iOS 隐式动画

2010 年 3 月 26 日

动画是 Core Animation 库一个非常显著的特性，我们先讨论框架是如何自动完成隐式动画。

事务

当你改变 CALayer 的一个可做动画的属性，它并不能立刻在屏幕上体现出来。相反，它是从先前的值平滑过渡到新的值。这一切都是默认的行为，不需要我们做额外的操作。这其实就是所谓的 隐式动画 。之所以叫隐式是因为我们并没有指定任何动画的类型。仅仅只是改变了一个属性。比如下面的例子：

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) CALayer *colorLayer;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.colorLayer = [CALayer layer];
    self.colorLayer.frame = CGRectMake(50, 50, 100, 100);
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor redColor].CGColor;
    [self.view.layer addSublayer:self.colorLayer];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1].CGColor;
}
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有兴趣的小伙伴可以尝试编译一下，看看效果。

当改变一个属性， Core Animation 是如何判断动画类型和持续时间的呢？实际上动画执行的时间取决于当前事务的设置，动画类型取决于图层行为。

事务实际上是 Core Animation 用来包含一系列属性动画集合的机制，任何用指定事务去改变可以做动画的图层属性都不会立刻发生变化，而是当事务一旦提交的时候开始用一个动画过渡到新值。

事务时通过 CATranscation 类来做管理， CATranscation 没有属性或者实例方法，并且不能用 +alloc 和 - init 方法创建它。但是可以用 +begin 和 +commit 分别来入栈或者出栈。

任何可以做动画的图层属性都会被添加到栈顶的事务，可以通过 +setAnimationDuration: 方法设置当前事务的动画时间，或者通过 +animationDuration 方法来获取值（ 默认0.25秒 ）。

Core Animation 在每个 run loop 周期中自动开始一次新的事务( run loop 是 iOS 负责收集用户输入，处理定时器或者网络事件并且重新绘制屏幕的东西)，即使你不显式的用 [CATransaction begin] 开始一次事务，任何在一次 run loop 循环中属性的改变都会被集中起来，然后做一次0.25秒的动画

注意：我们可以用当前事务的 +setAnimationDuration: 方法来修改动画时间，但首先我们应该创建一个新的事务，因为修改当前事务的时间可能会导致同一时刻别的动画(如屏幕旋转)，所以最好还是在调整动画之前压入一个新的事务。

如果你用过 UIView 的动画方法做过一些动画效果，那么应该对这个模式不陌生。 UIView 有两个方法， +beginAnimations:context: 和 +commitAnimation 和 CATransaction 的 +begin 和 +commit 方法类似。实际上在 +beginAnimations:context: 和 +commitAnimation 之间所有视图或者图层属性的改变而做的动画都是由于设置了 CATransaction 的原因。

完成块

基于 UIView 的block的动画允许你在动画结束的时候提供一个完成的动作。 CATransaction 接口提供的 +setCompletionBlock: 方法也有同样的功能。上面例子中的代码，我们可以加入完成颜色变化后，旋转45度的动画。

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [CATransaction begin];
    [CATransaction setAnimationDuration:1.0];

    [CATransaction setCompletionBlock:^{
        CGAffineTransform transform = self.colorLayer.affineTransform;
        transform = CGAffineTransformRotate(transform, M_PI_4);
        self.colorLayer.affineTransform = transform;
    }];

    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1].CGColor;
    [CATransaction commit];
}
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图层行为

尝试直接对 UIView 关联的图层做动画，而不是上面所描述的一个单独的图层。如下代码：

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIView *layerView;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.layerView.layer.backgroundColor = [UIColor redColor].CGColor;
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    [CATransaction begin];
    [CATransaction setAnimationDuration:1.0];
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.layerView.layer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1].CGColor;
    [CATransaction commit];
}
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运行程序，会发现颜色瞬间切换到新的值，并非如上面那么平滑的过渡动画。这里的隐式动画貌似被 UIView 关联的图层给禁用了。

下面了解一下隐式动画是如何实现的：我们改变属性时 CALayer 自动应用的动画称作行为，当 CALayer 的属性被修改的时候，它会调用 -actionForKey: 方法，传递属性的名称。剩下的操作都在 CALayer 的头文件中有详细说明，实质上是如下几步：

图层首先检测它是否有委托，并且是否实现 CALayerDelegate 协议指定的 actionForLayer:forKey： 方法。如果有，直接调用并返回。
如果没有委托，或者委托没有实现 -actionForLayer:forKey: 方法，图层接着检查包含属性名称对应行为映射的 actions 字典。
如果 actions 字典没有包含对应的属性，那么图层接着在它的 style 字典接着搜索属性名。
最后，如果在 style 里面也找不到对应的行为，那么图层将会直接调用定义了每个属性的标准行为的 -defaultActionForKey: 方法。

所以一轮完整的搜索结束之后， -actionForKey: 要么返回空(这种情况不会有动画发生)，要么是 CAAction 协议对应的对象，最后 CALayer 拿这个结果去对比先前和当前的值做动画。于是这就解释了 UIKit 是如何禁用隐式动画的：每个 UIView 对它关联的图层都扮演了一个委托，并且提供了 -actionForLayer:forKey: 的实现方法。当不再一个动画块的实现中， UIView 对所有图层行为返回 nil ，但是在动画 block 范围之内，它就返回了一个非空值。

可以利用下面代码验证一下：

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) UIView *layerView;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.layerView = [[UIView alloc]initWithFrame:CGRectMake(100, 100, 100, 100)];
    [self.view addSubview:self.layerView];
    
    NSLog(@"Outside: %@", [self.layerView actionForLayer:self.layerView.layer forKey:@"backgroundColor"]);
    [UIView beginAnimations:nil context:nil];
    NSLog(@"Inside: %@", [self.layerView actionForLayer:self.layerView.layer forKey:@"backgroundColor"]);
    [UIView commitAnimations];
}

@end
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结果如下：

2019-08-03 16:07:58.844217+0800 图层行为[2000:163004] Outside: 
2019-08-03 16:07:58.844573+0800 图层行为[2000:163004] Inside: 
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于是可以说明，当属性在动画块之外发生改变， UIView 直接通过返回 nil 来禁用隐式动画。但如果在动画块范围之内，根据动画具体类型返回相应的属性，在这个例子就是 CABasicAnimation 。当然返回 nil 并不是禁用隐式动画唯一的方法， CATransaction 有个方法叫做 +setDisableActions: ，可以用来对所有属性打开或者关闭隐式动画。

总结如下：

UIView 关联的图层禁用了隐式动画，对这种图层做动画的唯一办法就是使用 UIView 的动画函数(而不是依赖 CATransaction )，或者继承 UIView ，并覆盖 -actionForLayer：forKey： 方法，或者直接创建一个显示动画
对于单独存在的图层，我们可以通过实现图层的 actionForLayer:forKey: 委托方法，或者提供一个 actions 字典来控制隐式动画。

下面通过实现一个给 colorLayer 设置自定义的 actions 字典改变颜色推进过渡的例子

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) UIView *layerView;
@property (nonatomic, strong) CALayer *colorLayer;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.view.backgroundColor = [UIColor grayColor];
    self.layerView = [[UIView alloc]initWithFrame:CGRectMake(100, 100, 100, 100)];
    self.layerView.backgroundColor = [UIColor whiteColor];
    [self.view addSubview:self.layerView];
    
    self.colorLayer = [CALayer layer];
    self.colorLayer.frame = CGRectMake(25, 25, 50, 50);
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor blueColor].CGColor;
    
    CATransition *transition = [CATransition animation];
    transition.type = kCATransitionPush;
    transition.subtype = kCATransitionFromLeft;
    self.colorLayer.actions = @{@"backgroundColor" : transition};
    [self.layerView.layer addSublayer:self.colorLayer];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1].CGColor;
}
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呈现与模型

CALayer 的属性行为其实很不正常，因为改变一个图层的属性并没有立刻生效，而是通过一段时间渐变更新。这是怎么做到的呢？

当你改变一个图层的属性，属性值的确是立刻更新的（如果你读取它的数据，你会发现它的值在你设置它的那一刻就已经生效了），但是屏幕上并没有马上发生改变。这是因为你设置的属性并没有直接调整图层的外观，相反，他只是定义了图层动画结束之后将要变化的外观。

当设置 CALayer 的属性，实际上是在定义当前事务结束之后图层如何显示的模型。 Core Animation 扮演了一个控制器的角色，并且负责根据图层行为和事务设置去不断更新视图的这些属性在屏幕上的状态。我们讨论的就是一个典型的微型 MVC 模式。 CALayer 是一个连接用户界面（就是 MVC 中的 view ）虚构的类，但是在界面本身这个场景下， CALayer 的行为更像是存储了视图如何显示和动画的数据模型。实际上，在苹果自己的文档中，图层树通常都是值的图层树模型。

在 iOS 中，屏幕每秒钟重绘60次。如果动画时长比60分之一秒要长， Core Animation 就需要在设置一次新值和新值生效之间，对屏幕上的图层进行重新组织。这意味着 CALayer 除了“真实”值（就是你设置的值）之外，必须要知道当前显示在屏幕上的属性值的记录。

每个图层属性的显示值都被存储在一个叫做呈现图层的独立图层当中，他可以通过 -presentationLayer 方法来访问。这个呈现图层实际上是模型图层的复制，但是它的属性值代表了在任何指定时刻当前外观效果。换句话说，你可以通过呈现图层的值来获取当前屏幕上真正显示出来的值。

除了图层树，另外还有呈现树。 呈现树通过图层树中所有图层的呈现图层所形成 。注意呈现图层仅仅当图层首次被提交（就是首次第一次在屏幕上显示）的时候创建，所以在那之前调用 -presentationLayer 将会返回 nil 。你可能注意到有一个叫做 –modelLayer 的方法。在呈现图层上调用 –modelLayer 将会返回它正在呈现所依赖的 CALayer 。通常在一个图层上调用 -modelLayer 会返回 –self （实际上我们已经创建的原始图层就是一种数据模型）。

大多数情况下，你不需要直接访问呈现图层，你可以通过和模型图层的交互，来让 Core Animation 更新显示。两种情况下呈现图层会变得很有用，一个是同步动画，一个是处理用户交互。

如果你在实现一个基于定时器的动画，而不仅仅是基于事务的动画，这个时候准确地知道在某一刻图层显示在什么位置就会对正确摆放图层很有用了。
如果你想让你做动画的图层响应用户输入，你可以使用 -hitTest: 方法来判断指定图层是否被触摸，这时候对呈现图层而不是模型图层调用 -hitTest: 会显得更有意义，因为呈现图层代表了用户当前看到的图层位置，而不是当前动画结束之后的位置。

下面通过一个简单的列子来证明后者，点击屏幕上的任意位置，会让图层平移到那里，点击图层本身可以随机改变它的颜色。这里就是通过对呈现图层调用 -hitTest: 来判断是否被点击。

如果修改代码让 -hitTest: 直接作用于 colorLayer 而不是呈现图层，你会发现，当图层移动的时候，点击它，它并不能做出正确的响应。这个时候你只能点击图层将要移动到的位置而不是图层本身来响应点击。

具体代码如下：

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) CALayer *colorLayer;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.colorLayer = [CALayer layer];
    self.colorLayer.frame = CGRectMake(0, 0, 100, 100);
    self.colorLayer.position = CGPointMake(self.view.bounds.size.width / 2, self.view.bounds.size.height / 2);
    self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor redColor].CGColor;
    [self.view.layer addSublayer:self.colorLayer];
}

- (void)touchesBegan:(NSSet *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    CGPoint point = [[touches anyObject] locationInView:self.view];
    if ([self.colorLayer.presentationLayer hitTest:point]) {
        CGFloat red = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
        CGFloat green = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
        CGFloat blue = arc4random() / (CGFloat)INT_MAX;
        self.colorLayer.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:red green:green blue:blue alpha:1].CGColor;
    }else {
        [CATransaction begin];
        [CATransaction setAnimationDuration:3.0];
        self.colorLayer.position = point;
        [CATransaction commit];
    }
}
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总结：这里我们讨论了隐式动画，还有 Core Animation 对指定属性选择合适的动画行为的机制。同时知道了 UIKit 是如何充分利用 Core Animation 的隐式动画机制来强化它的显示系统，以及动画是如何被默认禁用并且当需要的时候启用的，最后还了解到呈现和模型图层，以及 Core Animation 是如何通过他们来判断出图层当前位置以及将要达到的位置。

该篇文章参考自《核心动画高级技巧》

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