Android Lottie动画库研究

随着移动互联网的发展，越来越多的移动 APP 都会从交互视觉方面来提升用户体验，其中提供炫酷的动画效果是一个经常使用的方法。然而，众所周知，Android平台中的动画效果的实现一直以来都存在一些痛点，而这些痛点也给 Android平台应用上实现丰富动画效果带来了非常大的困难。本文将会提及一种更先进的动画框架，通过这个框架可以方便实现各种炫酷的动画效果，而且相比传统动画效果实现方法，有非常大的优势，各位看官，不要着急，请接着慢慢往下看！

一. 传统动效实现

传统动画效果的实现方法，归纳总结起来，大概有这么几种方案：

1. 代码实现

通过 Android 系统提供的动画接口，通过代码来实现动画效果，一般情况下，这种动画效果都是比较简单的，例如实现一个简单的平移、绽放，旋转等，如果这三种效果组合起来，将会变得非常复杂，因此，代码实现一般也仅适用于简单动效的开发，如果太复杂的动效的话，那么投入产出比将会严重不平衡。

通过代码实现，也又分两种：

纯代码实现：使用 Animation 类或 Property Animation 来实现。
序列帧实现：设计师提供一系列的序列帧图片，开发者将这些图片封装成 xml animation，然后在代码中加载该 xml，从而实现动画效果。

这种方式的实现的缺点：

不灵活：代码实现复杂，动画效果的更改，将更改代码。
开发效率低下：需要多次调试和修改，才能达到最终的实现效果。
内存开销大：序列帧是多张图片实现，内存开销大。

2. Gif 动态图

通过 Gif 图片可以实现动效，但是最大的问题是：

内存大
不能控制动画，例如暂停，开始

3. 小视频

播放一个轻量的小视频，这种也能达到效果，但最大的问题是：

兼容性，视频播放特殊性可能引发兼容的问题
View 不好控制，可能会影响到音频等

总结起来，传统动效实现的流程如下：

视觉出设计稿 ——> 输出 n 张图 ——> 研发实现序列帧 ——> 运行看效果/适配 ——> 调整代码再看效果 ——> ...

所下图所示：

由此可以看出，开发者实现一个动画非常繁琐复杂，而且每增加一种动画，需要重新开发。

二. 传统动效实现的缺点

综合看来，以上几种方案都有非常明显的缺点，再次概括一下，传统动画效果的缺点有

1. 效率低

设计师要出多终序列帧图片，工作量大；研发需要针对这些序列帧来实现，反复调试，开发工作量大，从而导致一个动画效果的实现的整体效率非常低。

2. 不灵活

要更新一个动画，需要研发再次修改代码，再反复调试，非常不灵活。

那针对这些问题，有没有一种能全新的解决方案来解决这些问题，使动画效果的实现更加优雅更高效呢？接下来就是本文的重点 —— Airbnb Lottie 动画库登场！

三. Airbnb Lottie动画框架的实

关于 lottie（github.com/airbnb/lott… ），它提供了优雅的解决方案，通过这个框架，可以做出非常丰富的炫酷的动画效果。先来看一下官方的效果图：

1. 基于 lottie 动效实现流程

第一步： 设计师设计动画效果，再通过插件（Adobe After Effects）将动画效果导出成一个动画描述文件
第二步： 将这个动画描述文件，预置在应用的 assets 目录下，通过lottie框架加载这些动画文件。
第三步： 运行，查看效果

概括起来，如下图所示：

2. Lottie的优势

相比传统的实现方案，具备非常大的优势。

a) 高效

开发者一次开发，可以多次复用，不需要再去写各种具体的动画相关的代码。设计师设计好动画效果之后，导出文件即可。

b) 灵活

由于动画通过文件来描述，替换不同的文件，将会得到不同的动画效果，动效的更新或升级，将非常灵活。

c) 数据源多样性

既然是加载动画描述文件，那么这个文件就可以从任意地方来，assets、sdcard、network都是可以的。从网络加载动画描述文件，将能做到不发版的情况下，动态更新动效。可以从网络下载动画文件，从而可以快速做A/B test。

d) 跨平台

动画文件可以应用于 Android、iOS、React Native，这样设计师只需出一份动效设计稿就行，不用区分平台。

不同的动画效果，只需要做一次开发即可

四. Lottie实现原理

1. 开发流程图

2. 实现原理

Lottie使用json文件来作为动画数据源，json文件是通过Bodymovin插件导出的，查看sample中给出的json文件，其实就是把图片中的元素进行来拆分，并且描述每个元素的动画执行路径和执行时间。Lottie的功能就是读取这些数据，然后绘制到屏幕上。

Lottie 提供了一个 LottieAnimationView 给用户使用，而实际 Lottie 的核心是 LottieDrawable，它承载了所有的绘制工作，LottieAnimationView则是对LottieDrawable 的封装，再附加了一些例如解析的功能。

LottieComposition 是对应的 Model，承载的所有信息。
CompositionLayer 是 layer 的集合。
ImageAssetBitmapManager 负责管理动画所需的图片资源。

它们的关系：

3. 数据解析

首先要解析json，建立数据到对象的映射，然后根据数据对象创建合适的Drawable绘制到view上，动画的实现可以通过操作读取到的元素完成。

具体过程如下所示：

json文件 ——> Componsition ——> Drawable ——> View

通过如下3个核心类来来完成整个工作流程，因而使用起来比较简单。以下是三个比较核心的类的说明：

LottieComposition (json->数据对象)

Lottie使用LottieComposition来作为After Effects的数据对象，即把Json文件映射为到LottieComposition，该类中提供了解析json的静态方法。

LottieDrawable (数据对象->Drawable)

这个类是最上层使用的重要的一个类，动画的绘制就是由这个类来实现。

LottieAnimationView（绘制）

操作集合，LottieAnimationView 继承自 AppCompatImageView，封装了一些动画的操作，具体的绘制时委托为 LottieDrawable 完成的。

数据的解析，主要参考 LottieComposition.fromJsonSync 方法：

    static LottieComposition fromJsonSync(Resources res, JSONObject json) {
      Rect bounds = null;
      float scale = res.getDisplayMetrics().density;
      int width = json.optInt("w", -1);
      int height = json.optInt("h", -1);

      if (width != -1 && height != -1) {
        int scaledWidth = (int) (width * scale);
        int scaledHeight = (int) (height * scale);
        bounds = new Rect(0, 0, scaledWidth, scaledHeight);
      }

      long startFrame = json.optLong("ip", 0);
      long endFrame = json.optLong("op", 0);
      int frameRate = json.optInt("fr", 0);
      LottieComposition composition =
          new LottieComposition(bounds, startFrame, endFrame, frameRate, scale);
      JSONArray assetsJson = json.optJSONArray("assets");
      parseImages(assetsJson, composition);
      parsePrecomps(assetsJson, composition);
      parseLayers(json, composition);
      return composition;
    }
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还有 parseImages、parsePrecomps、 parseLayers 这几个方法。

4. JSON文件的属性含义

动画描述文件是通过 bodymovin 插件导出来的，里面包含了动画的一切信息，包括了帧率，动画形态，如何做动画等。接下来将简单说明一下动画描述文件中的主要属性。

最外部结构：

{
  "v": "4.6.2",
  "fr": 25,
  "ip": 0,
  "op": 1000,
  "w": 720,
  "h": 800,
  "nm": "合成 1",
  "ddd": 0,
  "assets":[],
  "layers":[]
}
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属性的含义：

属性	含义
v	bodymovin的版本
fr	帧率
ip	起始关键帧
op	结束关键帧
w	动画宽度
h	动画高度
assets	动画图片资源信息
layers	动画图层信息

从这里可以获取设计的动画的宽高，帧相关的信息，动画所需要的图片资源的信息以及图层信息。

assets

图片资源信息, 相关类 LottieImageAsset、 ImageAssetBitmapManager。

"assets": [
    {
      "id": "image_0",
      "w": 58,
      "h": 31,
      "u": "images/",
      "p": "img_0.png"
    }
}
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属性的含义：

属性	含义
id	图片id
w	图片宽度
h	图片高度
p	图片名称

layers

图层信息，相关类：Layer、BaseLayer以及 BaseLayer 的实现类。

{
    "ddd": 0,
    "ind": 0,
    "ty": 2,
    "nm": "btnSlice.png",
    "cl": "png",
    "refId": "image_0",
    "ks": {....},
    "ao": 0,
    "ip": 0,
    "op": 90.0000036657751,
    "st": 0,
    "bm": 0,
    "sr": 1
}
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属性	含义
nm	layerName 图层信息
refId	引用的资源 id,如果是 ImageLayer 那么就是图片的id
ty	layertype 图层类型
ip	inFrame 该图层起始关键帧
op	outFrame 该图层结束关键帧
st	startFrame 开始
ind	layer id 图层 id

Layer 可以理解为图层，跟 PS 等工具的概念相同，每个 Layer 负责绘制自己的内容。

在 Lottie 里拥有不同的 Layer，目前有 PreComp,Solid,Image,Null,Shape,Text ，各个 Layer 拥有的属性各不相同，这里只指出共有的属性。

下图为 Layer 相关类图：

5. 动画如何动起来的？

还有一个问题，动画是如何动起来的呢？这里用到了属性动画来产生一个0～1的插值，根据不同的插值来播放不同帧的动画，说白了，就是调用 setProgress(float) 来做动画。代码如下：

private final ValueAnimator animator = ValueAnimator.ofFloat(0f, 1f);

public LottieDrawable() {
    animator.setRepeatCount(0);
    animator.setInterpolator(new LinearInterpolator());
    animator.addUpdateListener(new ValueAnimator.AnimatorUpdateListener() {
      @Override public void onAnimationUpdate(ValueAnimator animation) {
        if (systemAnimationsAreDisabled) {
          animator.cancel();
          setProgress(1f);
        } else {
          setProgress((float) animation.getAnimatedValue());
        }
      }
    });
  }
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6. lottie适配原理

内部适配逻辑如下：

static LottieComposition fromJsonSync(Resources res, JSONObject json) {
      Rect bounds = null;
      float scale = res.getDisplayMetrics().density;
      int width = json.optInt("w", -1);
      int height = json.optInt("h", -1);

      if (width != -1 && height != -1) {
        int scaledWidth = (int) (width * scale);
        int scaledHeight = (int) (height * scale);
        bounds = new Rect(0, 0, scaledWidth, scaledHeight);
      }
      ...
}
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LottieAnimationView#setComposition:

public void setComposition(@NonNull LottieComposition composition) {
    if (L.DBG) {
      Log.v(TAG, "Set Composition \n" + composition);
    }
    lottieDrawable.setCallback(this);

    boolean isNewComposition = lottieDrawable.setComposition(composition);
    if (!isNewComposition) {
      // We can avoid re-setting the drawable, and invalidating the view, since the composition
      // hasn't changed.
      return;
    }

    int screenWidth = Utils.getScreenWidth(getContext());
    int screenHeight = Utils.getScreenHeight(getContext());
    int compWidth = composition.getBounds().width();
    int compHeight = composition.getBounds().height();
    if (compWidth > screenWidth ||
        compHeight > screenHeight) {
      float xScale = screenWidth / (float) compWidth;
      float yScale = screenHeight / (float) compHeight;

      float maxScaleForScreen = Math.min(xScale, yScale);
      setScale(Math.min(maxScaleForScreen, lottieDrawable.getScale()));

      Log.w(L.TAG, String.format(
          "Composition larger than the screen %dx%d vs %dx%d. Scaling down.",
          compWidth, compHeight, screenWidth, screenHeight));
    }

    ...
  }
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7. 播放动画时序图

播放动画的时序图如下所示：

其中 BaseKeyframeAnimation 类是比较核心的，它根据当前的 progress，来计算所需要的值。关于 BaseKeyframeAnimation 的继承关系图如下：

五. lottie vs keyframes

lottie由 Airbnb 出品，而keyframes由 facebook 出品，这两个库实现效果都差不多。据 lottie 官网说功能比 keyframes 强大一些。感兴趣的看官可以去深入研究一下。

关于 keyframes 的介绍，请参考：
facebookincubator.github.io/Keyframes/

六. 后续思考

1. 更酷的用户引导

App的用户引导完成可以用 lottie 来实现，界面的图形可以跟随手势滑动而变化，这样的体验会更好，更新颖。

2. 动效工具

完全可以开发一个预览动效的工具，提供给视觉设计师，比如，带一个二维码扫描功能，设计师设计好动效后，用这个app扫描二维码，把动画描述文件下载到本地，就可以立即看到动画在App中的效果是什么样。

3. 更多动效成为可能

基于这样的动画框架，App中可以实现更多更丰富的动画效果，这将会大大提升用户体验。