在Web應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果的方法比較多，Javascript 中可以通過定時(shí)器 setTimeout 來實(shí)現(xiàn)，css3 可以使用 transition 和 animation 來實(shí)現(xiàn)，html5 中的 canvas 也可以實(shí)現(xiàn)。除此之外，html5 還提供一個(gè)專門用于請(qǐng)求動(dòng)畫的API，那就是 requestAnimationFrame，顧名思義就是請(qǐng)求動(dòng)畫幀。 為了深入理解 requestAnimationFrame 背后的原理，我們首先需要了解一下與之相關(guān)的幾個(gè)概念：
1、屏幕刷新頻率
即圖像在屏幕上更新的速度，也即屏幕上的圖像每秒鐘出現(xiàn)的次數(shù)，它的單位是赫茲(Hz)。 對(duì)于一般筆記本電腦，這個(gè)頻率大概是60Hz， 可以在桌面上右鍵->屏幕分辨率->高級(jí)設(shè)置->監(jiān)視器 中查看和設(shè)置。這個(gè)值的設(shè)定受屏幕分辨率、屏幕尺寸和顯卡的影響，原則上設(shè)置成讓眼睛看著舒適的值都行。
市面上常見的顯示器有兩種，即CRT和LCD， CRT就是傳統(tǒng)顯示器，LCD就是我們常說的液晶顯示器。
CRT是一種使用陰極射線管的顯示器，屏幕上的圖形圖像是由一個(gè)個(gè)因電子束擊打而發(fā)光的熒光點(diǎn)組成，由于顯像管內(nèi)熒光粉受到電子束擊打后發(fā)光的時(shí)間很短，所以電子束必須不斷擊打熒光粉使其持續(xù)發(fā)光。電子束每秒擊打熒光粉的次數(shù)就是屏幕刷新頻率。
而對(duì)于LCD來說，則不存在刷新頻率的問題，它根本就不需要刷新。因?yàn)長CD中每個(gè)像素都在持續(xù)不斷地發(fā)光，直到不發(fā)光的電壓改變并被送到控制器中，所以LCD不會(huì)有電子束擊打熒光粉而引起的閃爍現(xiàn)象。
因此，當(dāng)你對(duì)著電腦屏幕什么也不做的情況下，顯示器也會(huì)以每秒60次的頻率正在不斷的更新屏幕上的圖像。為什么你感覺不到這個(gè)變化？ 那是因?yàn)槿说难劬τ幸曈X停留效應(yīng)，即前一副畫面留在大腦的印象還沒消失，緊接著后一副畫面就跟上來了，這中間只間隔了16.7ms(1000/60≈16.7)， 所以會(huì)讓你誤以為屏幕上的圖像是靜止不動(dòng)的。而屏幕給你的這種感覺是對(duì)的，試想一下，如果刷新頻率變成1次/秒，屏幕上的圖像就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的閃爍，這樣就很容易引起眼睛疲勞、酸痛和頭暈?zāi)垦５劝Y狀。
2、動(dòng)畫原理
根據(jù)上面的原理我們知道，你眼前所看到圖像正在以每秒60次的頻率刷新，由于刷新頻率很高，因此你感覺不到它在刷新。而動(dòng)畫本質(zhì)就是要讓人眼看到圖像被刷新而引起變化的視覺效果，這個(gè)變化要以連貫的、平滑的方式進(jìn)行過渡。 那怎么樣才能做到這種效果呢？
刷新頻率為60Hz的屏幕每16.7ms刷新一次，我們?cè)谄聊幻看嗡⑿虑埃瑢D像的位置向左移動(dòng)一個(gè)像素，即1px。這樣一來，屏幕每次刷出來的圖像位置都比前一個(gè)要差1px，因此你會(huì)看到圖像在移動(dòng)；由于我們?nèi)搜鄣囊曈X停留效應(yīng)，當(dāng)前位置的圖像停留在大腦的印象還沒消失，緊接著圖像又被移到了下一個(gè)位置，因此你才會(huì)看到圖像在流暢的移動(dòng)，這就是視覺效果上形成的動(dòng)畫。
3、setTimeout
理解了上面的概念以后，我們不難發(fā)現(xiàn)，setTimeout 其實(shí)就是通過設(shè)置一個(gè)間隔時(shí)間來不斷的改變圖像的位置，從而達(dá)到動(dòng)畫效果的。但我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，利用seTimeout實(shí)現(xiàn)的動(dòng)畫在某些低端機(jī)上會(huì)出現(xiàn)卡頓、抖動(dòng)的現(xiàn)象。 這種現(xiàn)象的產(chǎn)生有兩個(gè)原因：
setTimeout的執(zhí)行時(shí)間并不是確定的。在Javascript中， setTimeout 任務(wù)被放進(jìn)了異步隊(duì)列中，只有當(dāng)主線程上的任務(wù)執(zhí)行完以后，才會(huì)去檢查該隊(duì)列里的任務(wù)是否需要開始執(zhí)行，因此 setTimeout 的實(shí)際執(zhí)行時(shí)間一般要比其設(shè)定的時(shí)間晚一些。
刷新頻率受屏幕分辨率和屏幕尺寸的影響，因此不同設(shè)備的屏幕刷新頻率可能會(huì)不同，而 setTimeout只能設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間不一定和屏幕的刷新時(shí)間相同。
以上兩種情況都會(huì)導(dǎo)致setTimeout的執(zhí)行步調(diào)和屏幕的刷新步調(diào)不一致，從而引起丟幀現(xiàn)象。 那為什么步調(diào)不一致就會(huì)引起丟幀呢？
首先要明白，setTimeout的執(zhí)行只是在內(nèi)存中對(duì)圖像屬性進(jìn)行改變，這個(gè)變化必須要等到屏幕下次刷新時(shí)才會(huì)被更新到屏幕上。如果兩者的步調(diào)不一致，就可能會(huì)導(dǎo)致中間某一幀的操作被跨越過去，而直接更新下一幀的圖像。假設(shè)屏幕每隔16.7ms刷新一次，而setTimeout每隔10ms設(shè)置圖像向左移動(dòng)1px， 就會(huì)出現(xiàn)如下繪制過程：
第0ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout也未執(zhí)行，等待中；
第10ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout開始執(zhí)行并設(shè)置圖像屬性left=1px；
第16.7ms: 屏幕開始刷新，屏幕上的圖像向左移動(dòng)了1px， setTimeout 未執(zhí)行，繼續(xù)等待中；
第20ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout開始執(zhí)行并設(shè)置left=2px;
第30ms: 屏幕未刷新，等待中，setTimeout開始執(zhí)行并設(shè)置left=3px;
第33.4ms:屏幕開始刷新，屏幕上的圖像向左移動(dòng)了3px， setTimeout未執(zhí)行，繼續(xù)等待中；
…
從上面的繪制過程中可以看出，屏幕沒有更新left=2px的那一幀畫面，圖像直接從1px的位置跳到了3px的的位置，這就是丟幀現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就會(huì)引起動(dòng)畫卡頓。
4、requestAnimationFrame
與setTimeout相比，requestAnimationFrame最大的優(yōu)勢(shì)是由系統(tǒng)來決定回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行時(shí)機(jī)。具體一點(diǎn)講，如果屏幕刷新率是60Hz,那么回調(diào)函數(shù)就每16.7ms被執(zhí)行一次，如果刷新率是75Hz，那么這個(gè)時(shí)間間隔就變成了1000/75=13.3ms，換句話說就是，requestAnimationFrame的步伐跟著系統(tǒng)的刷新步伐走。它能保證回調(diào)函數(shù)在屏幕每一次的刷新間隔中只被執(zhí)行一次，這樣就不會(huì)引起丟幀現(xiàn)象，也不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)畫出現(xiàn)卡頓的問題。
這個(gè)API的調(diào)用很簡單，如下所示：
var progress = 0;
//回調(diào)函數(shù)
function render() {
progress += 1; //修改圖像的位置
if (progress < 100) {
//在動(dòng)畫沒有結(jié)束前，遞歸渲染
window.requestAnimationFrame(render);
}
}
//第一幀渲染
window.requestAnimationFrame(render);
除此之外，requestAnimationFrame還有以下兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：
CPU節(jié)能：使用setTimeout實(shí)現(xiàn)的動(dòng)畫，當(dāng)頁面被隱藏或最小化時(shí)，setTimeout 仍然在后臺(tái)執(zhí)行動(dòng)畫任務(wù)，由于此時(shí)頁面處于不可見或不可用狀態(tài)，刷新動(dòng)畫是沒有意義的，完全是浪費(fèi)CPU資源。而requestAnimationFrame則完全不同，當(dāng)頁面處理未激活的狀態(tài)下，該頁面的屏幕刷新任務(wù)也會(huì)被系統(tǒng)暫停，因此跟著系統(tǒng)步伐走的requestAnimationFrame也會(huì)停止渲染，當(dāng)頁面被激活時(shí)，動(dòng)畫就從上次停留的地方繼續(xù)執(zhí)行，有效節(jié)省了CPU開銷。
函數(shù)節(jié)流：在高頻率事件(resize,scroll等)中，為了防止在一個(gè)刷新間隔內(nèi)發(fā)生多次函數(shù)執(zhí)行，使用requestAnimationFrame可保證每個(gè)刷新間隔內(nèi)，函數(shù)只被執(zhí)行一次，這樣既能保證流暢性，也能更好的節(jié)省函數(shù)執(zhí)行的開銷。一個(gè)刷新間隔內(nèi)函數(shù)執(zhí)行多次時(shí)沒有意義的，因?yàn)轱@示器每16.7ms刷新一次，多次繪制并不會(huì)在屏幕上體現(xiàn)出來。
5、優(yōu)雅降級(jí)
由于requestAnimationFrame目前還存在兼容性問題，而且不同的瀏覽器還需要帶不同的前綴。因此需要通過優(yōu)雅降級(jí)的方式對(duì)requestAnimationFrame進(jìn)行封裝，優(yōu)先使用高級(jí)特性，然后再根據(jù)不同瀏覽器的情況進(jìn)行回退，直止只能使用setTimeout的情況。下面的代碼就是有人在github上提供的polyfill，詳細(xì)介紹請(qǐng)參考github代碼 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;
}
}());
