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Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)

作为系列文章的第十八篇,本篇将通过 ScrollPhysics 和 Simulation ,带你深入走进 Flutter 的滑动新世界,为你打开 Flutter 滑动操作的另一扇窗。

文章汇总地址:


​​Flutter 完整实战实战系列文章专栏​​

​​Flutter 番外的世界系列文章专栏​​


一、前言

如下图所示是Flutter 默认的可滑动 ​​Widget​​ 效果,在 Android 和 iOS 上出现了不同的 滑动速度与边缘拖拽效果 ,这是因为在不同平台上,默认使用了不同的 ​ScrollPhysics​Simulation​ ,后面我们将逐步介绍这两大主角的实现原理,最终让你对 Flutter 世界的滑动拖拽进阶到 “为所欲为” 的境界。

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_ide


下方开始高能干货,请自带茶水食用。


二、 ScrollPhysics

首先介绍 ​​ScrollPhysics​​​ ,在 Flutter 官方的介绍中,​​ScrollPhysics​​ 的作用是 确定可滚动控件的物理特性, 常见的有以下四大金刚:

  • BouncingScrollPhysics​ :允许滚动超出边界,但之后内容会反弹回来。
  • ClampingScrollPhysics​ : 防止滚动超出边界,夹住
  • AlwaysScrollableScrollPhysics​ :始终响应用户的滚动。
  • NeverScrollableScrollPhysics​ :不响应用户的滚动。

在开发过程中,一般会通过如下代码进行设置:

CustomScrollView(physics: const BouncingScrollPhysics())
ListView.builder(physics: const AlwaysScrollableScrollPhysics())
GridView.count(physics: NeverScrollableScrollPhysics())

但在一般我们都不会主动去设置 ​physics 属性, 那么默认情况下,为什么在 Flutter 中的 ​​ListView​​​ 、​​CustomScrollView​​​ 等 ​​Scrollable​​ 控件中,在 Android 和 iOS 平台的滚动和边界拖拽效果,会出现如下图所示的平台区别呢?

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_ide_02

这里的关键就在于 ​ScrollConfiguration​​ 和 ​ScrollBehavior​ 。

2.1、ScrollConfiguration 和 ScrollBehavior

我们知道所有的滑动控件都是通过 ​​Scrollable​​ 对触摸进行响应从而进行滑动的。

如下代码所示,在 ​​Scrollable​​​ 的 ​_updatePosition​​ 方法内,当 ​​widget.physics == null​​​ 时,​_physics 默认是从 ​ScrollConfiguration.of(context)​​getScrollPhysics(context)​ 方法获取 ,而 ​ScrollConfiguration.of(context)​​ 返回的是一个 ​ScrollBehavior​ 对象。

// Only call this from places that will definitely trigger a rebuild.
void _updatePosition() {
_configuration = ScrollConfiguration.of(context);
_physics = _configuration.getScrollPhysics(context);
if (widget.physics != null)
_physics = widget.physics.applyTo(_physics);
final ScrollController controller = widget.controller;
final ScrollPosition oldPosition = position;
if (oldPosition != null) {
controller?.detach(oldPosition);
scheduleMicrotask(oldPosition.dispose);
}
_position = controller?.createScrollPosition(_physics, this, oldPosition)
?? ScrollPositionWithSingleContext(physics: _physics, context: this, oldPosition: oldPosition);
assert(position != null);
controller?.attach(position);
}

所以默认情况下 ,ScrollPhysics 是和 ​ScrollConfiguration​​ScrollBehavior​ 有关系。

那么 ​ScrollBehavior​ 是这么工作的?

查看 ​ScrollBehavior​​ 的源码可知,它的 ​​getScrollPhysics​​ 方法中,默认实现了平台返回了不同的 ScrollPhysics​ ,所以默认情况下,在不同平台上的滚动和边缘推拽,会出现不一样的效果:

ScrollPhysics getScrollPhysics(BuildContext context) {
switch (getPlatform(context)) {
case TargetPlatform.iOS:
return const BouncingScrollPhysics();
case TargetPlatform.android:
case TargetPlatform.fuchsia:
return const ClampingScrollPhysics();
}
return null;
}

前面说过, ​ScrollPhysics 是确定可滚动控件的物理特性 ,那么如上图所示,Android 平台上拖拽溢出的蓝色半圆的怎么来的?ScrollConfiguration​ScrollBehavior​ 是在什么时候被设置的?

查看 ​​ScrollConfiguration​​​ 的源码我们得知, ​ScrollConfiguration​Theme​​Localizations​ 等一样是 ​InheritedWidget​,那么它应该是从上层往下共享的。

所以查看 ​​MaterialApp​​​ 的源码,得到如下代码,可以看到 ​ScrollConfiguration 是在 ​MaterialApp​ 内默认嵌套的,并且通过 ​_MaterialScrollBehavior​ 设置了 ​ScrollBehavior​, 其 override 的​buildViewportChrome​ 方法,就是实现了Android 上溢出拖拽的半圆效果, 其中 ​​GlowingOverscrollIndicator​​ 就是半圆效果的绘制控件。

@override
Widget build(BuildContext context) {
····
return ScrollConfiguration(
behavior: _MaterialScrollBehavior(),
child: result,
);
}
class _MaterialScrollBehavior extends ScrollBehavior {
@override
TargetPlatform getPlatform(BuildContext context) {
return Theme.of(context).platform;
}
@override
Widget buildViewportChrome(BuildContext context, Widget child, AxisDirection axisDirection) {
switch (getPlatform(context)) {
case TargetPlatform.iOS:
return child;
case TargetPlatform.android:
case TargetPlatform.fuchsia:
return GlowingOverscrollIndicator(
child: child,
axisDirection: axisDirection,
color: Theme.of(context).accentColor,
);
}
return null;
}
}

到这里我们就知道了,在默认情况下可滑动控件的 ​​ScrollPhysics​​ 是如何配置的:

  • 1、​ScrollConfiguration 是一个 ​InheritedWidget​
  • 2、​MaterialApp 内部利用 ​ScrollConfiguration​ 并共享了一个 ​ScrollBehavior​ 的子类 ​_MaterialScrollBehavior​
  • 3、​ScrollBehavior 默认根据平台返回了特定的 ​BouncingScrollPhysics​​ClampingScrollPhysics​ 效果。
  • 4、​_MaterialScrollBehavior 中针对 Android 平台实现了 ​buildViewportChrome​ 的蓝色半球拖拽溢出效果。


ps :我们可以通过实现自己的 ​​ScrollBehavior​​ , 实现自定义的拖拽溢出效果。


三、ScrollPhysics 工作原理

那么 ScrollPhysics 是怎么实现滚动和边缘拖拽的呢?​ScrollPhysics​​ 默认是没有什么代码逻辑的,它的主要定义方法如下所示:

/// [position] 当前的位置, [offset] 用户拖拽距离
/// 将用户拖拽距离 offset 转为需要移动的 pixels
double applyPhysicsToUserOffset(ScrollMetrics position, double offset)

/// 返回 overscroll ,如果返回 0 ,overscroll 就一直是0
/// 返回边界条件
double applyBoundaryConditions(ScrollMetrics position, double value)

///创建一个滚动的模拟器
Simulation createBallisticSimulation(ScrollMetrics position, double velocity)

///最小滚动数据
double get minFlingVelocity

///传输动量,返回重复滚动时的速度
double carriedMomentum(double existingVelocity)

///最小的开始拖拽距离
double get dragStartDistanceMotionThreshold

///滚动模拟的公差
///指定距离、持续时间和速度差应视为平等的差异的结构。
Tolerance get tolerance

上方代码标注了 ​​ScrollPhysics​​​ 各个方法的大致作用,而在前面 ​​《十三、全面深入触摸和滑动原理》​​ 中,我们深入解析过触摸和滑动的原理,大致流程从触摸开始往下传递, 最终触发 ​​layout​​ 实现滑动的现象:

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_flutter_03

而 ​​ScrollPhysics​​ 的工作原理就穿插在其中,其流程如下图所示, 主要的逻辑在于红色标注的的三个方法:

  • applyPhysicsToUserOffset​​ :通过 physics 将用户拖拽距离​​offset​​​ 转化为​​setPixels​​(滚动) 的增量。
  • applyBoundaryConditions​ :通过 physics 计算当前滚动的边界条件。
  • createBallisticSimulation​ : 创建自动滑动的模拟器。

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_拖拽_04

这三个方法的触发时机在于 ​​_handleDragUpdate​​​ 、 ​​_handleDragCancel​​​ 和 ​​_handleDragEnd​​ ,也就是拖动过程和拖动结束的时机:

  • applyPhysicsToUserOffset​applyBoundaryConditions​ 是在 ​_handleDragUpdate​ 时被触发的。
  • createBallisticSimulation 是在 ​_handleDragCancel​​_handleDragEnd​ 时被触发的。

所以默认的 ​BouncingScrollPhysics​​ 和 ​ClampingScrollPhysics​ 最大的差异也在这个三个方法。

3.1、applyPhysicsToUserOffset

​ClampingScrollPhysics​​​ 默认是没有重载 ​​applyPhysicsToUserOffset​​ 方法的,parent == null 时,用户的滑动 ​offset​ 是什么就返回什么:

double applyPhysicsToUserOffset(ScrollMetrics position, double offset) {
if (parent == null)
return offset;
return parent.applyPhysicsToUserOffset(position, offset);
}

​BouncingScrollPhysics​​​ 中对 ​​applyPhysicsToUserOffset​​​ 方法进行了 ​​override​​ ,其中 用户没有达到边界前,依旧返回默认的 offset,当用户到达边界时,通过算法来达到模拟溢出阻尼效果。

///摩擦因子
double frictionFactor(double overscrollFraction) => 0.52 * math.pow(1 - overscrollFraction, 2);

@override
double applyPhysicsToUserOffset(ScrollMetrics position, double offset) {
assert(offset != 0.0);
assert(position.minScrollExtent <= position.maxScrollExtent);

if (!position.outOfRange)
return offset;

final double overscrollPastStart = math.max(position.minScrollExtent - position.pixels, 0.0);
final double overscrollPastEnd = math.max(position.pixels - position.maxScrollExtent, 0.0);
final double overscrollPast = math.max(overscrollPastStart, overscrollPastEnd);
final bool easing = (overscrollPastStart > 0.0 && offset < 0.0)
|| (overscrollPastEnd > 0.0 && offset > 0.0);

final double friction = easing
// Apply less resistance when easing the overscroll vs tensioning.
? frictionFactor((overscrollPast - offset.abs()) / position.viewportDimension)
: frictionFactor(overscrollPast / position.viewportDimension);
final double direction = offset.sign;

return direction * _applyFriction(overscrollPast, offset.abs(), friction);
}

3.2、applyBoundaryConditions

​ClampingScrollPhysics​​​ 的 ​​applyBoundaryConditions​​ 方法中,在计算边界条件值的时候,滑动值会和边界值相减得到相反的数据,使得滑动边界相对静止,从而达到“夹住”的作用 ,也就是动态边界 ,所以默认请下 Android 上滚动到了边界就会停止响应。

@override
double applyBoundaryConditions(ScrollMetrics position, double value) {
if (value < position.pixels && position.pixels <= position.minScrollExtent) // underscroll
return value - position.pixels;
if (position.maxScrollExtent <= position.pixels && position.pixels < value) // overscroll
return value - position.pixels;
if (value < position.minScrollExtent && position.minScrollExtent < position.pixels) // hit top edge
return value - position.minScrollExtent;
if (position.pixels < position.maxScrollExtent && position.maxScrollExtent < value) // hit bottom edge
return value - position.maxScrollExtent;
return 0.0;
}


ps: 前面说过蓝色的半圆是默认的 ​​ScrollBehavior​​​ 内 ​​buildViewportChrome​​ 方法实现的。


​BouncingScrollPhysics​​​ 中 ​​applyBoundaryConditions​​ 直接返回 0 ,也就是达到 0 是就边界,过了 0 的就是边界外的拖拽效果了。

@override
double applyBoundaryConditions(ScrollMetrics position, double value) => 0.0;

3.3、createBallisticSimulation

因为 ​​createBallisticSimulation​​​ 是在 ​​_handleDragCancel​​​ 和 ​​_handleDragEnd​​ 时触发的,其实就是停止触摸的时候,createBallisticSimulation 返回 ​null​ 时,​Scrllable​ 将进入 ​IdleScrollActivity​ ,也就是停止滚动的状态。

如下图所示,完全没有 ​​Simulation​​ 的列表滚动,是不会连续滚动的。

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_ide_05

​ClampingScrollPhysics​​​ 的 ​​createBallisticSimulation​​ 方法中,使用了 ClampingScrollSimulation(固定) 和 ​ScrollSpringSimulation​(弹性) 两种 ​Simulation​ ,如下代码所示,理论上只有 ​​position.outOfRange​​​ 才会触发弹性的回弹效果,但 ​​ScrollPhysics​​ 采用了类似 双亲代理模型 ,其 ​​parent​​​ 可能会触发 ​​position.outOfRange​​​ ,所以推测这里才会有 ​​ScrollSpringSimulation​​ 补充的判断。

如下代码可以看出,只有在 velocity 速度大于默认加速度,并且是可滑动范围内,才返回 ​ClampingScrollPhysics​ 模拟滑动,否则返回 null 进入前面所说的 Idle 停止滑动,这也是为什么普通慢速拖动,不会触发自动滚动的原因。

@override
Simulation createBallisticSimulation(
ScrollMetrics position, double velocity) {
final Tolerance tolerance = this.tolerance;
if (position.outOfRange) {
double end;
if (position.pixels > position.maxScrollExtent)
end = position.maxScrollExtent;
if (position.pixels < position.minScrollExtent)
end = position.minScrollExtent;
assert(end != null);
return ScrollSpringSimulation(
spring,
position.pixels,
end,
math.min(0.0, velocity),
tolerance: tolerance,
);
}
if (velocity.abs() < tolerance.velocity) return null;
if (velocity > 0.0 && position.pixels >= position.maxScrollExtent)
return null;
if (velocity < 0.0 && position.pixels <= position.minScrollExtent)
return null;
return ClampingScrollSimulation(
position: position.pixels,
velocity: velocity,
tolerance: tolerance,
);
}

​BouncingScrollPhysics​​​ 的 ​​createBallisticSimulation​​ 则简单一些,只有在结束触摸时,初始速度大于默认加速度或者超出区域,才会返回 BouncingScrollSimulation 进行模拟滑动计算,否则经进入前面所说的 Idle 停止滑动。

@override
Simulation createBallisticSimulation(ScrollMetrics position, double velocity) {
final Tolerance tolerance = this.tolerance;
if (velocity.abs() >= tolerance.velocity || position.outOfRange) {
return BouncingScrollSimulation(
spring: spring,
position: position.pixels,
velocity: velocity * 0.91, // TODO(abarth): We should move this constant closer to the drag end.
leadingExtent: position.minScrollExtent,
trailingExtent: position.maxScrollExtent,
tolerance: tolerance,
);
}
return null;
}

可以看出,在停止触摸时,列表是否会继续模拟滑动是和 velocity​tolerance.velocity​ 有关,也就是速度大于指定的加速度时才会继续滑动 ,并且在可滑动区域内 ​​ClampingScrollSimulation​​​ 和 ​​BouncingScrollSimulation​​ 呈现的效果也不一样。

如下图所示,第一页面的 ScrollSpringSimulation 在停止滚动前是有一定的减速效果的;而第二个页面 ​ClampingScrollSimulation​ 是直接快速滑动到边界。

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_前端_06


事实上,通过选择或者调整 Simulation ,就可以对列表滑动的速度、阻尼、回弹效果等实现灵活的自定义。


四、Simulation

前面最后说到了,利用 ​​Simulation​​​ 实现对列表的滑动、阻尼、回弹效果的实现处理,那么 ​​Simulation​​ 是如何工作的呢?

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_flutter_07

如上图所示,Simulation 的创建是在 ​ScrollPositionWithSingleContext​​goBallistic​ 方法中被调用的 ,然后通过 ​​BallisticScrollActivity​​ 去触发执行。

@override
void goBallistic(double velocity) {
assert(pixels != null);
final Simulation simulation = physics.createBallisticSimulation(this, velocity);
if (simulation != null) {
beginActivity(BallisticScrollActivity(this, simulation, context.vsync));
} else {
goIdle();
}
}

在 ​​BallisticScrollActivity​​​ 状态中,​Simulation 被用于驱动 ​AnimationController​​value​ ,然后在动画的回调中获取 ​Simulation​ 计算后得到的 ​value​ 进行 ​setPixels(value)​ 实现滚动。


这里又涉及到了动画的绘制机制,动画的机制等新篇再详细说明,简单来说就是 当系统 drawFrame​vsync​ 信号到来时,会执行到 ​AnimationController​ 内部的 ​_tick​ 方法,从而触发 ​_value = _simulation.x(elapsedInSeconds).clamp(lowerBound, upperBound);​ 改变和 ​notifyListeners();​ 通知更新。


对于 ​​Simulation​​​ 的内部计算逻辑这里就不展开了,大致上可知 ​ClampingScrollSimulation 的摩擦因子是固定的,而 ​BouncingScrollSimulation​ 内部的摩擦因子和计算,是和传递的位置有关系。

这里需要着重提及的就是,为什么 BouncingScrollPhysics 会自动回弹呢?

其实也是 ​​BouncingScrollSimulation​​​ 的功劳,因为 ​​BouncingScrollSimulation​​​ 构建时,会传递有 ​​leadingExtent:position.minScrollExtent​​​ 和 ​​trailingExtent: position.maxScrollExtent​​ 两个参数,在 underscroll 和 overscroll 的情况下,会利用 ScrollSpringSimulation 实现弹性的回滚到 ​leadingExtent​​trailingExtent​ 的动画,从而达到如下图的效果:

Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_拖拽_08

最后

到这里 Flutter 的 ​​ScrollPhysics​​​ 和 ​​Simulation​​​ 就基本分析完了,严格意义上, ​​Simulation​​​ 应该是属于动画的部分,但是这里因为​​ScrollPhysics​​ 也放到了一起。

总结起来就是 ScrollPhysics 中控制了用户触摸转化和边界条件,并且在用户停止触摸时,利用 ​Simulation​ 实现了自动滚动与溢出回弹的动画效果。


自此,第十八篇终于结束了!(///▽///)


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Flutter完整开发实战详解(十八、 神奇的ScrollPhysics与Simulation)_前端_09

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