CALayer Animation - Loading Indicator

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View vs. Layer

这篇文章通过两个加载动画向大家介绍CALayer的动画。按照面向对象的思想说，Layer其实就是一个模型类，像Java里的POJO类一样，它包含若干属性，并没有任何处理逻辑的方法，这些属性影响着显示在Layer中的内容。我们先来看看UIView和CALayer之间有什么区别和联系。

• 联系：Layer是View背后的那个女人。每一个UIView后面都有对应的CALayer，大家看到的在UIView中显示的内容其实是在CALayer中。
• 区别：
  • View有复杂的、各种组合的布局机制。Layer只有极简单的布局。
  • View可以响应用户交互。Layer不能响应用户交互。
  • View中的绘画逻辑有CPU执行。Layer中的绘画直接有GPU执行。
  • View有丰富的、功能强大的子类。Layer只有很少的几个子类。
  • View动画属性较少，局限性较大。Layer由于更底层、动画属性更多，所以可以实现出更灵活、更丰富的动画。

第一个CALayer动画

Layer动画系列的文章，我不准备系统的从简单到复杂的知识进行讲解，我会通过各种实战示例，示例中用到什么知识点就讲什么知识点。

第一个动画让我们来实现Google Chrome浏览器加载时页签上的等待动画：

新建项目GoogleLoading，打开Main.storyboard，拖拽一个UIView到ViewController中，添加好约束，自行设置ViewController和UIView的背景色，这里UIView的背景色我设置为无色：

然后添加该View的Outlet到ViewController中，这个UIView就是要展示加载动画的View：

@IBOutlet weak var loadingView: UIView!

打开ViewController.swift，申明一个常量属性ovalShapleLayer：

let ovalShapeLayer: CAShapeLayer = CAShapeLayer()

ovalShapleLayer的类型是CAShapleLayer，它是CALayer的为数不多的子类之一。它的作用是在屏幕上画出各种形状，不论是简单的圆形、方形还是复杂的五角星或不规则图形都难不住它。CAShapeLayer有如下一些主要属性：

• strokeColor：笔画颜色。
• strokeStart：笔画开始位置。
• strokeEnd：笔画结束位置。
• fillColor：图形填充颜色。
• lineWidth：笔画宽度，即笔画的粗细程度。
• lineDashPattern：虚线模式。
• path：图形的路径。
• lineCap：笔画未闭合位置的形状。

我们之所要申明一个CAShapeLayer，是因为要用它在屏幕上画出一个圆形。下面在viewDidLoad()方法中添加如下代码：

ovalShapeLayer.strokeColor = UIColor.whiteColor().CGColor
ovalShapeLayer.fillColor = UIColor.clearColor().CGColor
ovalShapeLayer.lineWidth = 7

这几个属性刚才已经向大家介绍过了，这三行代码的意思是我们画出的圆形笔画颜色是白色，没有填充色，笔画的宽度为7。接着我们申明这个圆形的半径，使这个圆形的大小为容纳它视图大小的80%：

let ovalRadius = loadingView.frame.size.height/2 * 0.8

最后我们设置ovalShapeLayer的路径，这是最关键的一步，因为你要告知CAShapeLayer按照什么路径绘制图形，让我们接着添加如下代码：

ovalShapeLayer.path = UIBezierPath(ovalInRect: CGRect(x: loadingView.frame.size.width/2 - ovalRadius, y: loadingView.frame.size.height/2 - ovalRadius, width: ovalRadius * 2, height: ovalRadius * 2)).CGPath

这里出现了新面孔UIBezierPath，它可以创建基于矢量的路径，是Core Graphics框架关于path的封装。UIBezierPath可以定义简单的形状路径，如椭圆、矩形，或者有多个直线和曲线段组成的形状。在这里我们要使用它的初始化方法init(ovalInRect rect: CGRect)定义一个正圆的路径。设置完路径后，将ovalShapeLayer添加到loadingView视图的Layer中，它就可以按照设定好的路径在loadingView中绘制图形了：

loadingView.layer.addSublayer(ovalShapeLayer)

编译运行看看效果：

完美的一个圆形。接下来我们要做的是让这个圆只显示一部分，因为Google的加载动画只有大概五分之二的圆形轮廓。让我们继续将目光集中在viewDidLoad()方法中，在loadingView.layer.addSublayer(ovalShapeLayer)这行代码上面添加另一行代码：

ovalShapeLayer.strokeEnd = 0.4

上面的代码将ovalShapeLayer的strokeEnd属性设置为0.4，意思是ovalShapeLayer在绘制圆形时只画整个圆形的五分之二，即笔画结束的位置在整个圆形轮廓的五分之二处。编译运行看看效果：

看来是我们想要的效果，但是仍有一处细节需要我们完善，看看Google的加载动画，蓝色的部分圆形轮廓两头是圆形的，而我们的圆形轮廓两头是方形的。这个问题很好解决，仍然在loadingView.layer.addSublayer(ovalShapeLayer)这行代码上面添加一行代码：

ovalShapeLayer.lineCap = kCALineCapRound

这行代码的意思是将笔画两头的形状设置为圆形，对应的还有两个常量kCALineCapButt，kCALineCapSquare，大家可以试试。再次编译运行看看效果：

到目前为止，我们通过CALayer绘制出了动画的主体，接下来要让它动起来。在ViewController.swift中添加beginSimpleAnimate()方法：

func beginSimpleAnimation() {
    let rotate = CABasicAnimation(keyPath: "transform.rotation")
    rotate.duration = 1.5
    rotate.fromValue = 0
    rotate.toValue = 2 * M_PI
    rotate.repeatCount = HUGE
    loadingView.layer.addAnimation(rotate, forKey: nil)
}

在这个方法中，我们又看到了新面孔CABasicAnimation，该类提供了基本的、单关键帧的Layer属性动画，通过animationWithKeyPath:初始化方法，根据keyPath创建不同的CAPropertyAnimation实例。常用的keyPath有如下一些：

• transform.rotation：旋转动画。
• transform.ratation.x：按x轴旋转动画。
• transform.ratation.y：按y轴旋转动画。
• transform.ratation.z：按z轴旋转动画。
• transform.scale：按比例放大缩小动画。
• transform.scale.x：在x轴按比例放大缩小动画。
• transform.scale.y：在y轴按比例放大缩小动画。
• transform.scale.z：在z轴按比例放大缩小动画。
• position：移动位置动画。
• opacity：透明度动画。

以上只是一部分常用的动画keyPath，更多的希望大家在实际运用中去挖掘。在beginSimpleAnimation()方法中，我们使用了transform.rotation，创建了一个旋转动画的实例，然后给该动画设置了四个属性：

• duration：动画持续时间。
• fromValue：动画起始值。
• toValue：动画结束值。
• repeatCount：重复次数。

该方法设置这几个属性的含义为使动画主体不停的旋转，旋转一圈的时间为1.5秒。以上这几个概念在UIView的动画中同样存在，大家应该都已经比较熟悉了。然后使用Layer的addAnimation(anim: CAAnimation, forKey key: String?)方法将旋转动画实例添加到目标Layer中，该方法的key是用来标示添加的动画，便于以后重复使用时能方便的检索，如果没有需求可以传值nil。最后viewWillAppear方法中调用beginSimpleAnimation()方法：

override func viewWillAppear(animated: Bool) {
    beginSimpleAnimation()
}

编译运行看看效果：

至此我们的第一个简单的CALayer动画就完成了，在下一节我们一起实现一个更加有意思的加载动画，从而向大家介绍新的动画类型及动画组合。

Stroke Animation与Animation Group

让我们先看看要实现的效果：

这种加载动画在很多应用中都出现过，比如网易新闻、Win版的谷歌浏览器中都有使用。下面就让我们一步一步来实现吧，首先打开Main.storyboard，新添加一个UIView，在ViewController.swift中添加Outlet：

然后定义一个新的CAShapeLayer：

let anotherOvalShapeLayer: CAShapeLayer = CAShapeLayer()

在viewDidLoad()方法中对它进行设置，并将其添加到刚才创建的complexLoadingView中：

anotherOvalShapeLayer.strokeColor = UIColor.whiteColor().CGColor
anotherOvalShapeLayer.fillColor = UIColor.clearColor().CGColor
anotherOvalShapeLayer.lineWidth = 7
        
let anotherOvalRadius = complexLoadingView.frame.size.height/2 * 0.8
anotherOvalShapeLayer.path = UIBezierPath(ovalInRect: CGRect(x: complexLoadingView.frame.size.width/2 - anotherOvalRadius, y: complexLoadingView.frame.size.height/2 - anotherOvalRadius, width: anotherOvalRadius * 2, height: anotherOvalRadius * 2)).CGPath
anotherOvalShapeLayer.lineCap = kCALineCapRound
        
complexLoadingView.layer.addSublayer(anotherOvalShapeLayer)

这些操作在上一个动画都已经做过一遍了，这里就不再解释。编译运行看看是否屏幕上又出现了一个圆圈呢：

接下来在ViewController.swift中添加一个方法beginComplexAnimation()：

let strokeStartAnimate = CABasicAnimation(keyPath: "strokeStart")
strokeStartAnimate.fromValue = -0.5
strokeStartAnimate.toValue = 1
        
let strokeEndAnimate = CABasicAnimation(keyPath: "strokeEnd")
strokeEndAnimate.fromValue = 0.0
strokeEndAnimate.toValue = 1
        
let strokeAnimateGroup = CAAnimationGroup()
strokeAnimateGroup.duration = 1.5
strokeAnimateGroup.repeatCount = HUGE
strokeAnimateGroup.animations = [strokeStartAnimate, strokeEndAnimate]
anotherOvalShapeLayer.addAnimation(strokeAnimateGroup, forKey: nil)

这里出现了两个新的动画类型，笔画开始动画和笔画结束动画，我们虽然使用CAShapeLayer绘制了一个圆圈，但是它也存在笔画起始位置和笔画终止位置，只不过它俩在同一个位置而已，笔画动画的位置取值在0-1之间，0代表绘制路径的起始位置，1代表绘制路径的终止位置。所以strokeStartAnimate动画让绘制圆圈的笔画起始位置从-0.5开始，目的是让笔画起始绘制时等待一段时间，也就是起始位置延迟绘制。而strokeEndAnimate动画让绘制圆圈的笔画终止位置正常的从0绘制到1。这样一来笔画两头绘制的时间就会不一样，会有一个时间差，这样就有圆圈不断绘制又不断被擦除的效果。

strokeStartAnimate和strokeEndAnimate是两个动画，如何作用于一个Layer上呢？这时就要用到CAAnimationGroup，顾名思义它是将多个动画组成一个组，在一个动画组里，子动画会同时进行。动画组可以设置动画持续时间、重复次数以及子动画数组。最后将动画组加在Layer上即可。

最后在viewWillAppear()方法中调用beginComplexAnimation()方法：

override func viewWillAppear(animated: Bool) {
    beginSimpleAnimation()
    beginComplexAnimation()
}

编译运行看看效果：

总结

CALayer动画可以实现比UIView动画更丰富、更底层、效率更高的动画。但是在实际的应用开发中，我们应该按需所用，能用UIView动画实现的我们就可以不用CALayer动画，它俩没有谁优谁劣之分。这篇文章只是CALayer动画的引子，让大家对CALayer动画有初步的了解和认识，之后我在文章中会通过更多的实例帮大家更深入的认识CALayer动画，从而提升自己应用的用户体验。