雕虫晓技(十) Android超简单气泡效果

【示例项目：BubbleSample】

最近有用到水下气泡上升效果，因此在网上查了一下资料，结果还真找到了，就是这篇文章 [Android实例] 水下气泡上升界面效果 , 不过这篇文章所附带的示例代码是有些问题的，例如View移除后，线程没有正确关闭，锁屏后再打开屏幕，气泡会挤成一团等问题，因此我在它的原理基础上稍为进行了一些调整和修改，解决了这些问题，它可以实现下面这样的效果：

0. 基本原理

气泡效果的基本原理非常简单，其实所谓的气泡就是一个个的半透明圆而已，它的基本逻辑如下：

1. 如果当前圆的数量没有超过数量上限，则随机生成半径不同的圆。
2. 设定这些圆的初始位置。
3. 随机设定垂直向上平移速度。
4. 随机设定水平平移速度。
5. 不断的刷新圆的位置然后绘制。
6. 将超出显示区域的圆进行移除。
7. 不断重复。

原理可以说非常简单，但是也有一些需要注意的地方，尤其是线程，最容易出问题。

在原始的 demo 中，直接把线程创建和计算逻辑直接放到了 onDraw 里面，而且没有关闭线程，这自然会导致很多问题的发生。没有关闭线程会造成View的内存泄露，而把计算逻辑放在 onDraw 里面则会加大绘制的负担，拖慢刷新速度，在机能较弱的情况下会导致明显卡顿的发生。而解决这些问题的最好办法则是专事专办，将合适的内容放在合适的位置，下面来看一下具体的代码实现。

1. 代码实现

1.1 定义气泡

气泡效果我们关心的属性并不多，主要有这几种：半径、坐标、上升速度、水平平移速度。由于我们只在 View 内部使用，因此直接创建一个内部类，然后在内部类中定义这些属性。

private class Bubble {
    int radius;     // 气泡半径
    float speedY;   // 上升速度
    float speedX;   // 平移速度
    float x;        // 气泡x坐标
    float y;        // 气泡y坐标
}

1.2 生命周期处理

由于需要用线程来进行计算和控制刷新，就少不了开启和关闭线程，这个自然要符合 View 的生命周期，因此我在 View 被添加到界面上时开启了一个线程用于生成气泡和刷新气泡位置，然后在 View 从界面上移除的时候关闭了这个线程。

@Override
protected void onAttachedToWindow() {
    super.onAttachedToWindow();
    startBubbleSync();
}

@Override
protected void onDetachedFromWindow() {
    super.onDetachedFromWindow();
    stopBubbleSync();
}

1.3 开启线程

开启线程非常简单，就是简单的创建了一个线程，然后在里面添加了一个 while 死循环，然后不停的执行 休眠、创建气泡、刷新气泡位置、申请更新UI 等操作。

这里没有用变量来控制循环，而是监听了中断事件，在当拦截到 InterruptedException 的时候，使用 break 跳出了死循环，因此线程也就结束了，方法简单粗暴。

// 开始气泡线程
private void startBubbleSync() {
    stopBubbleSync();
    mBubbleThread = new Thread() {
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(mBubbleRefreshTime);
                    tryCreateBubble();
                    refreshBubbles();
                    postInvalidate();
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("Bubble线程结束");
                    break;
                }
            }
        }
    };
    mBubbleThread.start();
}

1.4 关闭线程

由于线程运行时监听了 interrupt 中断，这里直接使用 interrupt 通知线程中断就可以了。

// 停止气泡线程
private void stopBubbleSync() {
    if (null == mBubbleThread) return;
    mBubbleThread.interrupt();
    mBubbleThread = null;
}

1.5 创建气泡

为了防止气泡数量过多而占用太多的性能，因此在创建气泡之前需要先判断当前已经有多少个气泡，如果已经有足够多的气泡了，则不再创建新的气泡。

同时，为了让气泡产生过程看起来更合理，在气泡数量没有达到上限之前，会随机的创建气泡，以防止气泡扎堆出现，因此设立了一个随机项，生成的随机数大于 0.95 的时候才生成气泡，让气泡生成过程慢一些。

创建气泡的过程也很简单，就是随机的在设定范围内生成一些属性，然后放到 List 中而已。

PS：这里使用了一些硬编码和魔数，属于不太好的习惯。不过由于应用场景固定，这些参数需要调整的概率比较小，影响也不大。

// 尝试创建气泡
private void tryCreateBubble() {
    if (null == mContentRectF) return;
    if (mBubbles.size() >= mBubbleMaxSize) {
        return;
    }
    if (random.nextFloat() < 0.95) {
        return;
    }
    Bubble bubble = new Bubble();
    int radius = random.nextInt(mBubbleMaxRadius - mBubbleMinRadius);
    radius += mBubbleMinRadius;
    float speedY = random.nextFloat() * mBubbleMaxSpeedY;
    while (speedY < 1) {
        speedY = random.nextFloat() * mBubbleMaxSpeedY;
    }
    bubble.radius = radius;
    bubble.speedY = speedY;
    bubble.x = mWaterRectF.centerX();
    bubble.y = mWaterRectF.bottom - radius - mBottleBorder / 2;
    float speedX = random.nextFloat() - 0.5f;
    while (speedX == 0) {
        speedX = random.nextFloat() - 0.5f;
    }
    bubble.speedX = speedX * 2;
    mBubbles.add(bubble);
}

1.6 刷新气泡位置

这里主要做了两项工作：

1. 将超出显示区域的气泡进行移除。
2. 计算新的气泡显示位置。

可以看到这里没有直接使用原始的List，而是复制了一个 List 进行遍历，这样做主要是为了规避 ConcurrentModificationException 异常，(对Vector、ArrayList在迭代的时候如果同时对其进行修改就会抛出 java.util.ConcurrentModificationException 异常)。

对复制的 List 进行遍历，然后对超出显示区域的 Bubble 进行移除，对没有超出显示区域的 Bubble 位置进行了刷新。可以看到，这里逻辑比较复杂，有各种加减计算，是为了解决气泡飘到边缘的问题，防止气泡飘出水所在的范围。

// 刷新气泡位置，对于超出区域的气泡进行移除
private void refreshBubbles() {
    List<Bubble> list = new ArrayList<>(mBubbles);
    for (Bubble bubble : list) {
        if (bubble.y - bubble.speedY <= mWaterRectF.top + bubble.radius) {
            mBubbles.remove(bubble);
        } else {
            int i = mBubbles.indexOf(bubble);
            if (bubble.x + bubble.speedX <= mWaterRectF.left + bubble.radius + mBottleBorder / 2) {
                bubble.x = mWaterRectF.left + bubble.radius + mBottleBorder / 2;
            } else if (bubble.x + bubble.speedX >= mWaterRectF.right - bubble.radius - mBottleBorder / 2) {
                bubble.x = mWaterRectF.right - bubble.radius - mBottleBorder / 2;
            } else {
                bubble.x = bubble.x + bubble.speedX;
            }
            bubble.y = bubble.y - bubble.speedY;
            mBubbles.set(i, bubble);
        }
    }
}

1.7 绘制气泡

绘制气泡同样简单，就是遍历 List，然后画圆就行了。

这里同样复制了一个新的 List 进行操作，不过这个与上面的原因不同，是为了防止多线程问题。由于在绘制的过程中，我们的计算线程可能会对原始 List 进行更新，可能导致异常的发生。为了避免这样的问题，就复制了一个 List 出来用于遍历绘制。

// 绘制气泡
private void drawBubble(Canvas canvas) {
    List<Bubble> list = new ArrayList<>(mBubbles);
    for (Bubble bubble : list) {
        if (null == bubble) continue;
        canvas.drawCircle(bubble.x, bubble.y,
                bubble.radius, mBubblePaint);
    }
}

2. 完整代码

完整的示例代码非常简单，所以直接贴在了正文中，同时，你也可以从文末下载完整的项目代码。

public class BubbleView extends View {

    private int mBubbleMaxRadius = 30;          // 气泡最大半径 px
    private int mBubbleMinRadius = 5;           // 气泡最小半径 px
    private int mBubbleMaxSize = 30;            // 气泡数量
    private int mBubbleRefreshTime = 20;        // 刷新间隔
    private int mBubbleMaxSpeedY = 5;           // 气泡速度
    private int mBubbleAlpha = 128;             // 气泡画笔

    private float mBottleWidth;                 // 瓶子宽度
    private float mBottleHeight;                // 瓶子高度
    private float mBottleRadius;                // 瓶子底部转角半径
    private float mBottleBorder;                // 瓶子边缘宽度
    private float mBottleCapRadius;             // 瓶子顶部转角半径
    private float mWaterHeight;                 // 水的高度

    private RectF mContentRectF;                // 实际可用内容区域
    private RectF mWaterRectF;                  // 水占用的区域

    private Path mBottlePath;                   // 外部瓶子
    private Path mWaterPath;                    // 水

    private Paint mBottlePaint;                 // 瓶子画笔
    private Paint mWaterPaint;                  // 水画笔
    private Paint mBubblePaint;                 // 气泡画笔

    public BubbleView(Context context) {
        this(context, null);
    }

    public BubbleView(Context context, @Nullable AttributeSet attrs) {
        this(context, attrs, 0);
    }

    public BubbleView(Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        super(context, attrs, defStyleAttr);
        mWaterRectF = new RectF();

        mBottleWidth = dp2px(130);
        mBottleHeight = dp2px(260);
        mBottleBorder = dp2px(8);
        mBottleRadius = dp2px(15);
        mBottleCapRadius = dp2px(5);

        mWaterHeight = dp2px(240);

        mBottlePath = new Path();
        mWaterPath = new Path();

        mBottlePaint = new Paint();
        mBottlePaint.setAntiAlias(true);
        mBottlePaint.setStyle(Paint.Style.STROKE);
        mBottlePaint.setStrokeCap(Paint.Cap.ROUND);
        mBottlePaint.setColor(Color.WHITE);
        mBottlePaint.setStrokeWidth(mBottleBorder);

        mWaterPaint = new Paint();
        mWaterPaint.setAntiAlias(true);

        initBubble();
    }

    @Override
    protected void onSizeChanged(int w, int h, int oldw, int oldh) {
        super.onSizeChanged(w, h, oldw, oldh);

        mContentRectF = new RectF(getPaddingLeft(), getPaddingTop(), w - getPaddingRight(), h - getPaddingBottom());

        float bl = mContentRectF.centerX() - mBottleWidth / 2;
        float bt = mContentRectF.centerY() - mBottleHeight / 2;
        float br = mContentRectF.centerX() + mBottleWidth / 2;
        float bb = mContentRectF.centerY() + mBottleHeight / 2;
        mBottlePath.reset();
        mBottlePath.moveTo(bl - mBottleCapRadius, bt - mBottleCapRadius);
        mBottlePath.quadTo(bl, bt - mBottleCapRadius, bl, bt);
        mBottlePath.lineTo(bl, bb - mBottleRadius);
        mBottlePath.quadTo(bl, bb, bl + mBottleRadius, bb);
        mBottlePath.lineTo(br - mBottleRadius, bb);
        mBottlePath.quadTo(br, bb, br, bb - mBottleRadius);
        mBottlePath.lineTo(br, bt);
        mBottlePath.quadTo(br, bt - mBottleCapRadius, br + mBottleCapRadius, bt - mBottleCapRadius);


        mWaterPath.reset();
        mWaterPath.moveTo(bl, bb - mWaterHeight);
        mWaterPath.lineTo(bl, bb - mBottleRadius);
        mWaterPath.quadTo(bl, bb, bl + mBottleRadius, bb);
        mWaterPath.lineTo(br - mBottleRadius, bb);
        mWaterPath.quadTo(br, bb, br, bb - mBottleRadius);
        mWaterPath.lineTo(br, bb - mWaterHeight);
        mWaterPath.close();

        mWaterRectF.set(bl, bb - mWaterHeight, br, bb);

        LinearGradient gradient = new LinearGradient(mWaterRectF.centerX(), mWaterRectF.top,
                mWaterRectF.centerX(), mWaterRectF.bottom, 0xFF4286f4, 0xFF373B44, Shader.TileMode.CLAMP);
        mWaterPaint.setShader(gradient);
    }

    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        super.onDraw(canvas);
        canvas.drawPath(mWaterPath, mWaterPaint);
        canvas.drawPath(mBottlePath, mBottlePaint);
        drawBubble(canvas);
    }

    //--- 气泡效果 ---------------------------------------------------------------------------------

    @Override
    protected void onAttachedToWindow() {
        super.onAttachedToWindow();
        startBubbleSync();
    }

    @Override
    protected void onDetachedFromWindow() {
        super.onDetachedFromWindow();
        stopBubbleSync();
    }


    private class Bubble {
        int radius;     // 气泡半径
        float speedY;   // 上升速度
        float speedX;   // 平移速度
        float x;        // 气泡x坐标
        float y;        // 气泡y坐标
    }

    private ArrayList<Bubble> mBubbles = new ArrayList<>();

    private Random random = new Random();
    private Thread mBubbleThread;

    // 初始化气泡
    private void initBubble() {
        mBubblePaint = new Paint();
        mBubblePaint.setColor(Color.WHITE);
        mBubblePaint.setAlpha(mBubbleAlpha);
    }

    // 开始气泡线程
    private void startBubbleSync() {
        stopBubbleSync();
        mBubbleThread = new Thread() {
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(mBubbleRefreshTime);
                        tryCreateBubble();
                        refreshBubbles();
                        postInvalidate();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        System.out.println("Bubble线程结束");
                        break;
                    }
                }
            }
        };
        mBubbleThread.start();
    }

    // 停止气泡线程
    private void stopBubbleSync() {
        if (null == mBubbleThread) return;
        mBubbleThread.interrupt();
        mBubbleThread = null;
    }

    // 绘制气泡
    private void drawBubble(Canvas canvas) {
        List<Bubble> list = new ArrayList<>(mBubbles);
        for (Bubble bubble : list) {
            if (null == bubble) continue;
            canvas.drawCircle(bubble.x, bubble.y,
                    bubble.radius, mBubblePaint);
        }
    }

    // 尝试创建气泡
    private void tryCreateBubble() {
        if (null == mContentRectF) return;
        if (mBubbles.size() >= mBubbleMaxSize) {
            return;
        }
        if (random.nextFloat() < 0.95) {
            return;
        }
        Bubble bubble = new Bubble();
        int radius = random.nextInt(mBubbleMaxRadius - mBubbleMinRadius);
        radius += mBubbleMinRadius;
        float speedY = random.nextFloat() * mBubbleMaxSpeedY;
        while (speedY < 1) {
            speedY = random.nextFloat() * mBubbleMaxSpeedY;
        }
        bubble.radius = radius;
        bubble.speedY = speedY;
        bubble.x = mWaterRectF.centerX();
        bubble.y = mWaterRectF.bottom - radius - mBottleBorder / 2;
        float speedX = random.nextFloat() - 0.5f;
        while (speedX == 0) {
            speedX = random.nextFloat() - 0.5f;
        }
        bubble.speedX = speedX * 2;
        mBubbles.add(bubble);
    }

    // 刷新气泡位置，对于超出区域的气泡进行移除
    private void refreshBubbles() {
        List<Bubble> list = new ArrayList<>(mBubbles);
        for (Bubble bubble : list) {
            if (bubble.y - bubble.speedY <= mWaterRectF.top + bubble.radius) {
                mBubbles.remove(bubble);
            } else {
                int i = mBubbles.indexOf(bubble);
                if (bubble.x + bubble.speedX <= mWaterRectF.left + bubble.radius + mBottleBorder / 2) {
                    bubble.x = mWaterRectF.left + bubble.radius + mBottleBorder / 2;
                } else if (bubble.x + bubble.speedX >= mWaterRectF.right - bubble.radius - mBottleBorder / 2) {
                    bubble.x = mWaterRectF.right - bubble.radius - mBottleBorder / 2;
                } else {
                    bubble.x = bubble.x + bubble.speedX;
                }
                bubble.y = bubble.y - bubble.speedY;
                mBubbles.set(i, bubble);
            }
        }
    }

    private float dp2px(float dpValue) {
        return TypedValue.applyDimension(TypedValue.COMPLEX_UNIT_DIP, dpValue, getResources().getDisplayMetrics());
    }
}

3. 结语

由于本项目是一个示例性质的项目，因此设计的比较简单，结构也是简单粗暴，并没有经过精心的雕琢，存在一些疏漏也说不定，如果大家觉得逻辑上存在问题或者有什么疑惑，欢迎在下面(公众号、小专栏)的评论区留言。

公众号查看到该文章的可以通过点击【阅读原文】下载到所需的示例代码，非公众号阅读的可以从文末或者文初下载到示例项目。

【示例项目：BubbleSample】