Android 架构组件之 Paging

Paging Library 是 Google 提出的分页加载库，本文将从以下几个方面对 Paging 进行介绍：

• 为什么要使用 Paging Library?
• 分析 Paging 的组成及原理
• 通过一个简单的案例，介绍如何使用 Paging Library
• 最后对 Paging Library 进行简单的总结

1. 为什么要使用 Paging Library?

我们经常需要处理大量数据，但大多数情况下，只需要加载和显示其中的一小部分。如果去请求用户不需要的数据，势必会浪费用户设备的电量和带宽。如果数据比较多情况下，消耗用户的流量也会比较多。

Paging Library 是 Google 提出的分页加载库，它可以妥善的逐步加载数据， 解决上面提到的痛点。此外：

• Paging Library 可以与 RecyclerView 无缝结合；
• Paging Library 还支持加载有限、或无限的 List，从而使得 RecyclerView 快速，无限滚动；
• Paging Library 可以配合 LiveData、RxJava 集成使用，来观察界面中的数据变化；
• Paging Library 可以选择本地数据库，网络或两者结合的方式作为分页数据的数据源，还可以自定义如何加载内容。

Paging Library 有这么多的特点，正是我们选择的使用它的主要原因。接下来分析一下它的组成及原理。

2. 分析 Paging 的组成及原理

Paging Library 的原理是，将数据分解成多个 List，使用 RecyclerView 中的 Adapter来观察 LiveDdata 中的数据变化，在此基础上加上分页功能，从而实现逐步加载内容。

我们来看一下具体的实现过程：

看过上面Paging Library 的实现过程，我们来总结一下：

• DataSource 负责从数据源加载数据，它是连接 数据源与 PagedList 的桥梁，DataSource 的数据源可以是本地的数据库，也可以是网络，或者两者结合的方式；
• PagedList 是List 的子类，从 DataSource 中取得的数据先放到 PagedList 中，我们可以在 PagedList 中配置每次加载多少条数据；
• PagedListAdapter 是 RecyclerView.Adapter 的实现类，从 PagedList 过来的数据，经过 DiffUtil 计算出数据的差异，计算的过程是一个异步的过程；
• 计算后的数据，通过 RecyclerView.Adapter 的 onBindViewHolder() 方法，更新到 UI 上。

看过了 Paging Library 具体的执行过程，我们来分析一下它的组成。我们先来看一下 Paging Library 相关的类图。

Paging Library 的核心组件是 PagedList 和 DataSource，在上面的类图中，用不同的颜色进行了区分。下面我们分别来介绍。

2.1 PagedList

PagedList 是一个集合类，它以分块的形式异步加载数据，每一块就称为一页。

在上面的类图中，我们可以看到：

• PagedList 有四个内部类，分别是 Config、抽象类 Callback、抽象类 BoundaryCallback 和 Builder。
• Config 类可以自定义 PagedList 从数据源加载数据的一些行为，比如每页加载多少条数据 pageSize，初始加载多少数据 mInitialLoadSizeHint，是否使用占位符 mEnablePlaceholders ，预加载距离 prefetchDistance 等。通常设置 mInitialLoadSizeHint 是pageSize 的整数倍，默认是3 倍。预加载距离 prefetchDistance ，即列表当距离加载边缘多远时触发分页的请求，通常应该是屏幕上可见项的数倍，默认与 pageSize 相等。
• Callback 当数据被加载到 PagedList 中时会触发这个类中的回调方法。
• BoundaryCallback 当 PagedList 到达可用数据的末端时（需要加载分页内容时）就会触发这个类中的回调方法；
• Builder 是 PagedList 的生成器类，PagedList 的实例都是通过 Builder 类中的 build()方法产生。

在 PagedList 中，除了上面提到的这四个内部类的成员变量之外，还有两个比较重要的成员变量：

• mMainThreadExecutor 将数据传递到 Adapter 的主线程；
• mBackgroundThreadExecutor 加载数据的后台线程；

Paging Library 还提供了 LivePagedListBuilder类，用于获取 PagedList 中的 LiveData 对象，创建 LivePagedListBuilder 的参数，创建 DataSource.Factory 对象和分页配置对象。LivePagedListBuilder 获取 LiveData 对象的过程如下：

@AnyThread
    @NonNull
    @SuppressLint("RestrictedApi")
    private static <Key, Value> LiveData<PagedList<Value>> create(
            @Nullable final Key initialLoadKey,
            @NonNull final PagedList.Config config,
            @Nullable final PagedList.BoundaryCallback boundaryCallback,
            @NonNull final DataSource.Factory<Key, Value> dataSourceFactory,
            @NonNull final Executor notifyExecutor,
            @NonNull final Executor fetchExecutor) {
        return new ComputableLiveData<PagedList<Value>>(fetchExecutor) {
            @Nullable
            private PagedList<Value> mList;
            @Nullable
            private DataSource<Key, Value> mDataSource;

            private final DataSource.InvalidatedCallback mCallback =
                    new DataSource.InvalidatedCallback() {
                        @Override
                        public void onInvalidated() {
                            invalidate();
                        }
                    };

            @SuppressWarnings("unchecked") // for casting getLastKey to Key
            @Override
            protected PagedList<Value> compute() {
                @Nullable Key initializeKey = initialLoadKey;
                if (mList != null) {
                    initializeKey = (Key) mList.getLastKey();
                }

                do {
                    if (mDataSource != null) {
                        mDataSource.removeInvalidatedCallback(mCallback);
                    }

                    mDataSource = dataSourceFactory.create();
                    mDataSource.addInvalidatedCallback(mCallback);

                    mList = new PagedList.Builder<>(mDataSource, config)
                            .setNotifyExecutor(notifyExecutor)
                            .setFetchExecutor(fetchExecutor)
                            .setBoundaryCallback(boundaryCallback)
                            .setInitialKey(initializeKey)
                            .build();
                } while (mList.isDetached());
                return mList;
            }
        }.getLiveData();
    }

可以看到，创建 PagedList 对象，还是通过 PagedList 的内部类 Builder 的 build()方法。

如果倾向于使用 RxJava，而不是 LiveData，可以使用 RxPagedListBuilder, 它的构建方式与LivePagedListBuilder类似，不同之处在于RxPagedListBuilder返回一个 Observable 对象或 Flowable 对象，而不是 LiveData 对象。

2.2 数据源 DataSource

再来看看 Paging Library 的另一个核心组成部分 DataSource。DataSource 是将数据加载到 PagedList 中的基类，任何数据都可以作为 DataSource 的来源，比如网络、数据库、文件等等。 DataSource.Factory 类可以用来创建 DataSource。

从上面的类图中，我们总结一下：

• DataSource 是一个抽象的泛型类，接收两个泛型参数，其中 Key 表示从数据源加载数据项的唯一标识，Value 与标识 Key 对应的数据项。DataSource 中定义了一个抽象的静态内部类 Factory，是创建 DataSource 的工厂类。
• DataSource 有两个直接的子类，分别是 PositionalDataSource 和 ContiguousDataSource。ContiguousDataSource 是一个非 public 的类，我们通常使用它的两个子类，PageKeyedDataSource 和 ItemKeyedDataSource 。
• PositionalDataSource 和 ContiguousDataSource 这两个类最大的区别是对抽象方法 isContiguous() 的实现方式不同，PositionalDataSource 中的 isContiguous() 方法返回 false，ContiguousDataSource 中的 isContiguous() 方法返回 true。所以我们在代码中，能够使用的 DataSource 有三种，分别是 PositionalDataSource 和 ContiguousDataSource 的两个子类 PageKeyedDataSource 和 ItemKeyedDataSource 。

public abstract class DataSource {
    /**
         * Returns true if the data source guaranteed to produce a contiguous set of items,
         * never producing gaps.
         */
        abstract boolean isContiguous();
}

abstract class ContiguousDataSource extends DataSource {
        @Override
        boolean isContiguous() {
            return true;
        }
    }
    
public abstract class PositionalDataSource extends DataSource {
        @Override
        boolean isContiguous() {
            return false;
        }
    }

关于数据源产生的数据项是否为连续的，结合后面三种 DataSource 的使用场景更好理解。

我们来看一下 PositionalDataSource、PageKeyedDataSource 和 ItemKeyedDataSource 分别适用哪些场景：

• 使用 PositionalDataSource，需要我们的实现类实现 loadInitial() 和 loadRange() 方法，适用于数据项总数固定，要通过特定的位置加载数据。比如从某个位置开始的 100 条数据；
• 使用 PageKeyedDataSource，需要实现 loadInitial()、loadBefore() 和 loadAfter() 方法，适用于以页信息加载数据的场景。比如在网络加载数据的时候，需要通过 setNextKey() 和 setPreviousKey() 方法设置下一页和上一页的标识 Key。
• 使用 ItemKeyedDataSource 除了需要实现 loadInitial()、loadBefore() 和 loadAfter() 方法以外，还要实现getKey() 方法，适用于所加载的数据依赖其他现有数据信息的场景。比如要加载的下一页的数据，依赖于当前页的数据。

2.3 总结一下不同的数据源，如何创建 DataSource

假设数据源是数据库，Room 存储库可以作为 Paging Library 的数据源，对于给定查询的关键字，Room 可以从 DAO 中返回 DataSource.Factory 对象，从而无缝处理 DataSource 的实现。

假设数据库是从网络加载的数据缓存，从 DAO中返回 DataSource.Factory 对象，还需要另外一个分页组件，BoundaryCallback，当界面显示缓存中靠近结尾的数据时，BoundaryCallback 将加载更多的数据，在获得更多的数据后，Paging Library 将自动更新界面，不要忘记将创建的 BoundaryCallback 对象与之前创建的 LivePagedListBuilder 对象进行关联，关联之后，PagedList 就可以使用它了。

仅将网络作为数据源，在这种情景中，需要创建 DataSource 和 DataSource.Factory 对象，选择 DataSource 类型时， 需要综合考虑后端 API 的架构，如果通过键值请求后端数据，使用 ItemKeyedDataSource。

举个例子，我们需要在某个特定日期起，github的前 100 项提交，该日期将成为 DataSource 的键，ItemKeyedDataSource 允许自定义如何加载初始页，以及如何加载某个键值前后的数据，如果后端数据返回的是分页后的，那么我们可以使用 PageKeyedDataSource，比如 Github API 中的 SearchRepository 就可以返回分页数据，我们在 Github API 的请求中，指定查询的关键字和要查询哪一页，同时也可以指定每个页面的项数，不管网络数据源的创建方式是什么，都需要创建 DataSource.Factory对象，有了 DataSource.Factory 对象就可以创建 DataSource。

2.4 PagedListAdapter

Paging Library 提供了 PagedListAdapter，可以将 PagedList 中的数据加载到 RecyclerView 中，PagedListAdapter 会在页加载时收到通知，收到新数据时，会使用 DiffUtil 精细计算更新。

在 PagedListAdapter 中使用的是 AsyncPagedListDiffer，从名字就能看出这是一个异步计算更新的过程。

protected PagedListAdapter(@NonNull DiffUtil.ItemCallback diffCallback) {
        mDiffer = new AsyncPagedListDiffer<>(this, diffCallback);
        mDiffer.addPagedListListener(mListener);
    }

在创建 PagedListAdapter 实例的时候，可以通过构造参数 DiffUtil.ItemCallback 对象，在 DiffUtil.ItemCallback 中可以来实现计算的规则。

public abstract static class ItemCallback {
        public abstract boolean areItemsTheSame(@NonNull T oldItem, @NonNull T newItem);
        public abstract boolean areContentsTheSame(@NonNull T oldItem, @NonNull T newItem);
}

3. 通过一个简单的案例，介绍如何使用 Paging Library

我们使用 Github 的 api，实现按照指定关键字检索仓库，按照 star 数量和仓库名称降序的方式，将检索到的结果显示到 UI 上。

1. 首先使用 PageList 来批量加载数据，比如将 List 替换为 PagedList：

data class RepoSearchResult(
    val data: LiveData<PagedList<Repo>>,
    val networkErrors: LiveData<String>
)

当创建PagedList时，它会立即加载第一块数据，并随着时间的推移随着内容的加载而扩展。PagedList 的大小是每次传递期间装载的数据项的数目。该类既支持无限列表，也支持元素数量固定的非常大的列表。

**2. 定义 DataSource，为 PagedList 准备加载的内容。**在我们的例子中，因为数据库是UI的主要来源，所以在 Dao 中可以把 DataSource.Factory 作为返回值类型，方便创建 DataSource 实例。

@Dao
interface RepoDao {
    fun reposByName(queryString: String): Factory
}

在 Repository 中通过返回的 DataSource.Factory来创建 DataSource 实例：

class GithubRepository(
    private val service: GithubService,
    private val cache: GithubLocalCache
) {
    /**
     * Search repositories whose names match the query.
     */
    fun search(query: String): RepoSearchResult {
        Log.d("GithubRepository", "New query: $query")

        // Get data source factory from the local cache
        val dataSourceFactory = cache.reposByName(query)

        // Construct the boundary callback
        val boundaryCallback = RepoBoundaryCallback(query, service, cache)
        val networkErrors = boundaryCallback.networkErrors

        val data = LivePagedListBuilder(dataSourceFactory, DATABASE_PAGE_SIZE)
            .setBoundaryCallback(boundaryCallback)
            .build()

        return RepoSearchResult(data, networkErrors)
    }

    companion object {
        private const val DATABASE_PAGE_SIZE = 20
    }
}

**3.配置 PagedList，**这里使用 LivePagedListBuilder 来配置，配置的内容可以包括以下内容：

• 由 PagedList 加载的页面的大小；
• 加载的距离；
• 第一次加载时要加载多少项；
• 是否可以将空项添加到PagedList中，以表示尚未加载的数据。

4. 使用 PagedListAdapter、RecyclerView 将结果显示在 UI 上

class ReposAdapter :
    PagedListAdapter<Repo, androidx.recyclerview.widget.RecyclerView.ViewHolder>(REPO_COMPARATOR) {
    
    ......
    
    companion object {
        private val REPO_COMPARATOR = object : DiffUtil.ItemCallback<Repo>() {
            override fun areItemsTheSame(oldItem: Repo, newItem: Repo): Boolean =
                oldItem.fullName == newItem.fullName

            override fun areContentsTheSame(oldItem: Repo, newItem: Repo): Boolean =
                oldItem == newItem
        }
    }
}

这里的 REPO_COMPARATOR 是 DiffUtil.ItemCallback 的实现类，确定了后台计算数据更新的规则。

**5. 处理RecyclerView 滚动，实现数据的网络更新。**通过 BoundaryCallback 来实现。

class RepoBoundaryCallback(
    private val query: String,
    private val service: GithubService,
    private val cache: GithubLocalCache
) : BoundaryCallback<Repo>() {
    
    override fun onZeroItemsLoaded() {
        requestAndSaveData(query)
    }
    
    override fun onItemAtEndLoaded(itemAtEnd: Repo) {
        requestAndSaveData(query)
    }

    private fun requestAndSaveData(query: String) {
        if (isRequestInProgress) return

        isRequestInProgress = true
        searchRepos(service, query, lastRequestedPage, NETWORK_PAGE_SIZE, { repos ->
            cache.insert(repos) {
                lastRequestedPage++
                isRequestInProgress = false
            }
        }, { error ->
            _networkErrors.postValue(error)
            isRequestInProgress = false
        })
    }
}

创建 BoundaryCallback 的实例，在创建 DataSource 实例时作为参数传入。

示例代码的运行效果：

完整的项目地址 示例代码地址

4. 最后对 Paging Library 进行简单的总结

先简单概括一下如何使用 Paging Library：

• 首先，要定义 DataSource；
• 需要的时候，创建 BoundaryCallback;
• 使用LivePagedListBuilder创建 PagedList 的 LiveData;
• 将 Adapter 转化为 PagedListAdapter，
• 最后在 UI 中观察 PagedList 的 LiveData 对象，并将 更新后的PagedList 传给 PagedListAdapter。

我们再来看一下 Paging Library 的各个组成部分是如何系统工作的。

**首先，当 PagedList 创建时，**完成了两个工作：

当 PagedList 创建时，LiveData 会将 PagedList 传给 ViewModel。UI 监听到 PagedList 更新后，从 ViewModel 中取出 PagedList 传给 PagedListAdapter，最后更新在 UI 的 RecyclerView 上。这个过程如图中蓝色空心方块的运动过程。

当 PagedList 创建时，第二个工作是加载第一块数据，如果在 app 首次启动时，DataSource 中还没有数据，这时候会触发 BoundaryCallback.onZeroItemsLoaded() 方法，在我们的示例中，会从网络加载数据，并将这些数据持久化到数据库中。这个过程如图中橙色线的运动过程。

然后，当数据源中有数据后， PagedList 的新实例会被创建，这个实例最终通过 ViewModel 中的 LiveData 传到 PagedListAdapter，然后更新到 RecyclerView 上。这个过程如图中蓝色方块的运动过程。

**最后，当用户滑动屏幕触发加载下一页数据时，**如果数据源中还有可提供的数据时，重复上图中的过程。如果数据源中没有可以提供的数据，会触发 BoundaryCallback.onItemAtEndLoaded() 方法，BoundaryCallback 会从网络请求更多的数据，然后持久化到数据库中，然后根据新加载的数据，重新填充 UI。

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至此，Android 架构组件 Paging 就介绍完了，下一篇我们来分析 Android 架构组件 Room 的使用。

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参考链接

Android Paging
应用架构指南