HTML动画 request animation frame

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作者:dz45693

在网页中，实现动画无外乎两种方式。
1. CSS3 方式，也就是利用浏览器对CSS3 的原生支持实现动画；
2. 脚本方式，通过间隔一段时间用JavaScript 来修改页面元素样式来实现动画。
接下来我们就分别介绍这两种方式的原理，让大家先对这两种方式有一个直观认识，了解各自的优缺点。

CSS3 的方式下，开发者一般在css 中定义一些包含CSS3 transition 语法的规则。在某些特定情况下，让这些规则发生作用，于是浏览器就会将这些规则应用于指定的DOM元素上，产生动画的效果。这种方式毫无疑问运行效率要比脚本方式高，因为浏览器原生支持，省去了JavaScript 的解释执行负担，有的浏览器（比如Chrome 浏览器）甚至还可以充分利用GPU 加速的优势，进一步增强了动画渲染的性能。不过CSS3 的方式并非完美，也有不少缺点。
首先， CSS3 Transition 对一个动画规则的定义是基于时间和速度曲线（ Speed Curve)的规则。换句话来说，就是CSS3 的动画过程要描述成“在什么时间范围内，以什么样的运动节奏完成动画” 。

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <style>
.sample {
  background: red;
  position: absolute;
  left: 0px;
  width: 100px;
  height: 100px;
  transition-property: left;
  transition-duration: 0.5s;
  transition-timing-function: ease
}
.sample:hover {
  left: 420px;
}
    </style>
  </head>
  <body>
    <div class="sample" />
  </body>
</html>

在上面的例子中， sample 类的元素定义了这样的动画属性：“ left 属性会在0.2 秒内以ease 速度曲线完成动画” 。transition 只定义了动画涉及的属性、时间和速度曲线，并不定义需要修改的具体值。sample 类的left 属性默认值为0 ，当鼠标移到sample 类元素上时， left 属性就拥有新的值420px 。这时候transition 定义的规则发生作用，让left 属性以ease 速度曲线在0.2 秒
的时间完成从0 变成420px 的转化过程，这个过程中，用户看到的就是sample 类元素向右移动420 个像素的动画过程。
因为CSS3 定义动画的方式是基于时间和速度曲线，可能不利于动画的流畅，因为动画是可能会被中途打断的，在上面的例子中，鼠标移到sample 类元素上的时候开始动画，但是在0.2 秒的动画时间内，用户的鼠标可能会移出这个sample 类元素，这时候CSS3 还会以ease 速度曲线的节奏让sample 类元素回到原位。从用户体验角度来说，中途sample 类元素回到原位的动作，语义上是“取消操作”的含义，但却依然以同样的时间和ease 节奏来完成“取消操作”的动画，这并不合理。

时间和速度曲线的不合理是CSS3 先天的属性，更让开发者头疼的就是开发CSS3 规则的过程，尤其是对transition-duration 时间很短的动画调试，因为CSS3 的transition 过程总是一闪而过，捕捉不到中间状态，只能一遍一遍用肉眼去检验动画效果，用CSS3做过复杂动画的开发者肯定都深有体会。虽然CSS3 有这样一些缺点，但是因为其无与伦比的性能，用来处理一些简单的动画还是不错的选择。

相对于CSS3 方式，脚本方式最大的好处就是更强的灵活度，开发者可以任意控制动画的时间长度，也可以控制每个时间点上元素渲染出来的样式，可以更容易做出丰富的动画效果。脚本方式的缺点也很明显，动画过程通过JavaScript 实现，不是浏览器原生支持，消耗的计算资源更多。如果处理不当，动画可能会出现卡顿滞后现象，本来使用动画是为了创造更好的用户体验，如果出现卡顿，反而对用户体验带来不好的影响。最原始的脚本方式就是利用setlnterval 或者setTimeout 来实现，每隔一段时间一个指定的函数被执行来修改界面的内容或者样式，从而达到动画的效果。

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <style>
#sample {
  position: absolute;
  background: red;
  width: 100px;
  height: 100px;
}
    </style>
  </head>
  <body>
    <div id="sample" />
    <script type="text/javascript">
var animatedElement = document.getElementById("sample");
var left = 0;
var timer;
var ANIMATION_INTERVAL = 16;

timer = setInterval(function() {
  left += 10;
  animatedElement.style.left = left + "px";
  if ( left >= 400 ) {
    clearInterval(timer);
  }
}, ANIMATION_INTERVAL);

    </script>
  </body>
</html>

在上面的例子中，有一个常量ANIMATION INTERVAL 定义为16 , setlnterval 以这个常量为间隔，每16 毫秒计算一次sample 元素的left 值，每次都根据时间推移按比例增加left 的值，直到left 大于400 。为什么要选择16 毫秒呢？因为每秒渲染60 帧（也叫60fps, 60 Frame Per Second)会给用户带来足够流畅的视觉体验，一秒钟有1000 毫秒， 1000 /60 =16 ，也就是说，如果我们做到每16 毫秒去渲染一次画面，就能够达到比较流畅的动画效果。对于简单的动画， setlnterval 方式勉强能够及格，但是对于稍微复杂一些的动画，脚本方式就顶不住了，比如渲染一帧要花去超过32 毫秒的时间，那么还用16 毫秒一个间隔的方式肯定不行。实际上，因为一帧渲染要占用网页线程32 毫秒，会导致setlnterval根本无法以16 毫秒间隔调用渲染函数，这就产生了明显的动画滞后感，原本一秒钟完成的动画现在要花两秒钟完成，所以这种原始的setlnterval 方式是肯定不适合复杂的动画的。
出现上面问题的本质原因是setlnterval 和setTimeout 并不能保证在指定时间间隔或者延迟的情况下准时调用指定函数。所以可以换一个思路，当指定函数调用的时候，根据逝去的时间计算当前这一帧应该显示成什么样子，这样即使因为浏览器渲染主线程忙碌导致一帧渲染时间超过16 毫秒，在后续帧谊染时至少内容不会因此滞后，即使达不倒60fps 的效果，也能保证动画在指定时间内完成。

<!DOCTYPE html>
<html>
  <head>
    <style>
#sample {
  position: absolute;
  background: red;
  width: 100px;
  height: 100px;
}
    </style>
  </head>
  <body>
    <div id="sample" />
    <script type="text/javascript">

var lastTimeStamp = new Date().getTime();
function raf(fn) {
  var currTimeStamp = new Date().getTime();
  var delay  = Math.max(0, 16 - (currTimeStamp - lastTimeStamp));
  var handle = setTimeout(function(){
    fn(currTimeStamp);
  }, delay);
  lastTimeStamp = currTimeStamp;
  return handle;
}

var left = 0;
var animatedElement = document.getElementById("sample");
var startTimestamp = new Date().getTime();
function render(timestamp) {
  left += (timestamp - startTimestamp) / 16;
  animatedElement.style.left = left + 'px';
  if (left < 400) {
    raf(render);
  }
}

raf(render);
    </script>
  </body>
</html>

在上面定义的raf 中，接受的fn 函数参数是真正的渲染过程， raf 只是协调渲染的节奏。raf 尽量以每隔16 毫秒的速度去调用传递的fn 参数，如果发现上一次被调用时间和这一次被调用时间相差不足16 毫秒，就会保持16 毫秒一次的渲染间隔继续，如果发现
两次调用时间间隔已经超出了16 毫秒，就会在下一次时钟周期立刻调用fn 。上面的render 函数中根据当前时间和开始动画的时间差来计算sample 元素的left 属性，这样无论render 函数何时被调用，总能够渲染出正确的结果。
最后，我们将render 作为参数传递给raf ，启动了动画过程

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标签： javascript 技术文章开发

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