在Web应用中，实现动画效果的方法比较多，Javascript 中可以通过定时器 setTimeout 来实现，css3 可以使用 transition 和 animation 来实现，html5 中的 canvas 也可以实现。除此之外，html5 还提供一个专门用于请求动画的API，那就是 requestAnimationFrame，顾名思义就是请求动画帧。为了深入理解 requestAnimationFrame 背后的原理，我们首先需要了解一下与之相关的几个概念：

1、屏幕刷新频率

即图像在屏幕上更新的速度，也即屏幕上的图像每秒钟出现的次数，它的单位是赫兹(Hz)。对于一般笔记本电脑，这个频率大概是60Hz，可以在桌面上右键->屏幕分辨率->高级设置->监视器中查看和设置。这个值的设定受屏幕分辨率、屏幕尺寸和显卡的影响，原则上设置成让眼睛看着舒适的值都行。

市面上常见的显示器有两种，即CRT和LCD， CRT就是传统显示器，LCD就是我们常说的液晶显示器。

CRT是一种使用阴极射线管的显示器，屏幕上的图形图像是由一个个因电子束击打而发光的荧光点组成，由于显像管内荧光粉受到电子束击打后发光的时间很短，所以电子束必须不断击打荧光粉使其持续发光。电子束每秒击打荧光粉的次数就是屏幕刷新频率。

而对于LCD来说，则不存在刷新频率的问题，它根本就不需要刷新。因为LCD中每个像素都在持续不断地发光，直到不发光的电压改变并被送到控制器中，所以LCD不会有电子束击打荧光粉而引起的闪烁现象。

因此，当你对着电脑屏幕什么也不做的情况下，显示器也会以每秒60次的频率正在不断的更新屏幕上的图像。为什么你感觉不到这个变化？那是因为人的眼睛有视觉停留效应，即前一副画面留在大脑的印象还没消失，紧接着后一副画面就跟上来了，这中间只间隔了16.7ms(1000/60≈16.7)，所以会让你误以为屏幕上的图像是静止不动的。而屏幕给你的这种感觉是对的，试想一下，如果刷新频率变成1次/秒，屏幕上的图像就会出现严重的闪烁，这样就很容易引起眼睛疲劳、酸痛和头晕目眩等症状。

2、动画原理

根据上面的原理我们知道，你眼前所看到图像正在以每秒60次的频率刷新，由于刷新频率很高，因此你感觉不到它在刷新。而动画本质就是要让人眼看到图像被刷新而引起变化的视觉效果，这个变化要以连贯的、平滑的方式进行过渡。那怎么样才能做到这种效果呢？

刷新频率为60Hz的屏幕每16.7ms刷新一次，我们在屏幕每次刷新前，将图像的位置向左移动一个像素，即1px。这样一来，屏幕每次刷出来的图像位置都比前一个要差1px，因此你会看到图像在移动；由于我们人眼的视觉停留效应，当前位置的图像停留在大脑的印象还没消失，紧接着图像又被移到了下一个位置，因此你才会看到图像在流畅的移动，这就是视觉效果上形成的动画。

3、setTimeout

理解了上面的概念以后，我们不难发现，setTimeout 其实就是通过设置一个间隔时间来不断的改变图像的位置，从而达到动画效果的。但我们会发现，利用seTimeout实现的动画在某些低端机上会出现卡顿、抖动的现象。这种现象的产生有两个原因：

setTimeout的执行时间并不是确定的。在Javascript中， setTimeout 任务被放进了异步队列中，只有当主线程上的任务执行完以后，才会去检查该队列里的任务是否需要开始执行，因此 setTimeout 的实际执行时间一般要比其设定的时间晚一些。
刷新频率受屏幕分辨率和屏幕尺寸的影响，因此不同设备的屏幕刷新频率可能会不同，而 setTimeout只能设置一个固定的时间间隔，这个时间不一定和屏幕的刷新时间相同。

以上两种情况都会导致setTimeout的执行步调和屏幕的刷新步调不一致，从而引起丢帧现象。那为什么步调不一致就会引起丢帧呢？

首先要明白，setTimeout的执行只是在内存中对图像属性进行改变，这个变化必须要等到屏幕下次刷新时才会被更新到屏幕上。如果两者的步调不一致，就可能会导致中间某一帧的操作被跨越过去，而直接更新下一帧的图像。假设屏幕每隔16.7ms刷新一次，而setTimeout每隔10ms设置图像向左移动1px，就会出现如下绘制过程：

第0ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout也未执行，等待中；
第10ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout开始执行并设置图像属性left=1px；
第16.7ms: 屏幕开始刷新，屏幕上的图像向左移动了1px， setTimeout 未执行，继续等待中；
第20ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout开始执行并设置left=2px;
第30ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout开始执行并设置left=3px;
第33.4ms:屏幕开始刷新，屏幕上的图像向左移动了3px， setTimeout未执行，继续等待中；
…

从上面的绘制过程中可以看出，屏幕没有更新left=2px的那一帧画面，图像直接从1px的位置跳到了3px的的位置，这就是丢帧现象，这种现象就会引起动画卡顿。

4、requestAnimationFrame

与setTimeout相比，requestAnimationFrame最大的优势是由系统来决定回调函数的执行时机。具体一点讲，如果屏幕刷新率是60Hz,那么回调函数就每16.7ms被执行一次，如果刷新率是75Hz，那么这个时间间隔就变成了1000/75=13.3ms，换句话说就是，requestAnimationFrame的步伐跟着系统的刷新步伐走。它能保证回调函数在屏幕每一次的刷新间隔中只被执行一次，这样就不会引起丢帧现象，也不会导致动画出现卡顿的问题。

这个API的调用很简单，如下所示：

var progress = 0;

//回调函数

function render() {

    progress += 1; //修改图像的位置

    if (progress < 100) {

           //在动画没有结束前，递归渲染

           window.requestAnimationFrame(render);

    }

}

//第一帧渲染

window.requestAnimationFrame(render);

除此之外，requestAnimationFrame还有以下两个优势：

CPU节能：使用setTimeout实现的动画，当页面被隐藏或最小化时，setTimeout 仍然在后台执行动画任务，由于此时页面处于不可见或不可用状态，刷新动画是没有意义的，完全是浪费CPU资源。而requestAnimationFrame则完全不同，当页面处理未激活的状态下，该页面的屏幕刷新任务也会被系统暂停，因此跟着系统步伐走的requestAnimationFrame也会停止渲染，当页面被激活时，动画就从上次停留的地方继续执行，有效节省了CPU开销。

函数节流：在高频率事件(resize,scroll等)中，为了防止在一个刷新间隔内发生多次函数执行，使用requestAnimationFrame可保证每个刷新间隔内，函数只被执行一次，这样既能保证流畅性，也能更好的节省函数执行的开销。一个刷新间隔内函数执行多次时没有意义的，因为显示器每16.7ms刷新一次，多次绘制并不会在屏幕上体现出来。

5、优雅降级

由于requestAnimationFrame目前还存在兼容性问题，而且不同的浏览器还需要带不同的前缀。因此需要通过优雅降级的方式对requestAnimationFrame进行封装，优先使用高级特性，然后再根据不同浏览器的情况进行回退，直止只能使用setTimeout的情况。下面的代码就是有人在github上提供的polyfill，详细介绍请参考github代码 requestAnimationFrame（https://github.com/darius/requestAnimationFrame）

if (!Date.now)

    Date.now = function() { return new Date().getTime(); };

(function() {

    'use strict';



    var vendors = ['webkit', 'moz'];

    for (var i = 0; i < vendors.length && !window.requestAnimationFrame; ++i) {

        var vp = vendors[i];

        window.requestAnimationFrame = window[vp+'RequestAnimationFrame'];

        window.cancelAnimationFrame = (window[vp+'CancelAnimationFrame']

                                   || window[vp+'CancelRequestAnimationFrame']);

    }

    if (/iP(ad|hone|od).*OS 6/.test(window.navigator.userAgent) // iOS6 is buggy

        || !window.requestAnimationFrame || !window.cancelAnimationFrame) {

        var lastTime = 0;

        window.requestAnimationFrame = function(callback) {

            var now = Date.now();

            var nextTime = Math.max(lastTime + 16, now);

            return setTimeout(function() { callback(lastTime = nextTime); },

                              nextTime - now);

        };

        window.cancelAnimationFrame = clearTimeout;

    }

}());
与setTimeout和setInterval不同，requestAnimationFrame不需要设置时间间隔。这有什么好处呢？为什么requestAnimationFrame被称为神器呢？本文将详细介绍HTML5新增的定时器requestAnimationFrame

引入

　　计时器一直是javascript动画的核心技术。而编写动画循环的关键是要知道延迟时间多长合适。一方面，循环间隔必须足够短，这样才能让不同的动画效果显得平滑流畅；另一方面，循环间隔还要足够长，这样才能确保浏览器有能力渲染产生的变化

　　大多数电脑显示器的刷新频率是60Hz，大概相当于每秒钟重绘60次。大多数浏览器都会对重绘操作加以限制，不超过显示器的重绘频率，因为即使超过那个频率用户体验也不会有提升。因此，最平滑动画的最佳循环间隔是1000ms/60，约等于16.6ms

　　而setTimeout和setInterval的问题是，它们都不精确。它们的内在运行机制决定了时间间隔参数实际上只是指定了把动画代码添加到浏览器UI线程队列中以等待执行的时间。如果队列前面已经加入了其他任务，那动画代码就要等前面的任务完成后再执行

　　requestAnimationFrame采用系统时间间隔，保持最佳绘制效率，不会因为间隔时间过短，造成过度绘制，增加开销；也不会因为间隔时间太长，使用动画卡顿不流畅，让各种网页动画效果能够有一个统一的刷新机制，从而节省系统资源，提高系统性能，改善视觉效果

特点

　　【1】requestAnimationFrame会把每一帧中的所有DOM操作集中起来，在一次重绘或回流中就完成，并且重绘或回流的时间间隔紧紧跟随浏览器的刷新频率

　　【2】在隐藏或不可见的元素中，requestAnimationFrame将不会进行重绘或回流，这当然就意味着更少的CPU、GPU和内存使用量

　　【3】requestAnimationFrame是由浏览器专门为动画提供的API，在运行时浏览器会自动优化方法的调用，并且如果页面不是激活状态下的话，动画会自动暂停，有效节省了CPU开销

使用

　　requestAnimationFrame的用法与settimeout很相似，只是不需要设置时间间隔而已。requestAnimationFrame使用一个回调函数作为参数，这个回调函数会在浏览器重绘之前调用。它返回一个整数，表示定时器的编号，这个值可以传递给cancelAnimationFrame用于取消这个函数的执行
requestID = requestAnimationFrame(callback); 
//控制台输出1和0
var timer = requestAnimationFrame(function(){
    console.log(0);
}); 
console.log(timer);//1
　　cancelAnimationFrame方法用于取消定时器
//控制台什么都不输出
var timer = requestAnimationFrame(function(){
    console.log(0);
}); 
cancelAnimationFrame(timer);
　　也可以直接使用返回值进行取消
var timer = requestAnimationFrame(function(){
    console.log(0);
}); 
cancelAnimationFrame(1);
兼容

　　IE9-浏览器不支持该方法，可以使用setTimeout来兼容

【简单兼容】
if (!window.requestAnimationFrame) {
    requestAnimationFrame = function(fn) {
        setTimeout(fn, 17);
    };    
}
【严格兼容】
if(!window.requestAnimationFrame){
    var lastTime = 0;
    window.requestAnimationFrame = function(callback){
        var currTime = new Date().getTime();
        var timeToCall = Math.max(0,16.7-(currTime - lastTime));
        var id  = window.setTimeout(function(){
            callback(currTime + timeToCall);
        },timeToCall);
        lastTime = currTime + timeToCall;
        return id;
    }
}
if (!window.cancelAnimationFrame) {
    window.cancelAnimationFrame = function(id) {
        clearTimeout(id);
    };
}
应用

　　现在分别使用setInterval、setTimeout和requestAnimationFrame这三个方法制作一个简单的进制度效果

【1】setInterval
<div id="myDiv" style="width: 0;height: 20px;line-height: 20px;">0%</div>
<button id="btn">run</button>
<script>
var timer;
btn.onclick = function(){
    clearInterval(timer);
    myDiv.style.width = '0';
    timer = setInterval(function(){
        if(parseInt(myDiv.style.width) < 500){
            myDiv.style.width = parseInt(myDiv.style.width) + 5 + 'px';
            myDiv.innerHTML =     parseInt(myDiv.style.width)/5 + '%';    
        }else{
            clearInterval(timer);
        }        
    },16);
}
</script>
【2】setTimeout
<div id="myDiv" style="width: 0;height: 20px;line-height: 20px;">0%</div>
<button id="btn">run</button>
<script>
var timer;
btn.onclick = function(){
    clearTimeout(timer);
    myDiv.style.width = '0';
    timer = setTimeout(function fn(){
        if(parseInt(myDiv.style.width) < 500){
            myDiv.style.width = parseInt(myDiv.style.width) + 5 + 'px';
            myDiv.innerHTML =     parseInt(myDiv.style.width)/5 + '%';
            timer = setTimeout(fn,16);
        }else{
            clearTimeout(timer);
        }    
    },16);
}
</script>
【3】requestAnimationFrame
<div id="myDiv" style="width: 0;height: 20px;line-height: 20px;">0%</div>
<button id="btn">run</button>
<script>
var timer;
btn.onclick = function(){
    myDiv.style.width = '0';
    cancelAnimationFrame(timer);
    timer = requestAnimationFrame(function fn(){
        if(parseInt(myDiv.style.width) < 500){
            myDiv.style.width = parseInt(myDiv.style.width) + 5 + 'px';
            myDiv.innerHTML =     parseInt(myDiv.style.width)/5 + '%';
            timer = requestAnimationFrame(fn);
        }else{
            cancelAnimationFrame(timer);
        }    
    });
}
</script>

posted on 2019-03-20 00:00 ygunoil 阅读(419) 评论(0) 编辑收藏举报

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