前端必学的动画实现思路

Posted 2022-06-17 前端开发博客

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了前端必学的动画实现思路相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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前言

一个合理的动画是良好用户体验中必不可少的一部分。我们平常是怎样写动画的？CSS 中的 animation 和 transition，还有 requestAnimationFrame？相信大家写动画的时候心里也是在万马奔腾。今天我们从一个另辟蹊径的角度来探索一个动画实现。

示例

请看下面的示例：

这是一个可添加的数字的随机乱序列表。首先想一想，我们第一直觉可能会这样做：将这些数字的 DOM 节点用绝对定位来布局，数字变化后计算 top、left 的值，再配合 transition 实现该动画。这种方式看似简单，其实内部要维护各种位置信息，所有坐标都需要手动管理，相当繁杂，非常不利于后期扩展。如果这些节点换成高度不固定的图片，那计算量可想而知。

那有没有一种更好的方式实现呢？肯定的，接下来介绍一个金光闪闪的概念：FLIP。

提前预览：

https://minjieliu.github.io/react-flip-demo^[1]

FLIP

FLIP 其实是几个单词的缩写：即 First、Last 、Invert 、Play。

让我们分解一下：

First

涉及动画的元素的初始状态（比如位置、缩放、透明等）。

Last

涉及动画的元素的最终状态。

Invert

这一步为核心，即找出这个元素是如何变化的。例如该元素在 First 和 Last 之间向右移动了 50px，你就需要在 X 方向 translateX(-50px)，使元素看起来在 First 位置。

这里有一个知识点值得注意，DOM 元素属性的改变（比如 left、right、transform 等），会被集中起来延迟到浏览器下一帧统一渲染，所以我们可以得到一个这样的中间时间点：DOM 位置信息改变了，而浏览器还没渲染^[2]。也就意味着在一定的时间内，我们能获取 DOM 改变后的位置，但在浏览器中位置还未改变。经测试，这个过程超过 10ms 就显得不稳定了。因此 setTimeout(fn, 0)、 React useEffect 和 Vue $nextTick 都可以实现 Invert 过程。

Play

即从 Invert 回到最终状态，有了两个点的位置信息，中间的过渡动画就可以使用 transition 实现。本文采用 Web Animation API^[3] 实现，动画执行过程中不会添加 CSS 到 DOM 上，相当干净。

实现

这里主要使用 React 方式实现该效果，其他框架原理都一样可参考。

一个列表，将子元素 5 列为一行：

.list 
  display: flex;
  flex-wrap: wrap;
  width: 400px;


.item 
  display: flex;
  align-items: center;
  justify-content: center;
  width: 80px;
  height: 80px;
  border: 1px solid #eee;

function ListShuffler() 
  const [data, setData] = useState([0, 1, 2, 3, 4, 5]);

  const listRef = useRef<htmlDivElement>(null);

  return (
    <div className=styles.list ref=listRef>
      data.map((item) => (
        <div key=item className=styles.item>
          item
        </div>
      ))
    </div>
  );

首先，我们需要记录 First 和 Last 的位置信息，并用来计算 Invert 偏移差，因此用 Map 对象来存储最合适不过了，有了这个方法，我们就可以用它来生成前后快照：

function createChildElementRectMap(nodes: HTMLElement | null | undefined) 
  if (!nodes) 
    return new Map();
  
  const elements = Array.from(nodes.childNodes) as HTMLElement[];
  // 使用节点作为 Map 的 key 存储当前快照，下次直接用 node 引用取值，相当方便
  return new Map(elements.map((node) => [node, node.getBoundingClientRect()]));

点击添加的时候记录 First 快照：

// 使用 ref 存储 DOM 之前的位置信息
const lastRectRef = useRef<Map<HTMLElement, DOMRect>>(new Map());

function handleAdd() 
  // 添加一条到顶部，让后面节点运动
  setData((prev) => [prev.length, ...prev]);
  // 并存储改变前的 DOM 快照
  lastRectRef.current = createChildElementRectMap(listRef.current);

接下来 DOM 更新后还需要改变后的快照，在 React 中，无论是 useEffect 还是 useLayoutEffect 这里都可以拿到：

useLayoutEffect(() => 
  // 改变后的 DOM 快照，此时 UI 并未更新
  const currentRectMap = createChildElementRectMap(listRef.current);
, [data]);

现在，我们就可以把之前的快照进行遍历，实现 Invert 并 Play：

// 遍历之前的快照
lastRectRef.current.forEach((prevRect, node) => 
  // 前后快照的 DOM 引用一样，可以直接获取
  const currentRect = currentRectMap.get(node);

  // Invert
  const invert = 
    left: prevRect.left - currentRect.left,
    top: prevRect.top - currentRect.top,
  ;

  const keyframes = [
    
      transform: `translate($invert.leftpx, $invert.toppx)`,
    ,
     transform: 'translate(0, 0)' ,
  ];

  // Play 执行动画
  node.animate(keyframes, 
    duration: 800,
    easing: 'cubic-bezier(0.25, 0.8, 0.25, 1)',
  );
);

大功告成！这里每个节点有单独的动画，各个节点之间互不冲突。也就是说无论节点位置多么复杂，处理起来都能从容应对。

比如图片乱序只需要从 lodash 引入 shuffle 修改数据就可以完美实现展现。

import  shuffle  from 'lodash-es';

function shuffleList() 
  setData(shuffle);
  // 并存储改变前的 DOM 快照
  lastRectRef.current = createChildElementRectMap(listRef.current);

以上总体思路就是 First -> Last -> Invert -> Play 的一个变换过程。预览下：

你发现没有，每次做完操作都需要手动更新快照，作为开发者不能忍，我们要懒到极致，好好封装一下。

直白需求：

数据变化后自动执行动画
可以不关心任何动画逻辑
不要限制 DOM 结构
用法要简单
性能要好

开干！

在 React 更新模型中，执行顺序为：setState -> render -> layoutEffect。因此可以把 setState 生成快照的步骤放到 render 中，从而与操作解耦。（如果放到 useLayoutEffect 中动画频繁会出现位置计算不准确的问题）

useMemo(() => 
  // render 时立即执行
  lastRectRef.current.forEach((item) => 
    item.rect = item.node.getBoundingClientRect();
  );
, [data]);

加上之前 useLayoutEffect 那部分逻辑，我们可以抽到一个独立组件中（Flipper），用 flipKey 来控制，只要 flipKey 变化就执行动画，即实现 1、2 两点。

Flipper.tsx

export default function Flipper( flipKey, children : FlipperProps) 
  const lastRectRef = useRef<Map<number, FlipItemType>>(new Map());
  const uniqueIdRef = useRef(0);

  // 通过 ref 创建函数，传递 context 避免引起穿透渲染
  const fnRef = useRef<IFlipContext>(
    add(flipItem) 
      lastRectRef.current.set(flipItem.flipId, flipItem);
    ,
    remove(flipId) 
      lastRectRef.current.delete(flipId);
    ,
    nextId() 
      return (uniqueIdRef.current += 1);
    ,
  );

  useMemo(() => 
    lastRectRef.current.forEach((item) => 
      item.rect = item.node.getBoundingClientRect();
    );
  , [flipKey]);

  useLayoutEffect(() => 
    const currentRectMap = new Map<number, DOMRect>();
    lastRectRef.current.forEach((item) => 
      currentRectMap.set(item.flipId, item.node.getBoundingClientRect());
    );

    lastRectRef.current.forEach(() => 
      // 之前的 FLIP 代码
    );
  , [flipKey]);

  return <FlipContext.Provider value=fnRef>children</FlipContext.Provider>;

最开始的方式是通过原生方法遍历 DOM，因此我们只能限制子节点一个层级，并且操作方式也脱离的 React 的编写模型，加以改进可以使用 Context 来通信存储：

FlipContext.ts

import React,  createContext  from 'react';

export type FlipItemType = 
  // 子组件的唯一标识
  flipId: number;
  // 子组件通过 ref 获取的节点
  node: HTMLElement;
  // 子组件的位置快照
  rect?: DOMRect;
;

export interface IFlipContext 
  // mount 后执行 add
  add: (item: FlipItemType) => void;
  // unout 后执行 remove
  remove: (flipId: number) => void;
  // 自增唯一 id
  nextId: () => number;


export const FlipContext = createContext(
  undefined as unknown as React.MutableRefObject<IFlipContext>,
);

最后则是要实现采集每个动画元素的节点。将动画的节点使用自定义组件 Flipped 包裹并 cloneElement(children ref ) 劫持 ref，mount 时将子组件 ref 添加到 Context，unmount 时则移除。react-photo-view^[4] 的封装方式也是如此。即实现 3、4 两点。

Flipped.tsx

import React, 
  cloneElement,
  memo,
  useContext,
  useLayoutEffect,
  useRef,
 from 'react';
import  FlipContext  from './FlipContext';

export interface FlippedProps 
  children: React.ReactElement;
  innerRef?: React.RefObject<HTMLElement>;


function Flipped( children, innerRef : FlippedProps) 
  // Flipper.tsx 将 ref 通过 Context 传递，避免穿透渲染
  const ctxRef = useContext(FlipContext);
  const ref = useRef<HTMLElement>(null);
  const currentRef = innerRef || ref;

  useLayoutEffect(() => 
    const ctx = ctxRef.current;
    const node = currentRef.current;
    // 生成唯一 ID
    const flipId = ctx.nextId();

    if (node) 
      // mount 后添加节点
      ctx.add( flipId, node );
    

    return () => 
      // unmout 后删除节点
      ctx.remove(flipId);
    ;
  , []);

  return cloneElement(children,  ref: currentRef );


export default memo(Flipped);

好了，看一下如何使用，一共就两个 API，从原本的 JSX 只需包裹一下就有动画了：

<Flipper flipKey=data>
  <div className=styles.list>
    data.map((item) => (
      <Flipped key=item>
        <div className=styles.item>item</div>
      </Flipped>
    ))
  </div>
</Flipper>

是不是超简单！最后，还剩性能问题一个非常重要的指标。因为每个节点都是独立的动画，数据量大了之后渲染肯定卡顿。经过测试，5000 个 DIV 节点的数字数组的随机动画完成更新时间为大约 2 秒，这是很不能接受的。我们可以只允许屏幕内的节点有动画，其他节点就跳过，只需要稍微判断一下两个状态都不在屏幕内就好了，这可以节约 2 / 3 的时间：

const isLastRectOverflow =
  rect.right < 0 ||
  rect.left > innerWidth ||
  rect.bottom < 0 ||
  rect.top > innerHeight;

const isCurrentRectOverflow =
  currentRect.right < 0 ||
  currentRect.left > innerWidth ||
  currentRect.bottom < 0 ||
  currentRect.top > innerHeight;

if (isLastRectOverflow && isCurrentRectOverflow) 
  return;


// node.animate() ...

记得之前 react-beautiful-dnd^[5] 库刚出来的时候拖拽动画迷倒了不少人。但是现在有了 FLIP 再配合 react-dnd^[6] 就可以轻松实现此类动画，功能上就更是属于碾压状态。而 react-motion^[7] 之类的动画库实现该动画就繁杂很多，因为它用的是绝对定位控制的类型。下面的例子仅仅用刚封装的 Flipper 包裹了一下：