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

  • 2019 年 10 月 11 日
  • 笔记

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。

一、前言

如下图所示，Flutter 默认的可滑动 Widget，在 Android 和 iOS 上具备不同的 滑动与边缘拖拽效果 ，这是因为在不同平台上，默认使用了不同的 ScrollPhysics 与 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。

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，在 Android 和 iOS 平台的滚动和边界拖拽效果，会有如下图所示的平台区别呢？

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 进行滑动的。

如下代码所示，在 Scrollable 内的 _updatePosition 方法里，当 widget.physics == null 时，_physics 默认是从 ScrollConfiguration.of(context) 的 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 和 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 ，那么如前图所示，Android 平台上拖拽溢出的蓝色半圆的怎么来的？ScrollConfiguration 的 ScrollBehavior 是在什么时候被设置的？

查看 ScrollConfiguration 的源码我们得知， ScrollConfiguration 和 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 和 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：

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。

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 和 applyBoundaryConditions 是在 _handleDragUpdate 时被触发的。
  • createBallisticSimulation 是在 _handleDragCancel 和 _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，当 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，当 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。

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 和 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。

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？

如上图所示，在 Simulation 的创建是在 ScrollPositionWithSingleContext 的 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 的 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 的 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 和 trailingExtent 的动画，从而达到如下图的效果：

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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