1. 项目背景

最近参加了Compose挑战赛的终极挑战，使用Compose完成了一个天气app。之前几轮挑战也都有参与，每次都学到不少新东西。如今迎来最终挑战，希望能将这段时间的积累活学活用，做出更加成熟的作品。
Android 开发挑战赛 | 终极挑战: 天气应用

项目中的挑战

因为没有美工协助，所以我考虑通过代码实现app中的所有UI元素例如各种icon等，这样的UI在任何分辨率下都不会失真，而且可以灵活地实现各种动画效果。

为了降低实现成本，我将app中的UI元素定义成偏卡通的风格，可以更容易地通过代码实现：

上面这些动画没有使用gif、lottie等三方资源，所有图形都基于Compose代码绘制。

2. MyApp - CuteWeather

2.1 App效果

App界面比较简洁，采用单页面呈现（比赛要求基于SingleScreen实现），各种卡通的天气动画是app的最大特色：

项目地址：https://github.com/vitaviva/compose-weather

2.2 App界面

App纵向划分为几个功能区域，每个区域都涉及到一些不同的Compose API的使用

涉及技术点较多，本文主要介绍如何使用Compose绘制自定义图形，并基于这些图形实现动画，其他内容有机会再单独介绍。

3. Compose自定义绘制

像常规的Android开发一样，除了各种默认的Composable控件以外，Compose也提供了Canvas用来绘制自定义UI。

Canvas相关API在各个平台都大同小异，但在Compose上的使用有以下特点：

用声明式的方式创建和使用Canvas
通过DrawScope提供必要的state及各种APIs
APIs更简单易用

3.1 声明式地创建和使用Canvas

Compose中，Canvas作为Composable可以声明式地添加到其他Composable中，并通过Modifier进行配置

Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()){ // this: DrawScope //内部进行自定义绘制
}

传统方式需要获取Canvas句柄命令式的进行绘制，而Canvas{...}通过状态驱动的方式执行block内的绘制逻辑、刷新UI。

3.2 强大的DrawScope

Canvas{...}内部通过DrawScope提供必要的state用来获取当前绘制所需环境变量，例如我们最常用的size。DrawScope还提了各种常用的绘制API，例如drawLine等

Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()){//通过size获取当前canvas的width和heightval canvasWidth = size.widthval canvasHeight = size.height//绘制直线drawLine(start = Offset(x=canvasWidth, y = 0f),end = Offset(x = 0f, y = canvasHeight),color = Color.Blue,strokeWidth = 5F //设置直线宽度)
}

上面代码绘制效果如下：

3.3 简单易用的API

传统的Canvas API需要进行Paint等配置，而DrawScope提供的API则更简单、使用更友好。

例如绘制一个圆，传统的API是这样：

public void drawCircle(float cx, float cy, float radius, @NonNull Paint paint) {//...
}

DrawScope提供的API：

fun drawCircle(color: Color,radius: Float = size.minDimension / 2.0f,center: Offset = this.center,alpha: Float = 1.0f,style: DrawStyle = Fill,colorFilter: ColorFilter? = null,blendMode: BlendMode = DefaultBlendMode
) {...}

看起来参数变多了，其实已经通过size等设置了合适的默认值，同时省去了对Paint的创建和配置，使用起来更方便。

使用原生Canvas

目前DrawScope提供的API还不及原生Canvas丰富（比如不支持drawText等），当不满足使用需求时，也可以直接使用原生Canvas对象进行绘制

   drawIntoCanvas { canvas ->//nativeCanvas是原生canvas对象，android平台即android.graphics.Canvasval nativeCanvas  = canvas.nativeCanvas}

上面介绍了Compose Canvas的基本知识，下面结合app中的具体示例看一下实际使用效果

首先，看一下雨水的绘制过程。

4. 雨天效果

雨天天气的关键是如何绘制不断下落的雨水

4.1 雨滴的绘制

我们先绘制构成雨水的基本单元：雨滴

经拆解后，雨水效果可由三组雨滴构成，每一组雨滴分成上下两段，这样在运动时就可以形成接连不断的雨水效果。

我们使用drawLine绘制每一条线段，设置适当的stokeWidth，并通过cap设置端点的圆形效果：

@Composable
fun rainDrop() {Canvas(modifier) {val x: Float = size.width / 2 //x坐标： 1/2的位置drawLine(Color.Black,Offset(x, line1y1), //line1 的起点Offset(x, line1y2), //line1 的终点strokeWidth = width, //设置宽度cap = StrokeCap.Round//头部圆形)// line2同上drawLine(Color.Black,Offset(x, line2y1),Offset(x, line2y2),strokeWidth = width,cap = StrokeCap.Round)}
}

4.2 雨滴下落动画

完成雨滴的图形绘制之后，接下来为两线段添加循环往复的位移动画，形成流动效果。

以两线段中间空隙为动画的锚点，根据animationState设置其y轴位置，让其从canvas的顶端移动到低端（0 ~ size.hight），然后restart这个动画。

以锚点为基准绘制上下两线段，就可以行成接连不断的雨滴效果了

代码如下：

@Composable
fun rainDrop() {//循环播放的动画 （ 0f ~ 1f)val animateTween by rememberInfiniteTransition().animateFloat(initialValue = 0f,targetValue = 1f,animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis, easing = LinearEasing),RepeatMode.Restart //start动画))Canvas(modifier) {// scope ： 绘制区域val width = size.widthval x: Float = size.width / 2// width/2是strokCap的宽度，scopeHeight处预留strokCap宽度，让雨滴移出时保持正圆，提高视觉效果val scopeHeight = size.height - width / 2 // space ： 两线段的间隙val space = size.height / 2.2f + width / 2 //间隙sizeval spacePos = scopeHeight * animateTween //锚点位置随animationState变化val sy1 = spacePos - space / 2val sy2 = spacePos + space / 2// line lengthval lineHeight = scopeHeight - space// line1val line1y1 = max(0f, sy1 - lineHeight)val line1y2 = max(line1y1, sy1)// line2val line2y1 = min(sy2, scopeHeight)val line2y2 = min(line2y1 + lineHeight, scopeHeight)// drawdrawLine(Color.Black,Offset(x, line1y1),Offset(x, line1y2),strokeWidth = width,colorFilter = ColorFilter.tint(Color.Black),cap = StrokeCap.Round)drawLine(Color.Black,Offset(x, line2y1),Offset(x, line2y2),strokeWidth = width,colorFilter = ColorFilter.tint(Color.Black),cap = StrokeCap.Round)}
}

4.3 Compose自定义布局

上面完成了单个雨滴的动画，接下来我们使用三个雨滴组成雨水的效果。

首先可以使用Row+Space的方式进行组装，但是这种方式缺少灵活性，仅通过Modifier很难准确布局三雨滴的相对位置，因此考虑转而使用Compose的自定义布局，以提高灵活性和准确性：

Layout(modifier = modifier.rotate(30f), //雨滴旋转角度content = { // 定义子ComposableRaindrop(modifier.fillMaxSize())Raindrop(modifier.fillMaxSize())Raindrop(modifier.fillMaxSize())}
) { measurables, constraints ->// List of measured childrenval placeables = measurables.mapIndexed { index, measurable ->// Measure each childrenval height = when (index) { //让三个雨滴的height不同，增加错落感0 -> constraints.maxHeight * 0.8f1 -> constraints.maxHeight * 0.9f2 -> constraints.maxHeight * 0.6felse -> 0f}measurable.measure(constraints.copy(minWidth = 0,minHeight = 0,maxWidth = constraints.maxWidth / 10, // raindrop widthmaxHeight = height.toInt(),))}// Set the size of the layout as big as it canlayout(constraints.maxWidth, constraints.maxHeight) {var xPosition = constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1) * 2)// Place children in the parent layoutplaceables.forEachIndexed { index, placeable ->// Position item on the screenplaceable.place(x = xPosition, y = 0)// Record the y co-ord placed up toxPosition += (constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1) * 0.8f)).roundToInt()}}
}

Compose中，可以通过Layout{...}对Composable进行自定义布局，content{...}中定义参与布局的子Composable。

跟传统Android视图一样，自定义布局需要先后经历measure、layout两步。

measrue： measurables返回所有待测量的子Composable，constraints类似于MeasureSpec，封装父容器对子元素的布局约束。measurable.measure()中对子元素进行测量
layout：placeables返回测量后的子元素，依次调用placeable.place()对雨滴进行布局，通过xPosition预留雨滴在x轴的间隔

经过layout之后，通过 modifier.rotate(30f) 对Composable进行旋转，完成最终效果：

5. 雪天效果

雪天效果的关键在于雪花的飘落。

5.1 雪花的绘制

雪花的绘制非常简单，用一个圆圈代表一个雪花

Canvas(modifier) {val radius = size / 2drawCircle( //白色填充color = Color.White,radius = radius,style = FILL)drawCircle(// 黑色边框color = Color.Black,radius = radius,style = Stroke(width = radius * 0.5f))
}

5.2 雪花飘落动画

雪花飘落的过程相对于雨滴坠落要复杂一些，由三个动画组成:

下落：改变y轴位置：0f ~ 2.5f
左右飘移：改变x轴的offse：-1f ~ 1f
逐渐消失：改变alpha：1f ~ 0f

借助InfiniteTransition同步控制多个动画，代码如下：

@Composable
private fun Snowdrop(modifier: Modifier = Modifier,durationMillis: Int = 1000 // 雪花飘落动画的druation
) {//循环播放的Transitionval transition = rememberInfiniteTransition()//1. 下降动画：restart动画val animateY by transition.animateFloat(initialValue = 0f,targetValue = 2.5f,animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis, easing = LinearEasing),RepeatMode.Restart))//2. 左右飘移：reverse动画val animateX by transition.animateFloat(initialValue = -1f,targetValue = 1f,animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis / 3, easing = LinearEasing),RepeatMode.Reverse))//3. alpha值：restart动画，以0f结束val animateAlpha by transition.animateFloat(initialValue = 1f,targetValue = 0f,animationSpec = infiniteRepeatable(tween(durationMillis, easing = FastOutSlowInEasing),))Canvas(modifier) {val radius = size.width / 2// 圆心位置随AnimationState改变，实现雪花飘落的效果val _center = center.copy(x = center.x + center.x * animateX,y = center.y + center.y * animateY)drawCircle(color = Color.White.copy(alpha = animateAlpha),//alpha值的变化实现雪花消失效果center = _center,radius = radius,)drawCircle(color = Color.Black.copy(alpha = animateAlpha),center = _center,radius = radius,style = Stroke(width = radius * 0.5f))}
}

animateY的targetValue设为2.5f，让雪花的运动轨迹更长，看起来更加真实

5.3 雪花的布局

像雨滴一样，对雪花也使用Layout自定义布局

@Composable
fun Snow(modifier: Modifier = Modifier,animate: Boolean = false,
) {Layout(modifier = modifier,content = {//摆放三个雪花，分别设置不同duration，增加随机性Snowdrop( modifier.fillMaxSize(), 2200)Snowdrop( modifier.fillMaxSize(), 1600)Snowdrop( modifier.fillMaxSize(), 1800)}) { measurables, constraints ->val placeables = measurables.mapIndexed { index, measurable ->val height = when (index) {// 雪花的height不同，也是为了增加随机性0 -> constraints.maxHeight * 0.6f1 -> constraints.maxHeight * 1.0f2 -> constraints.maxHeight * 0.7felse -> 0f}measurable.measure(constraints.copy(minWidth = 0,minHeight = 0,maxWidth = constraints.maxWidth / 5, // snowdrop widthmaxHeight = height.roundToInt(),))}layout(constraints.maxWidth, constraints.maxHeight) {var xPosition = constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1))placeables.forEachIndexed { index, placeable ->placeable.place(x = xPosition, y = -(constraints.maxHeight * 0.2).roundToInt())xPosition += (constraints.maxWidth / ((placeables.size + 1) * 0.9f)).roundToInt()}}}
}

最终效果如下：

6. 晴天效果

通过一个旋转的太阳代表晴天效果

6.1 太阳的绘制

太阳的图形由中间的圆形和围绕圆环的等分线段组成。

@Composable
fun Sun(modifier: Modifier = Modifier) {Canvas(modifier) {val radius = size.width / 6val stroke = size.width / 20// draw circledrawCircle(color = Color.Black,radius = radius + stroke / 2,style = Stroke(width = stroke),)drawCircle(color = Color.White,radius = radius,style = Fill,)// draw lineval lineLength = radius * 0.2fval lineOffset = radius * 1.8f(0..7).forEach { i ->val radians = Math.toRadians(i * 45.0)val offsetX = lineOffset * cos(radians).toFloat()val offsetY = lineOffset * sin(radians).toFloat()val x1 = size.width / 2 + offsetXval x2 = x1 + lineLength * cos(radians).toFloat()val y1 = size.height / 2 + offsetYval y2 = y1 + lineLength * sin(radians).toFloat()drawLine(color = Color.Black,start = Offset(x1, y1),end = Offset(x2, y2),strokeWidth = stroke,cap = StrokeCap.Round)}}
}

均分360度，每间隔45度画一条线段，cos计算x轴坐标，sin计算y轴坐标。

6.2 太阳的转动

太阳转动的动画很简单，通过Modifier.rotate不断转动Canvas即可。

@Composable
fun Sun(modifier: Modifier = Modifier) {//循环动画val animateTween by rememberInfiniteTransition().animateFloat(initialValue = 0f,targetValue = 360f,animationSpec = infiniteRepeatable(tween(5000), RepeatMode.Restart))Canvas(modifier.rotate(animateTween)) {// 旋转动画val radius = size.width / 6val stroke = size.width / 20val centerOffset = Offset(size.width / 30, size.width / 30) //圆心偏移量// draw circledrawCircle(color = Color.Black,radius = radius + stroke / 2,style = Stroke(width = stroke),center = center + centerOffset //圆心偏移)//...略}
}

此外，DrawScope也提供了rotate的API，也可以实现旋转效果。

最后我们给太阳的圆心增加一个偏移量，让转动更加活泼：

7. 动画的组合、切换

分别实现了Rain、Snow、Sun等图形之后就可以使用这些图形组合成各种天气效果了。

7.1 将图形组合成天气

Compose的声明式语法非常有利于UI的组合：

比如，多云转阵雨，我们摆放Sun、Cloud、Rain等元素后，通过Modifier调整各自位置即可：

@Composable
fun CloudyRain(modifier: Modifier) {Box(modifier.size(200.dp)){Sun(Modifier.size(120.dp).offset(140.dp, 40.dp))Rain(Modifier.size(80.dp).offset(80.dp, 60.dp))Cloud(Modifier.align(Aligment.Center))}
}

7.2 让动画切换更加自然

当在多个天气动画之间进行切换时，我们希望能实现更自然的过渡。实现思路是将组成天气动画的各元素的Modifier信息变量化，然后通过Animation进行改变

假设所有的天气都可以由Cloud、Sun、Rain组合而成，无非就是offset、size、alpha值的不同：

ComposeInfo

data class IconInfo(val size: Float = 1f, val offset: Offset = Offset(0f, 0f),val alpha: Float = 1f,
)

//天气组合信息，即Sun、Cloud、Rain的位置信息
data class ComposeInfo(val sun: IconInfo,val cloud: IconInfo,val rains: IconInfo,) {operator fun times(float: Float): ComposeInfo =copy(sun = sun * float,cloud = cloud * float,rains = rains * float)operator fun minus(composeInfo: ComposeInfo): ComposeInfo =copy(sun = sun - composeInfo.sun,cloud = cloud - composeInfo.cloud,rains = rains - composeInfo.rains,)operator fun plus(composeInfo: ComposeInfo): ComposeInfo =copy(sun = sun + composeInfo.sun,cloud = cloud + composeInfo.cloud,rains = rains + composeInfo.rains,)
}

如上，ComposeInfo中持有各种元素的位置信息，运算符重载使其可以在Animation中计算当前最新值。

接下来，定义各不同天气的ComposeInfo：

//晴天
val SunnyComposeInfo = ComposeInfo(sun = IconInfo(1f),cloud = IconInfo(0.8f, Offset(-0.1f, 0.1f), 0f),rains = IconInfo(0.4f, Offset(0.225f, 0.3f), 0f),
)//多云
val CloudyComposeInfo = ComposeInfo(sun = IconInfo(0.1f, Offset(0.75f, 0.2f), alpha = 0f),cloud = IconInfo(0.8f, Offset(0.1f, 0.1f)),rains = IconInfo(0.4f, Offset(0.225f, 0.3f), alpha = 0f),
)//雨天
val RainComposeInfo = ComposeInfo(sun = IconInfo(0.1f, Offset(0.75f, 0.2f), alpha = 0f),cloud = IconInfo(0.8f, Offset(0.1f, 0.1f)),rains = IconInfo(0.4f, Offset(0.225f, 0.3f), alpha = 1f),
)

ComposedIcon

接着，定义ComposedIcon，根据ComposeInfo实现不同的天气UI

@Composable
fun ComposedIcon(modifier: Modifier = Modifier, composeInfo: ComposeInfo) {//各元素的ComposeInfoval (sun, cloud, rains) = composeInfoBox(modifier) {//应用ComposeInfo到Modifierval _modifier = remember(Unit) {{ icon: IconInfo ->Modifier.offset( icon.size * icon.offset.x, icon.size * icon.offset.y ).size(icon.size).alpha(icon.alpha)}}Sun(_modifier(sun))Rains(_modifier(rains))AnimatableCloud(_modifier(cloud))}
}

ComposedWeather

最后，定义ComposedWeather记录当前ComposedIcon，并在其发生变更时使用动画进行过度：

@Composable
fun ComposedWeather(modifier: Modifier, composedIcon: ComposedIcon) {val (cur, setCur) = remember { mutableStateOf(composedIcon) }var trigger by remember { mutableStateOf(0f) }DisposableEffect(composedIcon) {trigger = 1fonDispose { }}//创建动画（0f ~ 1f)，用于更新ComposeInfoval animateFloat by animateFloatAsState(targetValue = trigger,animationSpec = tween(1000)) {//当动画结束时，更新ComposeWeather到最新statesetCur(composedIcon)trigger = 0f}//根据AnimationState计算当前ComposeInfoval composeInfo = remember(animateFloat) {cur.composedIcon + (weatherIcon.composedIcon - cur.composedIcon) * animateFloat}//使用最新的ComposeInfo显示IconComposedIcon(modifier,composeInfo)
}

8 总结

本文以天气app为例介绍了Compose的自定义绘制、布局以及动画等的基本使用方法。
Compose通过声明式的方式，结合Canvas实现定义图形和动画，这相比与传统命令式的代码来的更加简单。更低的实现成本让代码替代Gif实现简单的动画成为可能，经代码绘制的效果在清晰度以及帧率上都要远超越Gif，欢迎大家下载源码体验~

在我看来Compose核心不仅是UI，后面有机会会继续分享一些关于架构以及底层实现的文章，欢迎大家持续关注~

参考

MyApp#CuteWeather
Compose#Canvas
Compose#CustomLayout

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