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作为系列文章的第十八篇，本篇将通过 ScrollPhysics 和 Simulation ，带你深入走进 Flutter 的滑动新世界，为你打开 Flutter 滑动操作的另一扇窗。
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## 文章汇总地址：
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> [Flutter 完整实战实战系列文章专栏](https://juejin.im/collection/5db25bcff265da06a19a304e)
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> [Flutter 番外的世界系列文章专栏](https://juejin.im/collection/5db25d706fb9a069f422c374)
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## 一、前言
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如下图所示是Flutter 默认的可滑动 `Widget` 效果，在 Android 和 iOS 上出现了不同的 **滑动速度与边缘拖拽效果** ，这是因为在不同平台上，默认使用了不同的 **`ScrollPhysics` 与 `Simulation`** ，后面我们将逐步介绍这两大主角的实现原理，**最终让你对 Flutter 世界的滑动拖拽进阶到 *“为所欲为”* 的境界。**
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> 下方开始高能干货，请自带茶水食用。
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## 二、 ScrollPhysics
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首先介绍 `ScrollPhysics` ，在 Flutter 官方的介绍中，`ScrollPhysics` 的作用是 **确定可滚动控件的物理特性，** 常见的有以下四大金刚：
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* **`BouncingScrollPhysics`** ：允许滚动超出边界，但之后内容会**反弹**回来。
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* **`ClampingScrollPhysics`** ： 防止滚动超出边界，**夹住** 。
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* **`AlwaysScrollableScrollPhysics`** ：始终**响应**用户的滚动。
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* **`NeverScrollableScrollPhysics`** ：**不响应**用户的滚动。
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在开发过程中，一般会通过如下代码进行设置：
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CustomScrollView(physics: const BouncingScrollPhysics())
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ListView.builder(physics: const AlwaysScrollableScrollPhysics())
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GridView.count(physics: NeverScrollableScrollPhysics())
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```
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但在一般我们都不会主动去设置 **`physics` 属性，** 那么默认情况下，为什么在 Flutter 中的 `ListView` 、`CustomScrollView` 等 `Scrollable` 控件中，在 Android 和 iOS 平台的滚动和边界拖拽效果，会出现如下图所示的平台区别呢？
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这里的关键就在于 **`ScrollConfiguration`** 和 **`ScrollBehavior`** 。
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### 2.1、ScrollConfiguration 和 ScrollBehavior
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我们知道所有的滑动控件都是通过 `Scrollable` 对触摸进行响应从而进行滑动的。
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如下代码所示，在 `Scrollable` 的 **`_updatePosition`** 方法内，当 `widget.physics == null` 时，**`_physics` 默认是从 `ScrollConfiguration.of(context)` 的 `getScrollPhysics(context)` 方法获取** ，而 **`ScrollConfiguration.of(context)`** 返回的是一个 **`ScrollBehavior`** 对象。
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```
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// Only call this from places that will definitely trigger a rebuild.
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void _updatePosition() {
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_configuration = ScrollConfiguration.of(context);
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_physics = _configuration.getScrollPhysics(context);
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if (widget.physics != null)
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_physics = widget.physics.applyTo(_physics);
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final ScrollController controller = widget.controller;
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final ScrollPosition oldPosition = position;
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if (oldPosition != null) {
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controller?.detach(oldPosition);
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scheduleMicrotask(oldPosition.dispose);
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}
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_position = controller?.createScrollPosition(_physics, this, oldPosition)
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?? ScrollPositionWithSingleContext(physics: _physics, context: this, oldPosition: oldPosition);
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assert(position != null);
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controller?.attach(position);
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}
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```
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**所以默认情况下 ，`ScrollPhysics` 是和 `ScrollConfiguration` 和 `ScrollBehavior` 有关系。**
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那么 **`ScrollBehavior`** 是这么工作的？
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查看 **`ScrollBehavior`** 的源码可知，它的 `getScrollPhysics` 方法中，**默认实现了平台返回了不同的 `ScrollPhysics`** ，所以默认情况下，在不同平台上的滚动和边缘推拽，会出现不一样的效果：
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```
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ScrollPhysics getScrollPhysics(BuildContext context) {
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switch (getPlatform(context)) {
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case TargetPlatform.iOS:
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return const BouncingScrollPhysics();
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case TargetPlatform.android:
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case TargetPlatform.fuchsia:
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return const ClampingScrollPhysics();
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}
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return null;
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}
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```
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前面说过， **`ScrollPhysics` 是确定可滚动控件的物理特性** ，那么如上图所示，**Android 平台上拖拽溢出的蓝色半圆的怎么来的？`ScrollConfiguration` 的 `ScrollBehavior` 是在什么时候被设置的？**
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查看 `ScrollConfiguration` 的源码我们得知， **`ScrollConfiguration` 和 `Theme`、`Localizations` 等一样是 `InheritedWidget`，那么它应该是从上层往下共享的。**
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所以查看 `MaterialApp` 的源码，得到如下代码，可以看到 **`ScrollConfiguration ` 是在 `MaterialApp` 内默认嵌套的，并且通过 `_MaterialScrollBehavior` 设置了 `ScrollBehavior`， 其 override 的`buildViewportChrome ` 方法，就是实现了Android 上溢出拖拽的半圆效果，** 其中 `GlowingOverscrollIndicator` 就是半圆效果的绘制控件。
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```
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@override
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Widget build(BuildContext context) {
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····
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return ScrollConfiguration(
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behavior: _MaterialScrollBehavior(),
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child: result,
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);
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}
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class _MaterialScrollBehavior extends ScrollBehavior {
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@override
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TargetPlatform getPlatform(BuildContext context) {
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return Theme.of(context).platform;
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}
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@override
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Widget buildViewportChrome(BuildContext context, Widget child, AxisDirection axisDirection) {
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switch (getPlatform(context)) {
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case TargetPlatform.iOS:
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return child;
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case TargetPlatform.android:
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case TargetPlatform.fuchsia:
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return GlowingOverscrollIndicator(
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child: child,
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axisDirection: axisDirection,
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color: Theme.of(context).accentColor,
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);
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}
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return null;
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}
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}
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```
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到这里我们就知道了，在默认情况下可滑动控件的 `ScrollPhysics` 是如何配置的：
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- 1、**`ScrollConfiguration` 是一个 `InheritedWidget` 。**
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- 2、**`MaterialApp` 内部利用 `ScrollConfiguration` 并共享了一个 `ScrollBehavior` 的子类 `_MaterialScrollBehavior`。**
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- 3、**`ScrollBehavior` 默认根据平台返回了特定的 `BouncingScrollPhysics` 和 `ClampingScrollPhysics` 效果。**
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- 4、**`_MaterialScrollBehavior` 中针对 Android 平台实现了 `buildViewportChrome` 的蓝色半球拖拽溢出效果。**
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> ps ：我们可以通过实现自己的 `ScrollBehavior` ， 实现自定义的拖拽溢出效果。
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## 三、ScrollPhysics 工作原理
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**那么 `ScrollPhysics` 是怎么实现滚动和边缘拖拽的呢？** `ScrollPhysics` 默认是没有什么代码逻辑的，它的主要定义方法如下所示：
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/// [position] 当前的位置, [offset] 用户拖拽距离
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/// 将用户拖拽距离 offset 转为需要移动的 pixels
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double applyPhysicsToUserOffset(ScrollMetrics position, double offset)
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/// 返回 overscroll ，如果返回 0 ，overscroll 就一直是0
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/// 返回边界条件
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double applyBoundaryConditions(ScrollMetrics position, double value)
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///创建一个滚动的模拟器
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Simulation createBallisticSimulation(ScrollMetrics position, double velocity)
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///最小滚动数据
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double get minFlingVelocity
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///传输动量，返回重复滚动时的速度
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double carriedMomentum(double existingVelocity)
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///最小的开始拖拽距离
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double get dragStartDistanceMotionThreshold
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///滚动模拟的公差
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///指定距离、持续时间和速度差应视为平等的差异的结构。
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Tolerance get tolerance
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```
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上方代码标注了 `ScrollPhysics` 各个方法的大致作用，而在前面 [《十三、全面深入触摸和滑动原理》](https://juejin.im/post/5cd54839f265da03b2044c32) 中，我们深入解析过触摸和滑动的原理，大致流程从触摸开始往下传递， 最终触发 `layout` 实现滑动的现象：
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而 `ScrollPhysics` 的工作原理就穿插在其中，其流程如下图所示, 主要的逻辑在于红色标注的的三个方法：
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- **`applyPhysicsToUserOffset`** ：通过 physics 将用户拖拽距离 `offset` 转化为 `setPixels`(滚动) 的增量。
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- **`applyBoundaryConditions`** ：通过 physics 计算当前滚动的边界条件。
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- **`createBallisticSimulation`** ： 创建自动滑动的模拟器。
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这三个方法的触发时机在于 `_handleDragUpdate` 、 `_handleDragCancel` 和 `_handleDragEnd` ，也就是拖动过程和拖动结束的时机：
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- **`applyPhysicsToUserOffset` 和 `applyBoundaryConditions` 是在 `_handleDragUpdate` 时被触发的。**
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- **`createBallisticSimulation` 是在 `_handleDragCancel` 和 `_handleDragEnd` 时被触发的。**
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所以默认的 **`BouncingScrollPhysics`** 和 **`ClampingScrollPhysics`** 最大的差异也在这个三个方法。
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### 3.1、applyPhysicsToUserOffset
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`ClampingScrollPhysics` 默认是没有重载 `applyPhysicsToUserOffset` 方法的，**当 `parent == null` 时，用户的滑动 `offset` 是什么就返回什么：**
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```
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double applyPhysicsToUserOffset(ScrollMetrics position, double offset) {
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if (parent == null)
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return offset;
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return parent.applyPhysicsToUserOffset(position, offset);
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}
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```
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`BouncingScrollPhysics` 中对 `applyPhysicsToUserOffset` 方法进行了 `override` ，其中 **用户没有达到边界前，依旧返回默认的 `offset`，当用户到达边界时，通过算法来达到模拟溢出阻尼效果。**
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```
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///摩擦因子
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double frictionFactor(double overscrollFraction) => 0.52 * math.pow(1 - overscrollFraction, 2);
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@override
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double applyPhysicsToUserOffset(ScrollMetrics position, double offset) {
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assert(offset != 0.0);
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assert(position.minScrollExtent <= position.maxScrollExtent);
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if (!position.outOfRange)
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return offset;
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final double overscrollPastStart = math.max(position.minScrollExtent - position.pixels, 0.0);
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final double overscrollPastEnd = math.max(position.pixels - position.maxScrollExtent, 0.0);
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final double overscrollPast = math.max(overscrollPastStart, overscrollPastEnd);
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final bool easing = (overscrollPastStart > 0.0 && offset < 0.0)
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|| (overscrollPastEnd > 0.0 && offset > 0.0);
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final double friction = easing
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// Apply less resistance when easing the overscroll vs tensioning.
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? frictionFactor((overscrollPast - offset.abs()) / position.viewportDimension)
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: frictionFactor(overscrollPast / position.viewportDimension);
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final double direction = offset.sign;
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return direction * _applyFriction(overscrollPast, offset.abs(), friction);
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}
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```
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### 3.2、applyBoundaryConditions
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`ClampingScrollPhysics` 的 `applyBoundaryConditions` 方法中，在计算边界条件值的时候，**滑动值会和边界值相减得到相反的数据，使得滑动边界相对静止，从而达到“夹住”的作用** ，也就是**动态边界** ，所以默认请下 Android 上滚动到了边界就会停止响应。
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```
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@override
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double applyBoundaryConditions(ScrollMetrics position, double value) {
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if (value < position.pixels && position.pixels <= position.minScrollExtent) // underscroll
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return value - position.pixels;
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||
if (position.maxScrollExtent <= position.pixels && position.pixels < value) // overscroll
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return value - position.pixels;
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||
if (value < position.minScrollExtent && position.minScrollExtent < position.pixels) // hit top edge
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||
return value - position.minScrollExtent;
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||
if (position.pixels < position.maxScrollExtent && position.maxScrollExtent < value) // hit bottom edge
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return value - position.maxScrollExtent;
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return 0.0;
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}
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```
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> ps： 前面说过蓝色的半圆是默认的 `ScrollBehavior` 内 `buildViewportChrome` 方法实现的。
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`BouncingScrollPhysics` 中 `applyBoundaryConditions` 直接返回 0 ，**也就是达到 0 是就边界，过了 0 的就是边界外的拖拽效果了。**
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```
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@override
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double applyBoundaryConditions(ScrollMetrics position, double value) => 0.0;
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```
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### 3.3、createBallisticSimulation
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因为 `createBallisticSimulation` 是在 `_handleDragCancel` 和 `_handleDragEnd` 时触发的，其实就是停止触摸的时候，**当 `createBallisticSimulation` 返回 `null` 时，`Scrllable` 将进入 `IdleScrollActivity` ，也就是停止滚动的状态。**
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如下图所示，完全没有 `Simulation` 的列表滚动，是不会连续滚动的。
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`ClampingScrollPhysics` 的 `createBallisticSimulation` 方法中，**使用了 `ClampingScrollSimulation`(固定) 和 `ScrollSpringSimulation`(弹性) 两种 `Simulation`** ，如下代码所示，理论上只有 `position.outOfRange` 才会触发弹性的回弹效果，但 `ScrollPhysics` 采用了类似 **双亲代理模型** ，其 `parent` 可能会触发 `position.outOfRange` ，所以推测这里才会有 `ScrollSpringSimulation` 补充的判断。
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如下代码可以看出，**只有在 `velocity` 速度大于默认加速度，并且是可滑动范围内，才返回 `ClampingScrollPhysics` 模拟滑动，否则返回 null 进入前面所说的 Idle 停止滑动，这也是为什么普通慢速拖动，不会触发自动滚动的原因。**
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```
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@override
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Simulation createBallisticSimulation(
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ScrollMetrics position, double velocity) {
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final Tolerance tolerance = this.tolerance;
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if (position.outOfRange) {
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double end;
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if (position.pixels > position.maxScrollExtent)
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end = position.maxScrollExtent;
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if (position.pixels < position.minScrollExtent)
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end = position.minScrollExtent;
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assert(end != null);
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return ScrollSpringSimulation(
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spring,
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position.pixels,
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end,
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math.min(0.0, velocity),
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tolerance: tolerance,
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);
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}
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if (velocity.abs() < tolerance.velocity) return null;
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if (velocity > 0.0 && position.pixels >= position.maxScrollExtent)
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return null;
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if (velocity < 0.0 && position.pixels <= position.minScrollExtent)
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return null;
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return ClampingScrollSimulation(
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position: position.pixels,
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velocity: velocity,
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tolerance: tolerance,
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);
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}
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```
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`BouncingScrollPhysics` 的 `createBallisticSimulation` 则简单一些，**只有在结束触摸时，初始速度大于默认加速度或者超出区域，才会返回 `BouncingScrollSimulation` 进行模拟滑动计算，否则经进入前面所说的 Idle 停止滑动。**
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```
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@override
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Simulation createBallisticSimulation(ScrollMetrics position, double velocity) {
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final Tolerance tolerance = this.tolerance;
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if (velocity.abs() >= tolerance.velocity || position.outOfRange) {
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return BouncingScrollSimulation(
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spring: spring,
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position: position.pixels,
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velocity: velocity * 0.91, // TODO(abarth): We should move this constant closer to the drag end.
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leadingExtent: position.minScrollExtent,
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trailingExtent: position.maxScrollExtent,
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tolerance: tolerance,
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);
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}
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return null;
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}
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```
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可以看出，在停止触摸时，**列表是否会继续模拟滑动是和 `velocity` 和 `tolerance.velocity` 有关，也就是速度大于指定的加速度时才会继续滑动** ，并且在可滑动区域内 `ClampingScrollSimulation` 和 `BouncingScrollSimulation` 呈现的效果也不一样。
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如下图所示，**第一页面的 `ScrollSpringSimulation` 在停止滚动前是有一定的减速效果的；而第二个页面 `ClampingScrollSimulation` 是直接快速滑动到边界。**
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> **事实上，通过选择或者调整 `Simulation` ，就可以对列表滑动的速度、阻尼、回弹效果等实现灵活的自定义。**
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## 四、Simulation
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前面最后说到了，利用 `Simulation` 实现对列表的滑动、阻尼、回弹效果的实现处理，那么 `Simulation` 是如何工作的呢？
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如上图所示，**在 `Simulation` 的创建是在 `ScrollPositionWithSingleContext` 的 `goBallistic` 方法中被调用的** ，然后通过 `BallisticScrollActivity` 去触发执行。
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```
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@override
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void goBallistic(double velocity) {
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assert(pixels != null);
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final Simulation simulation = physics.createBallisticSimulation(this, velocity);
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if (simulation != null) {
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beginActivity(BallisticScrollActivity(this, simulation, context.vsync));
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} else {
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goIdle();
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}
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}
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```
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在 `BallisticScrollActivity` 状态中，**`Simulation` 被用于驱动 `AnimationController` 的 `value` ，然后在动画的回调中获取 `Simulation` 计算后得到的 `value` 进行 `setPixels(value)` 实现滚动。**
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> 这里又涉及到了动画的绘制机制，动画的机制等新篇再详细说明，简单来说就是 **当系统 `drawFrame` 的 `vsync` 信号到来时，会执行到 `AnimationController` 内部的 `_tick` 方法，从而触发 `_value = _simulation.x(elapsedInSeconds).clamp(lowerBound, upperBound);` 改变和 ` notifyListeners();` 通知更新。**
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对于 `Simulation` 的内部计算逻辑这里就不展开了，大致上可知 **`ClampingScrollSimulation` 的摩擦因子是固定的，而 `BouncingScrollSimulation` 内部的摩擦因子和计算，是和传递的位置有关系。**
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**这里需要着重提及的就是，为什么 `BouncingScrollPhysics` 会自动回弹呢？**
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其实也是 `BouncingScrollSimulation` 的功劳，因为 `BouncingScrollSimulation` 构建时，会传递有 `leadingExtent:position.minScrollExtent` 和 ` trailingExtent: position.maxScrollExtent` 两个参数，**在 underscroll 和 overscroll 的情况下，会利用 `ScrollSpringSimulation` 实现弹性的回滚到 `leadingExtent` 和 `trailingExtent` 的动画，从而达到如下图的效果：**
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## 最后
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到这里 Flutter 的 `ScrollPhysics` 和 `Simulation` 就基本分析完了，严格意义上， `Simulation` 应该是属于动画的部分，但是这里因为`ScrollPhysics` 也放到了一起。
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**总结起来就是 `ScrollPhysics` 中控制了用户触摸转化和边界条件，并且在用户停止触摸时，利用 `Simulation` 实现了自动滚动与溢出回弹的动画效果。**
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> 自此，第十八篇终于结束了！(///▽///)
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