动画实现剖析：基于纯 JS 的 React Animation 组件

经过一段时间的修修补补，Nautil 终于算是完工了。在 Nautil 中，内置了一个用纯 JS 写的 Animation 组件，你可以在这里阅读它的源码。这篇文章，就来聊一聊该组件的实现。

问题背景

首先，在读者你心里可能会有个疑问：为什么要用纯 JS 去写一个动画组件呢？直接用市面上已经有的 react 动画组件，或者自己写一个配合 css 的动画组件不就可以了吗。我在正在做的另外一个项目中偶尔遇到一个问题，我利用 css 的 transition 去处理一个动画，但是由于时间戳问题，发现画面会有跳动，究其原因，是因为 transition 一旦被打断，剩余动画就不会被执行了，会跳到下一个 transition 直接执行新的动作，所以画面会有跳动。

在写 Nautil 的时候，又产生了另外一个问题，即跨端开发。css 在 web 上是没有问题的，但是到 react-native 中呢？或者再移植到其他平台中呢？

总之，使用纯 JS 去实现动画可以有效解决上述两个问题。当然，也会面临性能问题，这需要开发者自己去把握好。本文接下来的 Animation 组件在讲解过程中，就不再去考虑性能问题，对于使用者而言，也不需要在任何时候去用这个组件，而是在其他动画组件无法实现某些效果的时候，才考虑本组件。

架构设计

一个简单的动画组件还需要架构吗？我们这里谈架构，是希望从不同层面拆解一个动画组件的构成和实现，从而更好的帮助开发者理解该组件的实现思路和使用技巧。它不是一个系统，谈不上架构。但是拆解式理解，是我们学习的好方法。如果你读过我之前写的《动效：补间值缓动计算类》这篇文章，但这篇文章讲的不系统，借鉴意义不大，因此，本文会详细去解剖编程中的动画开发知识结构。

以上是该组件实现的所有部分，你可以通过这里获得源码。你可以看到，它其实分了 5 个部分，接下来，我会对每一个部分做详细的讲解。

补间

动画补间，简单的说，就是在未给出所有值的情况下，通过计算，算出特定位置的特定值。一般而言，你需要得到一个动画的开始状态和结束状态，然后，通过这两个状态去算出两点之间某个位置的值。

例如，你的动画开始时，值为 0，结束时，值为 100，在 1min 内完成。请算出当时间进行到 30s 时的状态值。这样一道简单的题目很容易被算出来，我们知道当时间为 30s 时，值应该为 50. 但是，我们是怎么算出来的呢？实际上，我们的公式如下：

100*0.5=50

现在题目变了，起始和和结束值变为 20 和 80，那么 30s 时的补间值该是多少呢？40. 如果整体时间延长至 2min 呢？

实际上，计算补间值有一个规律性的公式：

value = start + (end-start) * factor

结束值减去起始值就是变化的值域，值域乘以变化因子就是已经变化了的值，在起始值的基础上加上该值，就是当前的补间值。

其中，factor（补间因子）是一个 [0, 1] 的值。该值在动画中，是一个时间点和整个持续时间（duration）的比值。而在数学中，它可以是任何值域在 [0, 1] 的函数上的任意一个 y 值，例如 sin 这样的三角函数。

色值补间。

颜色本质上也是由值组成，无论是 rgb 还是 hex 的色值，甚至加入了透明度的 rgba，都可以利用上述补间理论计算补间结果。在一些应用中，它会提供一个色盘，用于让你拾取颜色。难道它需要把所有的颜色都铺满在色盘上吗？当然不是，它只需要提供纵横值域，并通过你拾取位置在整个色盘位置中的比例，再按照上述公式，就可以算出你当前取得的是什么颜色。而色盘上的颜色本身，可以通过 css 的渐变函数来实现。

总之，上面讲到的补间值计算函数，你可以在这里得到源码进行阅读。

缓动

我们取得一个补间值，它本身是静态的，除非像上面那种取色器应用才有意义，对于我们要进行动画制作时，单纯一个补间值完全没有意义。我们必须取得连续的补间值，如何取得连续的补间值呢？

动画的重要元素就是时间。

通过时间的推进，来取得连续的补间动画，这样的过程被称为“缓动”。缓动的本质，就是获取上述公式中的 factor。但是，缓动的方式有很多种，不同的方式，我们用一种叫“缓动函数”的东西来表达。

缓动函数让 factor 在时间轴上的变化规律不尽相同。我们可以用 factor 的增长加速度不同来表达这个“不同”之处。你可以在这个网站体验到不同缓动函数的加速度（它用视觉的效果让你看到 factor 增长的速度变化）。当你了解 ease 函数之后，你会发现，我们前文指出 factor 是一个 [0, 1] 的值，其实不完全正确，因为在某些情况下，factor 会超出这个值域，但是总体而言，factor 是从 0 开始增长，最终结束时达到 1. 这就是缓动函数的效果，让 factor 的变化具备多种多样性。

现在，我们来想象有一个弹珠，从天上掉下来，掉到地上之后，它会有一个回弹的过程，弹几次之后，才最终静止在地面上。

上面这个视频演示了一个 easeOutBounce 的效果，你再看的时候，应该去看右边的那个游标的效果。将它反过来，就是我们上面描述的弹珠坠地的效果了。easeOutBounce 是一个缓动函数，它根据当前的时间游标计算出 factor。最终，我们可以得到一个公式：

factor = ease(t/duration)

其中，duration 一旦确定之后，基本上是不会变的，可以认为是一个常量。t 则是不断持续增长的值，而且这个增长是匀速的等差数列增长。

再结合前面的一个公式，我们就可以得到：

value = start + (end-start) * ease(t/duration)

在这个公式中，start, end, ease, duration 一旦在一开始定下来之后，就不会变，所以，这是一个 value 关于 t 的一个公式。

value = fn(t)

所有 Nautil 支持的缓动函数，你可以在这里看源码。css 中的缓动函数，你可以看这里。

过渡

到目前为止，我们知道利用缓动函数，可以获得非线性增长的补间值。但是，到目前为止，我们还没有动起来，我们得到的仍然是静态值，我们只能算出某一个值。接下来，我们通过“过渡”来认识动起来的补间效果。

我们虽然更感知时间在流逝，但是我们无法直接表达这种流逝。为了简介表达时间流逝，人类发明了“时钟”。通过钟表的运动，指示时间的流逝。而在计算机中，也提供了原子钟给程序使用。但是在 JS 中，我们仍然无法按照准确的时间刻度推进时间。最终，我选择了使用 requestAnimationFrame 作为时间演进的工具。

一个过渡，是从时间的这头演进到那头。但是，怎么表达呢？这就是代码层面的设计问题了。我最终设计为，把它设计为一个 Transition 类，实例化的时候，传入 duration，通过 start 方法开始时间推进。另外，我还设计了 pause 方法用来暂停时间推荐，设计了 stop 方法来结束时间推进。

同时，需要传入 ease，通过上面的公式 factor = ease(t/duration) Transition 可以给出在时间推进中，每一个 requestAnimationFrame 的 factor，这需要通过提前在 onUpdate 方法中注册接收函数。

const tr = new Transition({ duration, ease })

tr.on('update', (e, factor) => {
  // 再使用补间函数，获得补间值
  const value = tween(start, end, factor)
  // ...
})
tr.start() // 开始推进时间

Transition 只是在时间流逝过程中，获得 factor，但要得到具体补间值，还需要使用补间函数获取。这样使得整体的可复用可扩展性极强。

具体的代码，你可以通过这里阅读源码。

动画

所有以上的内容，目的都是为了实现一个动画。动画实质上，是将一个或多个过渡应用到物体身上。动画意味着用户可以看到的界面效果在变化，因此，它是一个涉及到界面操作的过程。

让我们再回头看 css transition 属性：

transition: name duration ease delay;

一个 transition 属性，实际上是确定了 ease, duration，通过 name 样式的值变化来决定 start 和 end。每一次一个样式的值发生变化时，transition 被触发，此时，原来的老样式值被作为 start，新的样式被作为 end。一旦 transition 被触发之后，浏览器引擎就会按照 transition 的这些参数进行运算，并将补间值赋值给样式，直到结束。其中 delay 本文未涉及。css 的 transition 不仅解决了补间、缓动、过渡，而且直接将过渡效果运用到属性所在的样式上去，所以，它本身是一个动画效果。

再来看看 css animation 属性：

@keyframes my_animation {
  from {
    margin-left: -150px;
    opacity: 0;
  }
  to {
    margin-left: 0;
    opacity: 1;
  }
}

animation: name duration ease delay iteration-count direction fill-mode play-state;

要使用 animation 需要先定义一个 keyframes，这个 keyframes 定义了多个属性的多段 start 和 end。这里有两个点：“多个属性”“多段”，这两个特点使得 animation 和 transition 属性区别巨大。同时，animation 还比 transition 多了 iteration-count, direction 这些值，它们可以实现动画的持续性播放，而不是像 transition 一样，只有一个过程。

animation 弥补了 transition 的不足：1. 可对多个属性同时应用过渡效果，2. 可将整个 duration 拆分为多段，3. 可设置重复动画，以及动画的过渡方式（方向）。所以，动画的本质就是一堆 transition 的组合。transition 其实也可以做到多个属性同时设置，只要用逗号连接多个设置即可，但是相对而言，它仍然只是过渡，而非可以持续触发的动画。

现在让我们回到 Animation 这个组件。

在 Nautil 的设计中，一个动画被设计为一个组件的隐现方式。组件如何出现在用户的视野里，如何从界面上消失。这两个过程的动画效果是我所关注的和实现的。当然，动画还有很多场景，例如 loading 效果，但这些暂时不在本文的实现范围中，以后有机会会和你分享。它提供了 Animation 组件，用以解决这个问题。通过和前面的描述对比，你会发现实际上，Nautil 提供的 Animation 组件并没有实现真正的 animation，而是只实现了一个可多次触发的 transition 的效果。这是由我们开发场景中的实际需求决定的，在 Animation 这个组件的思路上，你可以扩展出更多的动画组件出来，而且它们都是纯 JS 实现的。

在设计 Animation 组件时，我把它设计的极其简单，你不需要开发 css 样式。在下文我会详细讲解该组件。

跨平台

同一个组件，在不同的平台上如何工作呢？在 web 中，我们通过修改 css 属性值来触发动画，在 react-native 中，我们通过其内置的样式规则来触发。虽然它们大部分都兼容，但是唯独在 transform 属性上兼容的不是很好。因此，我将这部分提炼出来，从而可以实现跨平台。

实际上，transform 在 web 平台中和 react-native 平台中的主要区别是输出不同，web 中输出的是字符串，而 react-native 中输出的是数组。因此，我写了一个类来控制输入，然后通过原型链覆盖的方式，在 web 平台下输出字符串，在 react-native 平台下输出数组。

通过这种方式，我就可以保证，一套代码，同一个组件，在不同平台下都可以按照相同的方式运行。

具体实现

上述的技术理论给我们做好了铺垫。接下来，我们来看下 Animation 这个组件的实现过程。它是一个 React 组件，而且它是一个纯 UI 组件。对于使用者而言，它足够简单，只接收 props，通过外部修改 props 的值来触发内部的动画效果。

你可以通过这里阅读视频 demo 的源码。

使用方法

我一直认为，任何开发出来的东西的一个重要原则，就是简单。什么是简单，简单就是“少”，理解起来容易。我在写 Animation 组件的时候就是这个想法。那么怎么少才算少呢？我们来看下示例代码：

<Animation 
  enter="easeInElastic 500 fade:in move:right,top scale:1.5/1" 
  leave="easeInQuad 500 fade:out move:0/-300,-100 scale:1/1.5" 
  show={this.state.show}
>
  <Text>这是要动画隐现的部分</Text>
</Animation>

上面这段代码，它会创建一个动画区域，作用是通过 show 来控制这个区域的显示和隐藏。显示的时候，使用 enter 属性内配置的动画效果，隐藏的时候使用 leave 属性内配置的动画效果。就是这么简单。

语法解释

上面 enter 和 leave 两个属性是对各自动画效果的配置。我们来解释一下这两个属性的语法是怎么样的。

ease duration effect:from/to effect2:from/to ...

ease 缓动函数名，查看
duration 持续时间，数字
effect:from/to 动画效果
- effect 动画效果名，仅支持 fade, move, rotate, scale
  - fade 渐隐渐显，通过 opacity 实现
  - move 位置移动，通过 transform 的 translate 实现
  - rotate 旋转，通过 transform 的 rotate 实现
  - scale 缩放，通过 transform 的 scale 实现
- from 起始值
- to 结束值

起始值和结束值需要根据 effect 名字来决定：

fade 时，必须传入用以表示透明度的值
- in 或者 out，例如 fade:in, fade:out
- 0-1 之间的数字，例如 fade:0/1, fade:1/0.5
move 时，必须传入一个坐标
- left, right 和 top, bottom 的组合，会使用内置值，例如 move:left,top/right,bottom
- 数字，例如 move:-300,12/0,0
rotate 时，必须传入角度，且 from 和 end 的单位相同，例如 rotate:60deg/0deg rotate:0.5turn/0turn
scale 时，必须传入数字，例如 scale:1.2/1 scale:1/0.5

另外，from 不可以省略，to 可以省略，缺省值为：

fade: 1
move: 0,0
rotate: 0deg
scale: 1

对于坐标而言，x 不可以省，y 可省，缺省值为 0. 例如：move:left 表示从左边 -100px,0 位置向右位移至 0,0 位置。

left: -100
right: 100
top: -50
bottom: 50

事件回调

Animation 组件隐现过程中，你可以通过如下属性进行监听：

onEnterStart
onEnterUpdate
onEnterStop
onLeaveStart
onLeaveUpdate
onLeaveStop

自定义容器

默认情况下，Animation 依赖 Section 作为容器来实现隐现效果。有的时候，你希望使用类似 Button 甚至 Text 作为容器，可以传入 component 来使用对应的组件。

<Animation component={Text}>

小结

本文虽然是介绍 Nautil 中 Animation 组件的实现，但是通过一层层概念解释，实际上把 JS 编程中动画编程的原理都捋了一遍，对于想要实现一些动画效果的同学，这篇文章其实也是一个比较好的借鉴。当然，文章还有一些不足之处，希望你在下方留言和我讨论。

2019-07-19 4569 动效, 缓动

唐霜的博客