ios动画原理 modelLayer和presentationLayer以及点击交互

我们知道，iOS的动画，和其对应的layer有关。

之前在开发的过程中碰到一个问题，那就是，在一个视图的动画过程中，这个视图view和Layer的frame是怎么变化的？

1 动画过程中frame的变化

为了研究动画过程中，view和Layer的frame变化，做了简单的动画打印测试，效果如下：

由结果可知，在UIView动画的回调中添加打印，只会打印一次，且打印的是最终的view和Layer 的位置，这显然不是想要的结果，所以，在动画的回调block中打印是不能实现的；

1.1 添加KVO监听frame的变化

在动画之前，对视图view和layer分别添加kvo监听其frame的变化，看是否能在动画过程中，视图的frame发生变化，从而打印出对应的frame：

如上图打印结果，添加kvo监听，对应的view和layer，只监听到了修改view的一次frame的变化，添加断点，监听的回调也只走一次；

？？问题：
1.view的frame变化为什么只有一次？动画的过程中，view的frame不变？
2.为什么监听不到layer 的frame的变化？最终通过第一次的实验，layer的frame是发生了变化的啊？

1.2 添加CADisplayLink 打印frame的变化

带着1.1中的两个问题，回想到view动画的实现原理，动画的过程其实是一帧一帧显示的，所以，每一帧对应的view或者layer的位置是不断变化的；

所以应该尝试打印在每一帧的显示时，view和layer的frame；

而这恰好可以使用系统自带的CADisplayLink，它的回调频率，和设备的刷帧是一致的，添加测试如下:

注意：添加一个dispatch_after,是为了避免一直打印，不方便查看打印结果，没有其他作用；

打印发现，view和layer的frame还是每次打印的最终位置的frame;

由此，证明了动画过程

view的frame只改变的一次，直接改到了最终的frame；

而动画的view的layer，确实是和动画相关的，难道它的frame也只改变了一次？

2 关于modelLayer和presentationLayer

打开CALayer的头文件，发现了其下两个属性：


/* Returns a copy of the layer containing all properties as they were* at the start of the current transaction, with any active animations* applied. This gives a close approximation to the version of the layer* that is currently displayed. Returns nil if the layer has not yet* been committed.** The effect of attempting to modify the returned layer in any way is* undefined.** The `sublayers', `mask' and `superlayer' properties of the returned* layer return the presentation versions of these properties. This* carries through to read-only layer methods. E.g., calling -hitTest:* on the result of the -presentationLayer will query the presentation* values of the layer tree. *// *在-presentationLayer方法的结果上调用时，返回*具有当前模型值的基础层。当调用*非表示层，返回接收者。通话结果*产生展示的交易后的此方法*图层已完成是不确定的。 * // *返回包含所有属性的图层的副本*在当前交易开始时，带有任何活动的动画*适用。这非常接近该图层的版本*当前显示。如果图层尚未返回nil*已承诺。**尝试以任何方式修改返回的图层的效果是*未定义。**返回的`sublayers'，`mask'和`superlayer'属性*层返回这些属性的表示形式。这个*进行只读层方法。例如，调用-hitTest：* -presentationLayer的结果将查询演示文稿*层树的值。 * /- (nullable instancetype)presentationLayer;/* When called on the result of the -presentationLayer method, returns* the underlying layer with the current model values. When called on a* non-presentation layer, returns the receiver. The result of calling* this method after the transaction that produced the presentation* layer has completed is undefined. *// *在-presentationLayer方法的结果上调用时，返回*具有当前模型值的基础层。当调用*非表示层，返回接收者。通话结果*产生展示的交易后的此方法*图层已完成是不确定的。 * /- (instancetype)modelLayer;

将回调中的layer，换成了presentationLayer，打印结果如下：

打印发现了一开始想要的结果，原来直接打印view的frame之变化一次是对的，真正的发生动画的是一个叫presentationLayer的东西；

动画的整个过程其实经历了三个树状结构，才显示到了屏幕上：模型树–>呈现树–>渲染树,如图：

通常，我们操作的是模型树；

在重绘周期最后，我们会将模型树相关内容（层次结构、图层属性和动画）序列化，通过IPC传递给专门负责屏幕渲染的渲染进程。渲染进程拿到数据并反序列化出树状结构–呈现树。

这个呈现图层实际上是模型图层的复制，但是它的属性值代表了在任何指定时刻当前外观效果。换句话说，你可以通过呈现图层的值来获取当前屏幕上真正显示出来的值。

我们可以通过CALayer的presentationLayer方法来访问对应的呈现树图层。

注意：呈现图层仅仅当图层首次被提交（就是首次第一次在屏幕上显示）的时候创建，所以在那之前调用-presentationLayer将会返回nil。

–modelLayer方法: 在呈现图层上调用–modelLayer将会返回它正在呈现所依赖的CALayer。通常在一个图层上调用-modelLayer会返回–self（实际上我们已经创建的原始图层就是一种数据模型）。

一个移动的图层是如何通过数据模型呈现的：

大多数情况下，你不需要直接访问呈现图层，你可以通过和模型图层的交互，来让Core Animation更新显示。

两种情况下presentationLayer呈现图层会变得很有用：

同步动画，
动画过程中处理用户交互。

当模型树上带有动画特征时，提交到渲染进程后，渲染进程会根据动画特征，不断修改呈现树上的图层属性，并同时不断的在屏幕上渲染出来，这样我们就看到了动画。

2.1 模型树与呈现树关系的比喻

在CALayer内部，它控制着两个属性：presentationLayer(以下称为P)和modelLayer（以下称为M）。

P只负责显示，M只负责数据的存储和获取。

我们对layer的各种属性赋值比如frame，实际上是直接对M的属性赋值；

而P将在每一次屏幕刷新的时候回到M的状态。

比如此时M的状态是1，P的状态也是1，然后我们把M的状态改为2，那么此时P还没有过去，也就是我们看到的状态P还是1，在下一次屏幕刷新的时候P才变为2。而我们几乎感知不到两次屏幕刷新之间的间隙，所以感觉就是我们一对M赋值，P就过去了。

P就像是瞎子，M就像是瘸子，瞎子背着瘸子，瞎子每走一步（也就是每次屏幕刷新的时候）都要去问瘸子应该怎样走（这里的走路就是绘制内容到屏幕上），瘸子没法走，只能指挥瞎子背着自己走。

重点： 动画完成回到原地

可以简单的理解为：一般情况下，任意时刻P都会回到M的状态。

而当一个CAAnimation（以下称为A）加到了layer上面后，A就把M从P身上挤下去了。
现在P背着的是A，P同样在每次屏幕刷新的时候去问他背着的那个家伙，A就指挥它从fromValue到toValue来改变值。而动画结束后，A会自动被移除，这时P没有了指挥，就只能大喊“M你在哪”，M说我还在原地没动呢，于是P就顺声回到M的位置了。

这就是为什么动画结束后我们看到这个视图又回到了原来的位置，是因为我们看到在移动的是P，而指挥它移动的是A，M永远停在原来的位置没有动，动画结束后A被移除，P就回到了M的怀里。

动画结束后，P会回到M的状态（当然这是有前提的，因为动画已经被移除了，我们可以设置fillMode来继续影响P），但是这通常都不是我们动画想要的效果。我们通常想要的是，动画结束后，视图就停在结束的地方，并且此时我去访问该视图的属性（也就是M的属性），也应该就是当前看到的那个样子。按照官方文档的描述，我们的CAAnimation动画都可以通过设置modelLayer到动画结束的状态来实现P和M的同步。

2.2 动画的实现方式

在iOS中，实现动画的方式主要分两大类：

CoreAnimation动画
非CoreAnimation动画。

CoreAnimation动画：

CoreAnimation动画，即基于事务的动画，是最常见的动画实现方式。动画执行者是专门负责渲染的渲染进程，操作的是呈现树 presentationLayer。我们应该尽量使用CoreAnimation来控制动画，因为CoreAnimation是充分优化过的：

1、更高效的绘制

基于Layer的绘图过程中，CoreAnimation通过硬件操作位图（变换、组合等），产生动画的速度比软件操作的方式快很多。

基于View的绘图过程中，view被改动时会触发的drawRect:方法来重新绘制位图，但是这种方式需要CPU在主线程执行，比较耗时。而CoreAnimation则尽可能的操作硬件中已缓存的位图，来实现相同的效果，从而减少了资源损耗。

2、更高效的动画

在动画过程中，CoreAnimation会通过硬件来一帧一帧的绘制。你所做的就是指定动画的起点和终点，其他的都让CoreAnimation来做。当然你也可以自定义动画参数，否则CoreAnimation会使用合适的默认值。

非CoreAnimation动画：

非CoreAnimation动画执行者是当前进程，操作的是模型树 modelLayer。常见的有定时器动画和手势动画。定时器动画是在定时周期触发时修改模型树的图层属性；手势动画是手势事件（比如UIScrollView的didScrollView）触发时修改模型树的图层属性。两者都能达到视图随着时间不断变化的效果，即实现了动画。

非CoreAnimation动画动画过程中实际上不断改动的是模型树，而呈现树仅仅成了模型树的复制品，状态与模型树保持一致。整个过程中，主要是CPU在主线程不断调整图层属性、布局计算、提交数据，没有充分利用到CoreAnimation强大的动画控制功能。

以上部分关于layer的描述摘自文章链接

3 动画过程中的点击交互处理

如果你想让你做动画的图层响应用户输入：

你可以使用-hitTest:方法来判断指定图层是否被触摸，这时候对呈现图层而不是模型图层调用-hitTest:会显得更有意义，因为呈现图层代表了用户当前看到的图层位置，而不是当前动画结束之后的位置。


- (void)viewDidLoad {[super viewDidLoad];self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];self.testview = [[UIView alloc]initWithFrame:CGRectMake(0, 100, 50, 30)];self.testview.backgroundColor = [UIColor orangeColor];self.testview.userInteractionEnabled = NO;[self.view addSubview:self.testview];[UIView animateWithDuration:3.0 animations:^{self.testview.frame = CGRectMake(300, 100, 50, 30);}];
}- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event{UITouch *touch = [touches anyObject];CGPoint point = [touch locationInView:self.view];//方案一
//    if (CGRectContainsPoint(self.testview.layer.presentationLayer.frame, point)) {//        [self clickPresntationLayer];
//    }//方案二if ([self.testview.layer.presentationLayer hitTest:point] != nil) {[self clickPresntationLayer];}
}- (void)clickPresntationLayer{self.testview.backgroundColor = [UIColor colorWithRed:(arc4random()%255/255.0) green:(arc4random()%255/255.0) blue:(arc4random()%255/255.0) alpha:1.0];
}

方案一：直接使用了CGRectContainsPoint(CGrect rect, CGPoint point);方法，该方法返回一个BOOL值，判断point是否在rect内部，刚好可以传染presentationLayer的frame和当前点击的point；

方案二：直接使用了hitTest:(CGPoint)p;方法，该方法返回一个CALayer对象，如果点击的point在其内部，返回一个layer对象；

另外，对于CALayer的另一个方法：

(BOOL)containsPoint:(CGPoint)p;

做了尝试发现不管用，梳理一下，当前的point在self.view上，而这个方法的point是在layer内部的，所以可能不适用。

之前面试时有碰到问题，在回到UIView和CALayer的区别时:

有回答CALayer不能响应点击事件：但现在来看，通过hitTest方法，确实是可以响应点击事件的。

原文链接