揭秘 Android View 位移原理：源码级深度剖析

揭秘 Android View 位移原理：源码级深度剖析

一、引言

在 Android 开发的世界里，View 的位移是构建富有交互性和视觉吸引力应用的关键要素之一。从简单的按钮点击后移动，到复杂的界面切换动画，位移效果无处不在。深入理解 Android View 的位移原理，不仅能让开发者更加自如地实现各种炫酷的交互效果，还能在性能优化和问题排查上做到游刃有余。

本文将从源码层面出发，对 Android View 的位移原理进行全面且深入的剖析。我们会详细探讨不同的位移实现方式，包括基于属性动画、视图动画以及手动修改布局参数等，同时结合具体的源码进行分析，让你对每一个步骤都有清晰的认识。

二、Android View 位移概述

2.1 位移的应用场景

在 Android 应用中，位移效果有着广泛的应用，例如：

• 界面切换动画：当用户切换不同的界面时，通过位移效果可以实现平滑的过渡，提升用户体验。比如从一个主界面滑动到一个详情界面。
• 交互反馈：当用户点击一个按钮或者进行其他操作时，通过位移可以给予用户直观的反馈。例如按钮被点击后稍微向上移动一下。
• 动态布局调整：在一些动态布局中，根据用户的操作或者数据的变化，需要对 View 的位置进行调整。比如在一个可折叠的列表中，展开或折叠某一项时，其他项的位置会发生位移。

2.2 位移的实现方式

在 Android 中，实现 View 位移主要有以下几种方式：

• 属性动画：通过改变 View 的属性值来实现位移效果，这是一种比较灵活和强大的方式。
• 视图动画：对 View 的视觉效果进行变换，实现位移，但不会真正改变 View 的属性值。
• 手动修改布局参数：直接修改 View 的布局参数，从而改变 View 的位置。

三、属性动画实现位移

3.1 属性动画的基本原理

属性动画是 Android 3.0（API 级别 11）引入的一种动画机制，它可以直接改变对象的属性值。在实现位移时，我们主要关注 translationX 和 translationY 这两个属性，分别表示 View 在水平和垂直方向上的偏移量。

属性动画的核心类是 ValueAnimator 和 ObjectAnimator。ValueAnimator 是一个数值发生器，它可以在指定的时间内生成一系列的值；ObjectAnimator 是 ValueAnimator 的子类，它可以直接对对象的属性进行动画操作。

3.2 ObjectAnimator 实现位移的源码分析

3.2.1 ObjectAnimator 的创建和启动

import android.animation.ObjectAnimator;
import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

public class PropertyAnimationExample extends AppCompatActivity {

    private View targetView;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_property_animation);

        // 获取要进行位移的 View
        targetView = findViewById(R.id.target_view);

        // 获取触发位移动画的按钮
        Button animateButton = findViewById(R.id.animate_button);
        animateButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                // 创建一个 ObjectAnimator 对象，对 targetView 的 translationX 属性进行动画操作，从 0 到 200
                ObjectAnimator animator = ObjectAnimator.ofFloat(targetView, "translationX", 0, 200);
                // 设置动画的持续时间为 1000 毫秒
                animator.setDuration(1000);
                // 启动动画
                animator.start();
            }
        });
    }
}

在上述代码中，我们通过 ObjectAnimator.ofFloat 方法创建了一个 ObjectAnimator 对象，该方法接受三个参数：要进行动画操作的对象（这里是 targetView）、要操作的属性名（这里是 translationX）以及属性的起始值和结束值。然后我们设置了动画的持续时间，并调用 start 方法启动动画。

3.2.2 ObjectAnimator 的源码分析

// ObjectAnimator 类继承自 ValueAnimator，用于对对象的属性进行动画操作
public final class ObjectAnimator extends ValueAnimator {
    // 要进行动画操作的对象
    private Object mTarget;
    // 要操作的属性名
    private String mPropertyName;
    // 属性的 setter 方法
    private Method mSetter;

    // 构造函数，用于创建 ObjectAnimator 对象
    public static ObjectAnimator ofFloat(Object target, String propertyName, float... values) {
        // 创建一个 ObjectAnimator 对象
        ObjectAnimator anim = new ObjectAnimator(target, propertyName);
        // 设置动画的值
        anim.setFloatValues(values);
        return anim;
    }

    // 私有构造函数，初始化目标对象和属性名
    private ObjectAnimator(Object target, String propertyName) {
        mTarget = target;
        mPropertyName = propertyName;
    }

    @Override
    public void start() {
        // 调用父类的 start 方法启动动画
        super.start();
    }

    @Override
    void animateValue(float fraction) {
        // 获取当前动画的值
        final Object value = getAnimatedValue();
        if (mSetter != null) {
            try {
                // 调用属性的 setter 方法，将当前动画的值设置给属性
                mSetter.invoke(mTarget, value);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

在 ObjectAnimator 的源码中，ofFloat 方法用于创建 ObjectAnimator 对象，并设置动画的值。start 方法调用父类的 start 方法启动动画。在 animateValue 方法中，会获取当前动画的值，并通过反射调用属性的 setter 方法，将值设置给属性，从而实现属性的变化。

3.3 ValueAnimator 的源码分析

3.3.1 ValueAnimator 的基本原理

ValueAnimator 是属性动画的核心类，它负责在指定的时间内生成一系列的值。这些值可以用于控制对象的属性变化。

3.3.2 ValueAnimator 的源码分析

// ValueAnimator 类用于在指定的时间内生成一系列的值
public class ValueAnimator extends Animator implements AnimationHandler.AnimationFrameCallback {
    // 动画的起始值
    private float mStartValue;
    // 动画的结束值
    private float mEndValue;
    // 动画的持续时间
    private long mDuration = 300;
    // 动画的插值器，用于控制动画的变化速率
    private TimeInterpolator mInterpolator = new AccelerateDecelerateInterpolator();
    // 动画的当前时间
    private long mCurrentPlayTime;

    // 设置动画的起始值和结束值
    public void setFloatValues(float... values) {
        if (values.length >= 2) {
            mStartValue = values[0];
            mEndValue = values[1];
        }
    }

    // 设置动画的持续时间
    public ValueAnimator setDuration(long duration) {
        mDuration = duration;
        return this;
    }

    // 启动动画
    @Override
    public void start() {
        // 重置动画的当前时间
        mCurrentPlayTime = 0;
        // 获取动画处理器
        AnimationHandler handler = AnimationHandler.getInstance();
        // 将当前动画添加到动画处理器中
        handler.addAnimationFrameCallback(this);
    }

    @Override
    public boolean doAnimationFrame(long frameTime) {
        // 计算当前动画的进度
        float fraction = (float) (frameTime - mStartTime) / mDuration;
        if (fraction > 1) {
            fraction = 1;
        }
        // 通过插值器计算当前动画的插值
        float interpolatedFraction = mInterpolator.getInterpolation(fraction);
        // 计算当前动画的值
        float currentValue = mStartValue + (mEndValue - mStartValue) * interpolatedFraction;
        // 调用动画更新监听器，通知动画值的变化
        notifyUpdateListeners(currentValue);
        if (fraction >= 1) {
            // 动画结束，移除动画帧回调
            AnimationHandler.getInstance().removeAnimationFrameCallback(this);
            return false;
        }
        return true;
    }

    // 通知动画更新监听器
    private void notifyUpdateListeners(float value) {
        if (mUpdateListeners != null) {
            int numListeners = mUpdateListeners.size();
            for (int i = 0; i < numListeners; ++i) {
                mUpdateListeners.get(i).onAnimationUpdate(this, value);
            }
        }
    }
}

在 ValueAnimator 的源码中，setFloatValues 方法用于设置动画的起始值和结束值。setDuration 方法用于设置动画的持续时间。start 方法将当前动画添加到动画处理器中，开始动画的处理。doAnimationFrame 方法在每一帧被调用，计算当前动画的进度和插值，并根据插值计算当前动画的值，然后通知动画更新监听器。

3.4 属性动画实现位移的优点和缺点

• 优点 ：
  • 灵活性高：可以对任何对象的任何属性进行动画操作，不仅限于 View 的位移。
  • 真正改变属性值：动画结束后，对象的属性值会保留在最终的状态。
  • 支持插值器：可以通过插值器控制动画的变化速率，实现各种不同的动画效果。
• 缺点 ：
  • 代码相对复杂：需要创建动画对象，设置属性和监听器等。
  • 性能开销较大：对于大量的动画操作，可能会消耗较多的内存和 CPU 资源。

四、视图动画实现位移

4.1 视图动画的基本原理

视图动画是 Android 早期的动画机制，它通过对 View 的视觉效果进行变换来实现动画。视图动画主要包括平移、缩放、旋转和透明度变化四种类型。在实现位移时，我们主要使用 TranslateAnimation。

视图动画只是对 View 的视觉效果进行变换，并不会真正改变 View 的属性值。动画结束后，View 会回到原来的位置。

4.2 TranslateAnimation 实现位移的源码分析

4.2.1 TranslateAnimation 的创建和启动

import android.os.Bundle;
import android.view.animation.TranslateAnimation;
import android.widget.Button;
import android.widget.ViewAnimator;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

public class ViewAnimationExample extends AppCompatActivity {

    private android.view.View targetView;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_view_animation);

        // 获取要进行位移的 View
        targetView = findViewById(R.id.target_view);

        // 获取触发位移动画的按钮
        Button animateButton = findViewById(R.id.animate_button);
        animateButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(android.view.View v) {
                // 创建一个 TranslateAnimation 对象，从 (0, 0) 平移到 (200, 0)
                TranslateAnimation translateAnimation = new TranslateAnimation(0, 200, 0, 0);
                // 设置动画的持续时间为 1000 毫秒
                translateAnimation.setDuration(1000);
                // 设置动画结束后保留在最终位置
                translateAnimation.setFillAfter(true);
                // 启动动画
                targetView.startAnimation(translateAnimation);
            }
        });
    }
}

在上述代码中，我们通过 TranslateAnimation 的构造函数创建了一个 TranslateAnimation 对象，指定了起始位置和结束位置。然后设置了动画的持续时间和是否保留最终位置，并调用 startAnimation 方法启动动画。

4.2.2 TranslateAnimation 的源码分析

// TranslateAnimation 类继承自 Animation，用于实现平移动画
public class TranslateAnimation extends Animation {
    // 起始的 X 坐标
    private float mFromXDelta;
    // 结束的 X 坐标
    private float mToXDelta;
    // 起始的 Y 坐标
    private float mFromYDelta;
    // 结束的 Y 坐标
    private float mToYDelta;

    // 构造函数，初始化起始和结束坐标
    public TranslateAnimation(float fromXDelta, float toXDelta, float fromYDelta, float toYDelta) {
        mFromXDelta = fromXDelta;
        mToXDelta = toXDelta;
        mFromYDelta = fromYDelta;
        mToYDelta = toYDelta;
    }

    @Override
    protected void applyTransformation(float interpolatedTime, Transformation t) {
        // 获取当前的矩阵
        Matrix matrix = t.getMatrix();
        // 计算当前的 X 偏移量
        float dx = mFromXDelta + ((mToXDelta - mFromXDelta) * interpolatedTime);
        // 计算当前的 Y 偏移量
        float dy = mFromYDelta + ((mToYDelta - mFromYDelta) * interpolatedTime);
        // 对矩阵进行平移操作
        matrix.postTranslate(dx, dy);
    }
}

在 TranslateAnimation 的源码中，构造函数用于初始化起始和结束坐标。applyTransformation 方法在每一帧被调用，根据当前的插值时间计算当前的偏移量，并对矩阵进行平移操作，从而实现 View 的位移。

4.3 视图动画实现位移的优点和缺点

• 优点 ：
  • 使用简单：代码量少，只需要创建动画对象并设置相关属性即可。
  • 性能较好：对于简单的动画效果，视图动画的性能开销相对较小。
• 缺点 ：
  • 不改变属性值：动画结束后，View 会回到原来的位置，不会真正改变 View 的属性值。
  • 功能有限：只能实现一些简单的动画效果，无法实现复杂的动画逻辑。

五、手动修改布局参数实现位移

5.1 手动修改布局参数的基本原理

手动修改布局参数是通过直接修改 View 的 LayoutParams 来改变 View 的位置。LayoutParams 包含了 View 的宽度、高度、边距等布局信息，通过修改这些信息可以实现 View 的位移。

5.2 手动修改布局参数实现位移的源码分析

import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.view.ViewGroup;
import android.widget.Button;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

public class LayoutParamsExample extends AppCompatActivity {

    private View targetView;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_layout_params);

        // 获取要进行位移的 View
        targetView = findViewById(R.id.target_view);

        // 获取触发位移的按钮
        Button moveButton = findViewById(R.id.move_button);
        moveButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                // 获取 targetView 的布局参数
                ViewGroup.MarginLayoutParams layoutParams = (ViewGroup.MarginLayoutParams) targetView.getLayoutParams();
                // 修改布局参数的 leftMargin，实现向右位移
                layoutParams.leftMargin += 200;
                // 设置修改后的布局参数
                targetView.setLayoutParams(layoutParams);
            }
        });
    }
}

在上述代码中，我们通过 getLayoutParams 方法获取 targetView 的布局参数，然后修改 leftMargin 属性，最后调用 setLayoutParams 方法设置修改后的布局参数，从而实现 View 的位移。

5.3 手动修改布局参数实现位移的优点和缺点

• 优点 ：
  • 真正改变位置：可以真正改变 View 的位置，位移效果会保留。
  • 简单直接：代码逻辑简单，易于理解和实现。
• 缺点 ：
  • 性能开销大：每次修改布局参数都会触发 View 的重新布局和绘制，性能开销较大。
  • 不适合频繁位移：对于频繁的位移操作，会导致界面卡顿。

六、触摸事件处理实现位移

6.1 触摸事件处理的基本原理

通过处理触摸事件，根据手指的移动来改变 View 的位置，从而实现位移效果。在 Android 中，触摸事件是通过 MotionEvent 类来表示的，主要包括 ACTION_DOWN（手指按下）、ACTION_MOVE（手指移动）和 ACTION_UP（手指抬起）三种事件。

6.2 触摸事件处理实现位移的源码分析

6.2.1 基本的触摸事件处理

import android.content.Context;
import android.util.AttributeSet;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.View;

public class CustomView extends View {

    private int lastX;
    private int lastY;

    public CustomView(Context context) {
        super(context);
    }

    public CustomView(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
    }

    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
        // 获取当前触摸点的横坐标和纵坐标
        int x = (int) event.getX();
        int y = (int) event.getY();

        switch (event.getAction()) {
            case MotionEvent.ACTION_DOWN:
                // 手指按下时，记录当前触摸点的坐标
                lastX = x;
                lastY = y;
                break;
            case MotionEvent.ACTION_MOVE:
                // 计算手指在水平和垂直方向上的偏移量
                int offsetX = x - lastX;
                int offsetY = y - lastY;
                // 调用 layout 方法，根据偏移量改变 View 的位置
                layout(getLeft() + offsetX, getTop() + offsetY, getRight() + offsetX, getBottom() + offsetY);
                // 更新 lastX 和 lastY 的值
                lastX = x;
                lastY = y;
                break;
            case MotionEvent.ACTION_UP:
                // 手指抬起时，不做处理
                break;
        }
        return true;
    }
}

在上述代码中，我们自定义了一个 CustomView 类，重写了 onTouchEvent 方法来处理触摸事件。在 ACTION_DOWN 事件中，记录当前触摸点的坐标；在 ACTION_MOVE 事件中，计算手指的偏移量，并调用 layout 方法根据偏移量改变 View 的位置；在 ACTION_UP 事件中，不做处理。

6.2.2 使用 offsetLeftAndRight 和 offsetTopAndBottom 方法

import android.content.Context;
import android.util.AttributeSet;
import android.view.MotionEvent;
import android.view.View;

public class CustomView2 extends View {

    private int lastX;
    private int lastY;

    public CustomView2(Context context) {
        super(context);
    }

    public CustomView2(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
    }

    @Override
    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event) {
        // 获取当前触摸点的横坐标和纵坐标
        int x = (int) event.getX();
        int y = (int) event.getY();

        switch (event.getAction()) {
            case MotionEvent.ACTION_DOWN:
                // 手指按下时，记录当前触摸点的坐标
                lastX = x;
                lastY = y;
                break;
            case MotionEvent.ACTION_MOVE:
                // 计算手指在水平和垂直方向上的偏移量
                int offsetX = x - lastX;
                int offsetY = y - lastY;
                // 调用 offsetLeftAndRight 方法，根据偏移量改变 View 在水平方向上的位置
                offsetLeftAndRight(offsetX);
                // 调用 offsetTopAndBottom 方法，根据偏移量改变 View 在垂直方向上的位置
                offsetTopAndBottom(offsetY);
                // 更新 lastX 和 lastY 的值
                lastX = x;
                lastY = y;
                break;
            case MotionEvent.ACTION_UP:
                // 手指抬起时，不做处理
                break;
        }
        return true;
    }
}

在上述代码中，我们同样自定义了一个 CustomView2 类，重写了 onTouchEvent 方法。在 ACTION_MOVE 事件中，使用 offsetLeftAndRight 和 offsetTopAndBottom 方法根据手指的偏移量改变 View 的位置。

6.3 触摸事件处理实现位移的优点和缺点

• 优点 ：
  • 交互性强：用户可以直接通过手指操作来控制 View 的位移，交互体验好。
  • 灵活性高：可以根据不同的触摸手势实现不同的位移效果。
• 缺点 ：
  • 代码复杂：需要处理各种触摸事件，并且要考虑边界情况和手势冲突等问题。
  • 性能问题：频繁的触摸操作可能会导致性能下降。

七、位移的性能优化

7.1 减少重绘和重布局

在实现位移时，频繁的重绘和重布局会导致性能下降。因此，需要尽量减少不必要的重绘和重布局操作。例如，使用属性动画时，只会改变 View 的属性值，不会触发重布局；使用视图动画时，也只是对视觉效果进行变换，不会改变 View 的布局参数。

7.2 使用硬件加速

Android 系统提供了硬件加速功能，可以利用 GPU 来加速 View 的绘制和动画效果。可以通过在 AndroidManifest.xml 文件中为应用或特定的 Activity 设置 android:hardwareAccelerated="true" 来开启硬件加速。

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.displacementexample">

    <application
        android:allowBackup="true"
        android:icon="@mipmap/ic_launcher"
        android:label="@string/app_name"
        android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
        android:supportsRtl="true"
        android:hardwareAccelerated="true"
        android:theme="@style/AppTheme">
        <activity android:name=".MainActivity">
            <intent-filter>
                <action android:name="android.intent.action.MAIN" />

                <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>

</manifest>

7.3 优化触摸事件处理

在处理触摸事件时，需要尽量减少不必要的计算和操作。例如，在 onTouchEvent 方法中，避免进行大量的计算和对象创建，以免影响位移的流畅性。同时，可以使用 Scroller 类来实现平滑的位移，减少手动计算的工作量。

7.4 缓存数据和视图

在实现位移效果时，对于一些需要频繁使用的数据和视图，可以进行缓存，避免重复创建和计算。例如，在一个列表中进行位移操作时，可以缓存列表项的布局参数，减少每次位移时的计算量。

八、总结与展望

8.1 总结

本文从源码级别深入分析了 Android View 的位移原理，涵盖了属性动画、视图动画、手动修改布局参数和触摸事件处理等多种实现位移的方式。

属性动画通过改变 View 的属性值来实现位移，具有灵活性高、真正改变属性值等优点，但代码相对复杂，性能开销较大。视图动画通过对 View 的视觉效果进行变换来实现位移，使用简单，性能较好，但不改变属性值，功能有限。手动修改布局参数可以真正改变 View 的位置，但性能开销大，不适合频繁位移。触摸事件处理实现位移交互性强、灵活性高，但代码复杂，可能存在性能问题。

在实现位移时，需要根据具体的需求和场景选择合适的实现方式，并注意性能优化，以提高应用的流畅性和用户体验。

8.2 展望

随着 Android 技术的不断发展，View 的位移技术也将不断进步和完善。未来，Android View 的位移可能会朝着以下几个方向发展：

8.2.1 更加智能的位移交互

未来的 Android 应用可能会引入更多的智能算法和机器学习技术，实现更加智能的位移交互。例如，根据用户的操作习惯和场景自动调整位移的速度和灵敏度，或者根据内容的重要性和用户的关注度自动展示相关内容。

8.2.2 跨平台的位移效果

随着移动开发的多元化，跨平台开发框架越来越受到开发者的青睐。未来，Android View 的位移效果可能会与跨平台开发框架更好地融合，实现一套代码在多个平台上都能运行的位移效果，提高开发效率。

8.2.3 与虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的结合

VR 和 AR 技术在移动应用中的应用越来越广泛，未来的 Android View 位移可能会与这些技术紧密结合，为用户带来更加沉浸式的位移体验。例如，在 VR 场景中实现更加逼真的位移效果，或者在 AR 应用中实现与现实场景交互的位移效果。

8.2.4 位移性能的进一步提升

随着硬件技术的不断发展，Android 系统的性能也会不断提升。未来的 Android View 位移可能会进一步优化性能，减少内存占用和 CPU 消耗，实现更加流畅和复杂的位移效果。

总之，深入理解 Android View 的位移原理对于开发者来说至关重要。通过不断学习和实践，开发者能够更好地运用位移技术，为用户带来更加优质、流畅和富有创意的应用体验。同时，关注位移技术的发展趋势，不断探索新的应用场景和技术方法，将有助于开发者在未来的移动开发领域中保持竞争力。