种动画抱有期待，特别是其矢量性质和低内存的特点，然而，其本身面临标准不统一的问题，造成跨平台的能力不足。
LazyAnimationDrawable：几乎所有的动画对低配设备都不友好，帧动画比上不足比下有余，低配设备上，为了解决libpag、VapPlayer、lottie对低配设备上音视频类app不友好的问题，使用AnimationDrawble显然是不行的，因此我们往往会实现了自己的AnimationDrawable，使其具备兜底的能力： 异步解码 + 展示一帧预加载下一帧的能力，其实也就是LazyAnimationDrawable。
痛点
以上我们罗列了很多问题，看似和我们的主要目的毫无关系，其实我们可以想想，如果使用上述引擎，哪种方式可以实现兼容性更好的“同频共帧”动效呢 ？
实际上，几乎没有引擎能承担此任务，那有没有办法实现呢？
原理
我们很难让每个View同时执行和绘制同样的画面，另一个问题是，如果设计多个View绘制Bitmap，那么还可能造成资源加载的内存OOM的问题。另外一方面如果使用LazyAnimationDrawable、VapX、AlphaPlayer等 ，如果同时执行，那么解码线程需要创建多个，显然性能问题也是重中之重。
有没有更加简单方法呢 ？
实际上是有的，那就是投影。
我们无论使用CompositeDrawable、LazyAnimationDrawable、AnimationDrawable还是VectorDrawable，我们可以保证在使用个实例的情况下，将画面绘制到不同View上即可。
不过：本篇以AnimationDrawable 为例子实现，其实其他Drawable动画类似。
实现
但是这种难度也是很高的，如果我们使用一个View 管理器，然后构建一个播放器，显然还要处理View各种状态，显然避免不了耦合问题。这里我们回到开头说过的drawable方案，当然，一个drawable显然无法设置给多个View，这点显然是我们需要处理的难点，此外，每个View的大小也不一致，如何处理这种问题呢。
Drawable加壳
我们参考Glide中com.bumptech.glide.request.target.FixedSizeDrawable 实现，其原理是通过FixedSizeDrawable代理真实的drawble绘制，然后利用Matrix实现Canvas缩放，即可适配不同大小的View。
FixedSizeDrawable(State state, Drawable wrapped) {
this.state = Preconditions.checkNotNull(state);
this.wrapped = Preconditions.checkNotNull(wrapped);
// We will do our own scaling.
wrapped.setBounds(0, 0, wrapped.getIntrinsicWidth(), wrapped.getIntrinsicHeight());
matrix = new Matrix();
wrappedRect = new RectF(0, 0, wrapped.getIntrinsicWidth(), wrapped.getIntrinsicHeight());
bounds = new RectF();
}
Matrix 的作用
matrix.setRectToRect(wrappedRect, drawableBounds, Matrix.ScaleToFit.CENTER); canvas.concat(matrix); //Canvas Matrix 转换
当然，必要时支持下alpha和colorFilter，下面是完整实现。
public static class AnimationDrawableWrapper extends Drawable {
private final AnimationDrawable animationDrawable; //动画drawable
private final Matrix matrix = new Matrix();
private final RectF wrappedRect;
private final RectF drawableBounds;
private int alpha = 255;
private ColorFilter colorFilter;
public AnimationDrawableWrapper(AnimationDrawable drawable) {
this.animationDrawable = drawable;
this.wrappedRect = new RectF(0, 0, drawable.getIntrinsicWidth(), drawable.getIntrinsicHeight());
this.drawableBounds = new RectF();
}
@Override
public void draw(Canvas canvas) {
Drawable current = animationDrawable.getCurrent();
if (current == null) {
return;
}
current.setAlpha(this.alpha);
current.setColorFilter(colorFilter);
Rect drawableRect = current.getBounds();
wrappedRect.set(drawableRect);
drawableBounds.set(getBounds());
// 变化坐标
matrix.setRectToRect(wrappedRect, drawableBounds, Matrix.ScaleToFit.CENTER);
int save = canvas.save();
canvas.concat(matrix);
current.draw(canvas);
canvas.restoreToCount(save);
current.setAlpha(255);//还原
current.setColorFilter(null); //还原
}
@Override
public void setAlpha(int alpha) {
this.alpha = alpha;
}
@Override
public void setColorFilter(@Nullable ColorFilter colorFilter) {
this.colorFilter = colorFilter;
}
@Override
public int getOpacity() {
return PixelFormat.TRANSLUCENT;
}
}
View更新
我们知道AnimationDrawable每一帧都是不一样的，那怎么将每一帧都能绘制在View上呢，了解过Drawable更新机制的开发者都知道，每一个View都实现了Drawable.Callback，当给View设置drawable时，Drawable.Callback也会设置给drawable。
Drawable刷新View时需要调用invalidate，显然是通过Drawable.Callback实现，当然，Drawable自身就实现了更新方法Drawable#invalidateSelf，我们只需要调用改方法刷新View即可触发View#onDraw，从而触发drawable#draw方法。
public void invalidateSelf() {
final Callback callback = getCallback();
if (callback != null) {
callback.invalidateDrawable(this);
}
}
更新AnimationDrawable
显然，任何动画都具备时间属性，因此更新Drawable是必要的，View本身是可以通过Drawable.Callback机制更新Drawable的。通过scheduleDrawable和unscheduleDrawable 定时处理Runnable和取消Runnable。
public interface Callback {
void invalidateDrawable(@NonNull Drawable who);
void scheduleDrawable(@NonNull Drawable who, @NonNull Runnable what, long when);
void unscheduleDrawable(@NonNull Drawable who, @NonNull Runnable what);
}
而AnimationDrawable实现了Runnable接口
@Override
public void run() {
nextFrame(false);
}
然而，如果使用的RecyclerView，那么还可能会出现View 从页面移除的问题，因此依靠View显然是不行的，这里我们引入Handler或者Choreograper。
this.choreographer = Choreographer.getInstance();
但是，我们什么时候调用呢？显然还得利用Drawable.Callback机制
给animationDrawable设置Drawable.Callback
this.drawable.setCallback(callback);
更新逻辑实现
@Override
public void invalidateDrawable(@NonNull Drawable who) {
//更新所有wrapper
for (int i = 0; i < drawableList.size(); i++) {
WeakReference<AnimationDrawableWrapper> reference = drawableList.get(i);
AnimationDrawableWrapper wrapper = reference.get();
if (wrapper == null) {
return;
}
wrapper.invalidateSelf();
}
}
@Override
public void scheduleDrawable(@NonNull Drawable who, @NonNull Runnable what, long when) {
this.scheduleTask = what;
this.choreographer.postFrameCallbackDelayed(this, when - SystemClock.uptimeMillis());
}
@Override
public void unscheduleDrawable(@NonNull Drawable who, @NonNull Runnable what) {
this.scheduleTask = null;
this.choreographer.removeFrameCallback(this);
}
既然使用Choreographer，那doFrame需要实现的
@Override
public void doFrame(long frameTimeNanos) {
if(this.scheduleTask != null) {
this.scheduleTask.run();
}
}
好了，以上就是核心逻辑，到此我们就实现了核心逻辑
完整代码
public class MirrorFrameAnimation implements Drawable.Callback, Choreographer.FrameCallback {
private final Drawable drawable;
private final int drawableWidth;
private final int drawableHeight;
private List<WeakReference<AnimationDrawableWrapper>> drawableList = new ArrayList<>();
private Choreographer choreographer;
private Runnable scheduleTask;
public MirrorFrameAnimation(Resources resources, int resId, int drawableWidth, int drawableHeight) {
//设置宽高，防止AnimationDrawable大小不稳定问题
this.drawableWidth = drawableWidth;
this.drawableHeight = drawableHeight;
this.drawable = resources.getDrawable(resId);
this.drawable.setBounds(0, 0, drawableHeight, drawableHeight);
this.drawable.setCallback(this);
this.choreographer = Choreographer.getInstance();
}
public void start() {
choreographer.removeFrameCallback(this);
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
((AnimationDrawable) drawable).start();
}
}
public void stop() {
choreographer.removeFrameCallback(this);
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
((AnimationDrawable) drawable).stop();
}
}
/**
* @return The number of frames in the animation
*/
public int getNumberOfFrames() {
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
return ((AnimationDrawable) drawable).getNumberOfFrames();
}
return 1;
}
/**
* @return The Drawable at the specified frame index
*/
public Drawable getFrame(int index) {
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
return ((AnimationDrawable) drawable).getFrame(index);
}
return drawable;
}
/**
* @return The duration in milliseconds of the frame at the
* specified index
*/
public int getDuration(int index) {
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
return ((AnimationDrawable) drawable).getDuration(index);
}
return -1;
}
/**
* @return True of the animation will play once, false otherwise
*/
public boolean isOneShot() {
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
return ((AnimationDrawable) drawable).isOneShot();
}
return true;
}
/**
* Sets whether the animation should play once or repeat.
*
* @param oneShot Pass true if the animation should only play once
*/
public void setOneShot(boolean oneShot) {
if (drawable instanceof AnimationDrawable) {
((AnimationDrawable) drawable).setOneShot(oneShot);
}
}
public void syncDrawable(View view) {
if (!(drawable instanceof AnimationDrawable)) {
if(view instanceof ImageView) {
((ImageView) view).setImageDrawable(drawable);
}else{
view.setBackground(drawable);
}
return;
}
AnimationDrawableWrapper wrapper = new AnimationDrawableWrapper((AnimationDrawable) drawable);
drawableList.add(new WeakReference<>(wrapper));
if(view instanceof ImageView) {
((ImageView) view).setImageDrawable(wrapper);
}else{
view.setBackground(wrapper);
}
}
@Override
public void invalidateDrawable(@NonNull Drawable who) {
for (int i = 0; i < drawableList.size(); i++) {
WeakReference<AnimationDrawableWrapper> reference = drawableList.get(i);
AnimationDrawableWrapper wrapper = reference.get();
if (wrapper == null) {
return;
}
wrapper.invalidateSelf();
}
}
@Override
public void scheduleDrawable(@NonNull Drawable who, @NonNull Runnable what, long when) {
this.scheduleTask = what;
this.choreographer.postFrameCallbackDelayed(this, when - SystemClock.uptimeMillis());
}
@Override
public void unscheduleDrawable(@NonNull Drawable who, @NonNull Runnable what) {
this.scheduleTask = null;
this.choreographer.removeFrameCallback(this);
}
@Override
public void doFrame(long frameTimeNanos) {
if(this.scheduleTask != null) {
this.scheduleTask.run();
}
}
}
使用方法
int dp2px = (int) dp2px(100);
MirrorFrameAnimation mirrorFrameAnimation = new MirrorFrameAnimation(getResources(),R.drawable.loading_animation,dp2px,dp2px);
mirrorFrameAnimation.syncDrawable(imageView1);
mirrorFrameAnimation.syncDrawable(imageView2);
mirrorFrameAnimation.syncDrawable(imageView3);
mirrorFrameAnimation.syncDrawable(imageView4);
mirrorFrameAnimation.syncDrawable(imageView5);
mirrorFrameAnimation.syncDrawable(imageView6);
mStart.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
mirrorFrameAnimation.start();
}
});
mStop.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
mirrorFrameAnimation.stop();
}
});
适用范围
图像同步执行需求
本篇我们实现了“同频共帧动效”，实际上这也是一种对称动画的优化方法。
我们常常会出现屏幕边缘方向同时展示相同动画的问题，由于每个动画启动存在一定的延时，以及控制逻辑不稳定，往往会出现一边动画播放结束，另一边动画还在展示的情况。
总结
动效一直是Android设备的上需要花大力气优化的，如果是图像同步执行、对称动效，本篇方案显然可以帮助我们减少线程和内存的消耗。
以上就是Android实现同频共帧动画效果的详细内容，更多关于Android同频共帧动画的资料请关注脚本之家其它相关文章！