学不动也要学，Jetpack Compose 实现自定义绘制

原创业志陈字节数组 2023-09-13

收录于合集

现如今 Jetpack Compose 也逐渐流行起来了，能实现自定义控件也是对一名应用开发者最基本的要求，本篇文章就再来介绍下如何用 Jetpack Compose 实现以下效果：

Part1一、Canvas & DrawScope

在原生的 Android View 体系下，我们要实现一个自定义 View 所需要的基本步骤有：

继承 android.view.View，在子类的构造函数中通过 AttributeSet 拿到在 XML 文件中声明的各个属性值
重写 onMeasure 和 onSizeChanged 两个方法，拿到 View 的宽高信息
重写 onLayout 方法，确定子 View 的位置信息（如果是自定义 ViewGroup 的话）
重写 onDraw 方法，通过 Paint、Path 等向 Canvas 绘制图形，从而实现各种自定义效果
重写 onVisibilityChanged、onAttachedToWindow、onDetachedFromWindow 等方法，在适当的时候开启动画或者停止动画，避免资源浪费和内存泄漏（如果有使用到 Animator 的话）

整个流程的重点就是 onDraw 方法了，开发者在这里拿到 Canvas 对象，也即画布，然后通过各种 API 在画布上绘制图形。例如，canvas.drawLine就用于绘制直线，canvas.drawPath 就用于绘制路径

按我自己的理解，通过 Jetpack Compose 实现一个自定义控件所需要的基本步骤有：

通过 BoxWithConstraints 拿到父项的约束条件，即以此拿到控件允许占有的最大空间和最小空间，包括：minWidth、maxWidth、minHeight、maxHeight 等
通过 Canvas() 函数来调用 drawLine、drawPath 等 API，绘制自定义图形
对于一些 Jetpack Compose 目前还不支持的绘制功能，可以通过 drawIntoCanvas 方法拿到原生 Android 环境的 Canvas 和 Paint 对象，利用原生 Android 环境的 API 方法来实现部分绘制需求
将上述操作封装为可组合函数，以函数入参参数的形式向外暴露必要的绘制参数，该可组合函数即我们最终实现的自定义 View 了

可以看到，在 Jetpack Compose 体系架构下，实现自定义控件的步骤和原生方式相比有着挺大的差别。最终实现的控件对应的也是一个可组合函数，而非一个类。而且我们不用再多在意控件本身的可见性和生命周期了，因为 Jetpack Compose 会负责以高效的方式创建和释放对象，即使我们使用到了 Animator，Jetpack Compose 也会在可组合函数的生命周期结束的时候就自动停止动画

Jetpack Compose 的主要思路也是通过 Canvas 对象来绘制各种图形，通过 Canvas() 函数来提供绘制能力。Canvas() 是一个可组合函数，通过 DrawScope 来暴露 drawLine 和 drawPath 等方法。DrawScope 是一个维护自身状态且限定了作用域的绘图环境

@Composable
fun Canvas(modifier: Modifier, onDraw: DrawScope.() -> Unit) =
    Spacer(modifier.drawBehind(onDraw))

例如，如果我们要绘制一条从屏幕左上角到右下角的直线时

@Preview(showBackground = true, widthDp = 160, heightDp = 160)
@Composable
fun DrawLine() {
    Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()) {
        val canvasWidth = size.width
        val canvasHeight = size.height
        drawLine(
            start = Offset(x = 0f, y = 0f),
            end = Offset(x = canvasWidth, y = canvasHeight),
            color = Color.Green,
            strokeWidth = 10f,
        )
    }
}

绘制一个带有渐变背景色的半圆

@Preview(showBackground = true, widthDp = 160, heightDp = 160)
@Composable
fun DrawPath() {
    Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()) {
        val canvasWidth = size.width
        val canvasHeight = size.height
        val path = Path()
        path.addArc(oval = Rect(0f, 0f, canvasWidth, canvasHeight), 0f, 180f)
        drawPath(
            path = path,
            brush = Brush.linearGradient(colors = listOf(Color.Blue, Color.Cyan, Color.LightGray))
        )
    }
}

此外 DrawScope 也提供了变换坐标系的能力，比如常见的 translate、rotate、scale 等

将上述半圆进行旋转

@Preview(showBackground = true, widthDp = 160, heightDp = 160)
@Composable
fun DrawPath() {
    Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()) {
        val canvasWidth = size.width
        val canvasHeight = size.height
        val path = Path()
        path.addArc(oval = Rect(0f, 0f, canvasWidth, canvasHeight), 0f, 180f)
        rotate(degrees = 90f, pivot = center) {
            drawPath(
                path = path,
                brush = Brush.linearGradient(colors = listOf(Color.Blue, Color.Cyan, Color.LightGray))
            )
        }
    }
}

Part2二、drawText

目前 DrawScope 还没有提供类似于 drawText 的方法，即 Jetpack Compose 目前还不支持直接进行文本绘制，这方面的需求需要通过 Android 框架原生的 Canvas 对象来实现

Canvas() 通过 drawIntoCanvas() 函数来向外暴露原生的 Canvas 对象，并提供了 asFrameworkPaint() 函数用于将 Jetpack Compose 环境的 Paint 对象转换为原生环境的 Paint 对象，这样我们就可以使用原生 Canvas 环境的各种方法了

例如，可以在上述半圆的基础上结合原生的 Canvas 再绘制一段文本

@Preview(showBackground = true, widthDp = 160, heightDp = 160)
@Composable
fun DrawPath() {
    Canvas(modifier = Modifier.fillMaxSize()) {
        val canvasWidth = size.width
        val canvasHeight = size.height
        val path = Path()
        path.addArc(oval = Rect(0f, 0f, canvasWidth, canvasHeight), 0f, 180f)
        rotate(degrees = 90f, pivot = center) {
            drawPath(
                path = path,
                brush = Brush.linearGradient(
                    colors = listOf(
                        Color.Blue,
                        Color.Cyan,
                        Color.LightGray
                    )
                )
            )
        }
        drawIntoCanvas {
            //将 Jetpack Compose 环境的 Paint 对象转换为原生的 Paint 对象
            val textPaint = Paint().asFrameworkPaint().apply {
                isAntiAlias = true
                isDither = true
                typeface = Typeface.create(Typeface.SANS_SERIF, Typeface.BOLD)
                textAlign = android.graphics.Paint.Align.CENTER
            }
            textPaint.color = android.graphics.Color.RED
            textPaint.textSize = 50f
            val fontMetrics = textPaint.fontMetrics
            val top = fontMetrics.top
            val bottom = fontMetrics.bottom
            val centerX = size.width / 2f
            val centerY = size.height / 2f - top / 2f - bottom / 2f
            //拿到原生的 Canvas 对象
            val nativeCanvas = it.nativeCanvas
            nativeCanvas.drawText(
                "学不动也要学",
                centerX, centerY, textPaint
            )
        }
    }
}

Part3三、drawWithContent

我们除了可以直接使用 Canvas() 函数来实现各种自定义 View 外，Jetpack Compose 还提供了 drawWithContent 函数用于扩展现有控件。drawWithContent 函数是 Modifier 的扩展函数，drawWithContent 函数上执行的各种绘制操作，都会同步给 Modifier 所在控件的 Canvas 上，以此对任意控件进行自定义绘制

drawWithContent 函数提供了 ContentDrawScope 对象用于支持外部进行自定义绘制，ContentDrawScope 是 DrawScope 的子接口，所以可以直接使用上述介绍的各种 draw 方法。

fun Modifier.drawWithContent(
    onDraw: ContentDrawScope.() -> Unit
): Modifier = this.then(
    DrawWithContentModifier(
        onDraw = onDraw,
        inspectorInfo = debugInspectorInfo {
            name = "drawWithContent"
            properties["onDraw"] = onDraw
        }
    )
)

例如，假设现在我们希望在任意控件的右上角绘制一个红色小圆点，那么就可以将函数声明为 Modifier 的扩展函数，在 drawWithContent 中获取到 Canvas 的宽高信息，即拿到 Modifier 所在控件的宽高信息，然后定位到控件的右上角绘制出一个红色圆点即可

fun Modifier.redPoint(pointSize: Dp): Modifier = drawWithContent {
    drawContent()
    drawIntoCanvas {
        val paint = Paint().apply {
            color = Color.Red
        }
        it.drawCircle(
            center = Offset(x = size.width, y = 0f),
            radius = (pointSize / 2).toPx(),
            paint = paint
        )
    }
}

之后，只要在任意控件的 Modifier 参数中调用上述扩展函数，就可以直接在该控件上绘制出一个红色圆点了

@Preview(showBackground = true, widthDp = 160, heightDp = 160)
@Composable
fun DrawWithContentSample() {
    Spacer(
        modifier = Modifier
            .fillMaxSize()
            .padding(all = 30.dp)
            .background(color = Color.LightGray)
            .redPoint(pointSize = 12.dp)
    )
}

有个细节需要注意。drawWithContent 中的 drawContent() 代表的是声明在 redPoint 之后的绘制行为，如果我们不主动执行该方法，那么声明在 redPoint 之后的绘制行为都不会生效。而如果将 drawContent() 放到 drawIntoCanvas 之后执行的话，drawContent() 就会绘制在 redPoint 的上面。即我们可以通过控制 drawContent() 的执行顺序来控制 drawIntoCanvas 所绘制的 Z 轴层级

例如，先在 redPoint 之后声明背景色 background，如果 drawIntoCanvas 先执行的话就会导致红色圆点被 background 覆盖了一部分内容区域，就像以下效果图所示，如果 drawContent 先执行的话就不会被覆盖住

fun Modifier.redPoint(pointSize: Dp): Modifier = drawWithContent {
    drawIntoCanvas {
        val paint = Paint().apply {
            color = Color.Red
        }
        it.drawCircle(
            center = Offset(x = size.width, y = 0f),
            radius = (pointSize / 2).toPx(),
            paint = paint
        )
    }
    drawContent()
}

@Preview(showBackground = true, widthDp = 160, heightDp = 160)
@Composable
fun DrawWithContentSample() {
    Spacer(
        modifier = Modifier
            .fillMaxSize()
            .padding(all = 30.dp)
            .redPoint(pointSize = 12.dp)
            .background(color = Color.LightGray)
    )
}

Part4四、WaveLoading

有了上述基础后，就可以来动手实现以下效果了

先来总结下 WaveLoading 的特点，这样才能归纳出实现该效果所需要的步骤

控件的主体是一个不规则的半圆，顶部以类似于波浪的形式从左往右上下波动运行
波浪可以自定义颜色，此处以 waveColor 命名
波浪的起伏线将嵌入的文本分为上下两种颜色，上边的文本颜色和 waveColor 保持一致，下边的文本颜色以 downTextColor 命名，文本的上下分割线一直在动态变化中

虽然波浪是不断运动的，但只要能够绘制出其中一帧的图形，其动态效果就能通过不断改变波浪的位置参数来完成，所以这里先把控件当成静态的，先实现其静态效果即可。将绘制步骤拆解为以下几步：

绘制颜色为 waveColor 的文本，将其绘制在 canvas 的最底层。绘制文本的操作都需要交由 Android 原生的 Canvas 和 Path 来实现
根据控件的宽高信息构建一个不超出范围的最大圆形路径 circlePath
以 circlePath 的水平中间线作为波浪的起伏线，在起伏线的上边和下边分别利用贝塞尔曲线绘制一段连续的波浪 path，将 path 的首尾两端以矩形的形式连接在一起，构成 wavePath
取 circlePath 和 wavePath 的交集 resultPath，绘制出 resultPath，用 waveColor 填充，此时就得到了半圆形的球形波浪了
通过 clipPath(path = resultPath, clipOp = ClipOp.Intersect) 方法裁切画布，再绘制颜色为 downTextColor 的文本，此时绘制的 downTextColor 文本只会显示 resultPath 范围内的部分，从而使得先后两次不同时间绘制的文本上下拼接在了一起，从而得到有不同颜色范围的文本
利用 rememberInfiniteTransition 动画不断改变 wavePath 起始点的 X 坐标，从而得到波浪不断从左往右前进的效果

有了思路后代码就很简单了，总的也就才一百行左右，代码量相比 View 版本和 Flutter 版本都要少得多

@Composable
fun WaveLoading(
    modifier: Modifier,
    text: String,
    textSize: TextUnit,
    waveColor: Color,
    downTextColor: Color = Color.White,
    animationSpec: InfiniteRepeatableSpec<Float> = infiniteRepeatable(
        animation = tween(
            durationMillis = 500,
            easing = CubicBezierEasing(0.2f, 0.2f, 0.7f, 0.9f)
        ),
        repeatMode = RepeatMode.Restart
    )
) {
    BoxWithConstraints(modifier = modifier) {
        val density = LocalDensity.current.density
        val circleSizeDp = minOf(maxWidth, maxHeight)
        val circleSizePx = circleSizeDp.value * density
        val waveWidth = circleSizePx / 1.2f
        val waveHeight = circleSizePx / 10f
        val textPaint by remember {
            mutableStateOf(Paint().asFrameworkPaint().apply {
                isAntiAlias = true
                isDither = true
                typeface = Typeface.create(Typeface.SANS_SERIF, Typeface.BOLD)
                textAlign = android.graphics.Paint.Align.CENTER
            })
        }
        val wavePath by remember {
            mutableStateOf(Path())
        }
        val circlePath by remember {
            mutableStateOf(Path().apply {
                addArc(
                    Rect(0f, 0f, circleSizePx, circleSizePx),
                    0f, 360f
                )
            })
        }
        val animateValue by rememberInfiniteTransition().animateFloat(
            initialValue = 0f,
            targetValue = waveWidth,
            animationSpec = animationSpec,
        )
        Canvas(modifier = modifier.requiredSize(size = circleSizeDp)) {
            drawTextToCenter(
                text = text,
                textPaint = textPaint,
                textSize = textSize.toPx(),
                textColor = waveColor.toArgb()
            )
            wavePath.reset()
            wavePath.moveTo(-waveWidth + animateValue, circleSizePx / 2.3f)
            var i = -waveWidth
            while (i < circleSizePx + waveWidth) {
                wavePath.relativeQuadraticBezierTo(waveWidth / 4f, -waveHeight, waveWidth / 2f, 0f)
                wavePath.relativeQuadraticBezierTo(waveWidth / 4f, waveHeight, waveWidth / 2f, 0f)
                i += waveWidth
            }
            wavePath.lineTo(circleSizePx, circleSizePx)
            wavePath.lineTo(0f, circleSizePx)
            wavePath.close()
            val resultPath = Path.combine(
                path1 = circlePath,
                path2 = wavePath,
                operation = PathOperation.Intersect
            )
            drawPath(path = resultPath, color = waveColor)
            clipPath(path = resultPath, clipOp = ClipOp.Intersect) {
                drawTextToCenter(
                    text = text,
                    textPaint = textPaint,
                    textSize = textSize.toPx(),
                    textColor = downTextColor.toArgb()
                )
            }
        }
    }
}

private fun DrawScope.drawTextToCenter(
    text: String,
    textPaint: android.graphics.Paint,
    textSize: Float,
    textColor: Int
) {
    textPaint.textSize = textSize
    textPaint.color = textColor
    val fontMetrics = textPaint.fontMetrics
    val x = size.width / 2f
    val y = size.height / 2f - (fontMetrics.top + fontMetrics.bottom) / 2f
    drawContext.canvas.nativeCanvas.drawText(text, x, y, textPaint)
}

之后就像普通的可组合函数一样进行调用即可

Column(
    modifier = Modifier.verticalScroll(state = ScrollState(0)),
    horizontalAlignment = Alignment.CenterHorizontally,
) {
    WaveLoading(
        modifier = Modifier.size(size = 220.dp),
        text = "開",
        textSize = 150.sp,
        waveColor = Color(0xFF3949AB)
    )
    WaveLoading(
        modifier = Modifier.size(size = 220.dp),
        text = "心",
        textSize = 150.sp,
        waveColor = Color(0xFF00897B)
    )
}

Part5五、结尾

最后当然也少不了 WaveLoading 的完整示例代码了，有需要的同学点击这里下载：https://github.com/leavesCZY/ComposeWaveLoading

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学不动也要学，Jetpack Compose 实现自定义绘制

Part1一、Canvas & DrawScope

Part2二、drawText

Part3三、drawWithContent

Part4四、WaveLoading

Part5五、结尾

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