Android mvvm 之 LiveData 的原理，腾讯T3大牛手把手教你

以上，只为了说明一个问题：LiveData 需要订阅 LifecycleOwner，感知其生命周期变化：

图示说明，LiveData 订阅 LifecycleOwner，而由 LifecycleOwner.Lifecycle 代理完成生命周期状态变化通知，所以 LiveData 直接能感知的是 Lifecycle。

2.2 LifecycleOwner 订阅数据变化

LifecycleOwner 在 STARTED 和 RESUMED 的状态下可以根据 LiveData 更新 UI 的状态，所以 LifecycleOwner 需要订阅 LiveData 的数据变化。

在实际实现当中，LifecycleOwner 作为抽象层并不具体负责订阅 LiveData，而是由业务层在 LifecycleOwner 中完成具体的订阅工作，此时我们称 LifecycleOwner 为 Controller 更合适，虽然它们往往是同一个东西：

注意图示，一个 User-defined Observer 必须和一个 LifecycleOwner 唯一绑定，否则将无法订阅。试想，如果一个 Observer 同时绑定两个 LifecycleOwner：L1 和 L2，假如 L1 处于 RESUMED 的状态，而 L2 处于 DESTROYED 的状态，那么 LiveData 将无所适从：如果遵循 L1 的状态，将变化通知给 Observer，则更新 L2 会出错；如果遵循 L2 的状态，不将变化通知给 Observer，则 L1 得不到及时更新。

2.3 多对多的双向订阅网

LiveData 和 LifecycleOwner 之间因为需要相互观察对方状态的变化，从而需要实现双向订阅；同时，为了支持良好的可扩展能力，各自都维护了一个观察者列表，形成一个多对多的双向订阅网络：

我们看到一个 LiveData 是可以同时向多个 LifecycleOwner 发起订阅的，所以，LiveData 本身其实并不实际维护一个激活状态，真正的激活状态维护在 LifecycleOwner 的 User-defined observer 中。

3 LiveData 的事件变化

LiveData 值更新之后的需要通知订阅者（观察者），其通知流程非常简单：

其中，判断观察者是否激活，即判断 LifecycleOwner 是否处于 STARTED 或 RESUMED 状态，在 2.1 节中已有说明。

我们看一下关键的源代码：

// 入口

@MainThread

protected void setValue(T value) {

    // 必须在主线程调用

    assertMainThread("setValue");



    //..省略非关键代码



    // 设置新值并派发通知

    mData = value;

    dispatchingValue(null);

}



// 通知派发流程

void dispatchingValue(@Nullable ObserverWrapper initiator) {

    //..省略非关键代码



    // 遍历观察者列表

    for (Iterator, ObserverWrapper>> iterator =

            mObservers.iteratorWithAdditions(); iterator.hasNext(); ) {

        // 尝试通知观察者

        considerNotify(iterator.next().getValue());



        //..省略非关键代码

    }

} 

其中 LiveData.considerNotify() 在 2.1 节中已有说明。

4 LifecycleOwner 的事件变化

对于 LifecycleOwner 来说，其变化的事件即为生命周期状态的变化。在 LifecycleOwner 的事件委托者 Lifecycle 看来，无论是发生了 ON_CREATE 事件还是 ON_START 事件，或是任何其它的事件，其事件的切换流程都是通用的。

换言之，只要 Lifecycle 接口的实现者实现这一通用切换流程，便只需给 LifecycleOwner 暴露一个切换入口，就能在 LifecycleOwner 的各个生命周期回调函数中调用这个入口就可以了。这样我们在 LifecycleOwner 中应该可以看到形如这样的流程（伪代码表示）：

public class Activity/Fragment implements LifecycleOwner {

    @Override

    public onCrate() {

        //...省略非关键代码



        // 在 Jetpack 框架中，LifecycleImpl 被命名为 LifecycleRegistry

        LifecycleImpl.handleLifecycleEvent(ON_CREATE);

    }



    @Override

    public onStart() {

        //...省略非关键代码

        LifecycleImpl.handleLifecycleEvent(ON_START);

    }



    @Override

    public onResume() {

        //...省略非关键代码

        LifecycleImpl.handleLifecycleEvent(ON_RESUME);

    }



    @Override

    public onPause() {

        //...省略非关键代码

        LifecycleImpl.handleLifecycleEvent(ON_PAUSE);

    }



    @Override

    public onDestroy() {

        //...省略非关键代码

        LifecycleImpl.handleLifecycleEvent(ON_DESTROY);

    }

} 

当然，在具体的源代码中，与上述伪代码会有一些出入，但是大体的结构是一致的。在 Jetpack 框架中，这个 Lifecycle 的实现者叫做 LifecycleRegistry。所以我们这里重点需要关注的就是 LifecycleRegistry 这个 Lifecycle 的代理接口的实现类是如何通知生命周期事件变化的。

4.1 Lifecycle 接口的实现——LifecycleRegistry

4.1.1 LifecycleRegistry 的订阅实现

如 2.2 节所述，通过 LiveData.observe(owner, user-defined observer)，LifecycleOwner 的业务层向 LiveData 订阅数据变化，而在 LiveData.observe() 方法内，同时会自动通过 Lifecycle.addObserver(LiveData-defined observer) 向 LifecycleOwner 订阅生命周期变化：

// LiveData.observe()

@MainThread

public void observe(@NonNull LifecycleOwner owner, @NonNull Observer observer) {



    //...省略非关键代码



    LifecycleBoundObserver wrapper = new LifecycleBoundObserver(owner, observer);



    //...省略非关键代码



    // 向 LifecycleOwner 发起订阅

    owner.getLifecycle().addObserver(wrapper);

} 

以上方法内的 owner.getLifecycle() 的实际对象即为 LifecycleRegistry，我们来看一下 LifecycleRegistry.addObserver() 的基本订阅流程：

从整个流程来看，总体可以分为三步：

• 第一步是初始化观察者对象的状态，并将观察者缓存入队；

• 第二步是以模拟派发生命周期事件的形式，将新加入的观察者的状态提升到目前为止可提升的最大状态；

• 第三步是同步所有观察者的状态到全局状态。

我们可以看到，最后所有的观察者的状态都要同步到全局状态，全局状态即为 LifecyclerOwner 最新的状态。那么为什么需要进行这么繁琐的逐步模拟派发事件来进行同步呢？直接一步到位不行么？

我们可以考虑一个生命周期感知组件 LifeLocation，其功能是用于进行定位，它订阅了 LifecycleOwner，我们假设 LifeLocation 需要在 CREATED 的时候进行一些必要的初始化，而在 STARTED 的时候开始执行定位操作。假如在 LifecycleRegistry 中的状态同步可以一步同步到全局状态，那么有可能当前的全局状态已经是 RESUMED 的了，这样 LifeLocation 既得不到初始化，也无从启用定位功能了。

所以，以上这种看似繁琐的模拟派发状态事件的步骤是完全必要的，它让用户自定义的生命周期感知组件的状态切换流程是可预测的。

4.1.2 LifecycleRegistry 中的事件流

我们在 4.1.1 节中的流程图的第 6 步中提到，要根据 observer.state 来计算下一个状态事件，也就是说按照事件的流向，根据当前的状态，下一个要发生的事件是什么。我们修改一下 1.2 节的时序图如下：

观察到图中左边的蓝色箭头，举个例子，假如当前的状态是 CREATED，那么接下来要发生的事件应该是 ON_START。蓝色箭头指示的事件流方向是生命周期由无到生的过程，我们称为 upEvent 流；与此对应，右边的红色箭头指示的事件流方向是生命周期由生到死的过程，我们称之为 downEvent。

4.1.1 节中的流程图的第 6 步中正好需要进行 upEvent 流操作。除此以外，我们在第 7 步同步到全局状态时，还需要用到 upEvent 和 downEvent 流操作，且在 LifecycleOwner 的每一次生命周期的变化中，都需要进行上述第 7 步的状态同步操作。接下来我们就看一看，当 LifecycleOwner 生命周期变化后，发生了什么。

4.1.3 处理生命周期的变化

在 4 节开头我们描述了 LifecycleImpl.handleLifecycleEvent() 方法，在 LifecycleRegistry 中也有一个同名的方法，其功能就是处理 LifecycleOwner 生命周期的变化。handleLifecycleEvent() 的处理过程是这样的：

如图所示：

• Sync 标记的部分是进行状态同步的核心流程，同时也是 4.1.1 节流程图中的第 7 步的具体实现；

• 每一次生命周期的变化有可能是从无到生的 up 变化，也有可能是从生到死的 down 变化；

• 如果是 up 变化，则需要进行 upEvent 流处理，如果是 down 变化，则需要进行 downEvent 流处理；

• 根据 4.1.1 节的描述，我们可以得出，在观察者队列中的所有观察者，从最老（最开始）到最新（最末），必定维持一个不变性质：非降序排列；

• 所以当 STATE < eldestState 时，说明观察者队列中的所有观察者状态都大于全局状态，这时候说明生命周期变化顺序是 down 方向的，需要进行 downEvent 流处理；

• 而当 STATE > newestState 时，说明观察者队列中的所有观察者状态都小于全局状态，这时候说明生命周期变化顺序是 up 方向的，需要进行 upEvent 流处理；

• 无论是 downEvent 流还是 upEvent 流，都会逐步派发生命周期事件给各个观察者。

关于 downEvent 流和 upEvent 流，我画了一张更加形象的图用以加深理解：

至此，整个 LiveData 和 Lifecycle 的原理就介绍完成了。

5. 关于观察者模式的一点思考

不难看出，LiveData 和 Lifecycle 的核心是观察者模式。无论是 LiveData 还是 Lifecycle，它们的共同点就是都需要维护一个稳定的状态机：

• LiveData 的状态机就是数据值的变化，每个值就是一个状态，理论上可以是一个无限状态机；

• Lifecycle 的状态机就是生命周期的变化，每个生命周期阶段就是一个状态，它是一个有限状态机。

在涉及到状态机模型时，如果我们需要感知状态机当前的状态，一般有两种方式：主动询问和被动通知。在复杂的业务中，主动询问状态机往往是不好的实践；而被动通知，可以让我们的业务按照状态进行清晰的分段，更易于模块化和测试。观察者模式就是一种很好的被动通知模式。

所以，当我们的对象维护了一个状态机的时候，可以考虑是否可以采用观察者模式来读取状态。但是需要注意的是，观察者模式内部是维护了一个观察者引用的列表的，当状态发生变化的时候，是采用顺序遍历的方式逐个进行通知的，可以想到，当一个被观察者中维护的观察者数量很多，其中又有很多观察者对状态的响应处理都比较耗时的话，会出现性能瓶颈。尤其是在基于单线程的 UI 环境下，更加需要引起注意，我们通常应该有一个机制来移除不再需要的观察者，以减轻通知负载。

说明：

该文档参考的 androidx 版本为

core: 1.1.0

lifecyle: 2.2.0-alpha01

fragment: 1.1.0-alpha09