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前端必学的动画实现思路!

2023-02-28

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?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

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?

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​​​

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[1]。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[2] 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;
}
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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>
 );
}
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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 Mapkey 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()]));
}
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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);
}
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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]);
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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.left}px, ${invert.top}px)`,
   },
   { transform: 'translate(0, 0)' },
 ];
 // Play 执行动画
 node.animate(keyframes, {
   duration: 800,
   easing: 'cubic-bezier(0.25, 0.8, 0.25, 1)',
 });
});
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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);
}
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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:

  1. 数据变化后自动执行动画
  2. 可以不关心任何动画逻辑
  3. 不要限制 DOM 结构
  4. 用法要简单
  5. 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]);
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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>;
}
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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>,
);
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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[3] 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.tsxref 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);
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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>
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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() ...
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记得之前 react-beautiful-dnd[4] 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[5] 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[6] 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:

以下是源码:

https://github.com/MinJieLiu/react-flip-demo 其中里面的 Flipper 组件目录可以直接拷贝到项目中使用,100 来行代码相当轻量 🤭。

注意:Web Animation 只兼容 Chrome 75 以上,兼容古董浏览器可以考虑 Web Animations API polyfill[7]。

现成的方案

什么?你有更复杂的动画需求,自己不想动手,可以看看这个,支持更多特性

react-flip-toolkit[8] 一款有 3.4K Star FLIP 的库。实现了你所能想到的功能。

交错效果:

嵌套比例变换:

以及更多

  • Guitar 商城[9]
  • React-flip-toolkit logo[10]
  • 使用 Portals[11]

结语

相信这种动画思路肯定能大幅度简化编写动画的门槛,想起自己以前傻傻的用绝对定位计算位置,真是可笑可笑~ 😂😂