ViewModel 完全指南：实践与背后原理全解

码到不秃头2024-05-13 18:01

一、引言

在现代Android应用开发中，处理UI数据的有效管理和状态保持是开发者面临的重要挑战之一。Google推出的Jetpack组件库中的ViewModel已成为解决这些问题的关键工具。ViewModel旨在以生命周期意识的方式存储和管理界面相关的数据，从而使数据在配置更改如屏幕旋转时依然保持不变，极大地提高了应用的稳定性和响应速度。通过本文的走读和代码示例，不仅可以帮助新手开发者快速理解ViewModel的基本用法，还可以使有经验的开发者深入掌握其高级功能和最佳实践。

二、ViewModel基本使用

在Android应用中使用ViewModel可以有效地解决界面数据管理问题。ViewModel是一个负责准备和管理Activity或Fragment中UI所需数据的类，它存在的目的是使数据能够在配置变化时生存下来，例如屏幕旋转。这种机制简化了数据处理流程，并提高了应用的健壮性。

创建ViewModel

创建一个ViewModel通常涉及扩展ViewModel类，并在其中添加存储UI所需数据的变量和方法。下面是一个简单的ViewModel实例，展示了如何存储用户的输入字符串：

import androidx.lifecycle.ViewModel

class UserInputViewModel : ViewModel() {
    var userInput: String = ""
}

这个示例中，UserInputViewModel维护一个名为userInput的字符串。这个字符串在设备配置改变时将不会丢失，保证了用户数据的一致性。

使用ViewModel

在Activity或Fragment中使用ViewModel也非常直观。您需要通过ViewModelProvider来获取ViewModel的实例。这样做确保了配置更改时，您获得的ViewModel实例与之前的是相同的，从而数据得以保留。例如，在一个Activity中使用ViewModel来存储用户输入可以如下操作：

java 复制代码 
class MainActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var viewModel: UserInputViewModel

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)

        viewModel = ViewModelProvider(this).get(UserInputViewModel::class.java)

        // Use viewModel to manage UI data
    }
}

通过这种方式，ViewModel作为一个独立于Activity视图控制器的数据管理者，负责管理界面状态，降低了Activity或Fragment的负担，使其能够更专注于处理用户交互。

三、ViewModel的工作原理

ViewModel的核心功能是确保数据在设备配置更改时能够持久保存。这是通过将ViewModel的生命周期绑定到具体的Activity或Fragment的生命周期来实现的，确保ViewModel在屏幕旋转或其他配置变化时不会被销毁。

生命周期管理

当Activity重新创建时，例如屏幕旋转，Activity会被销毁并重新创建。如果没有ViewModel, 所有的界面数据将会丢失。但如果使用ViewModel，这些数据会被保留。这是因为ViewModel对象被设计为比它们服务的Activity或Fragment拥有更长的生命周期。

下面的代码片段展示了ViewModel如何在配置更改期间保持活动状态：

java 复制代码 
class ConfigurationViewModel : ViewModel() {
    var configChangeData: String = "Initial Data"

    // Data remains intact across configuration changes
}

```java

在Activity中使用此ViewModel：

class ConfigActivity : AppCompatActivity() {

private lateinit var viewModel: ConfigurationViewModel

override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
    super.onCreate(savedInstanceState)
    setContentView(R.layout.activity_config)

    viewModel = ViewModelProvider(this).get(ConfigurationViewModel::class.java)

    // Displaying or updating data in the UI
    displayData(viewModel.configChangeData)
}

private fun displayData(data: String) {
    findViewById<TextView>(R.id.data_text_view).text = data
}

}

java 复制代码 
通过这种设计，ViewModel使得数据管理独立于Activity或Fragment的生命周期，从而提高应用的稳定性和用户体验。

#### 数据的存储与管理

ViewModel不仅可以存储简单的数据，还可以与LiveData一起使用，实现数据的观察。这使得您可以构建响应式的UI组件，这些组件能够观察数据变化并做出响应。这种模式非常适合开发现代的、交互密集的应用。

```java
class LiveDataViewModel : ViewModel() {
    val liveData = MutableLiveData<String>()

    fun updateData(newData: String) {
        liveData.value = newData
    }
}

在Activity中订阅LiveData：

java 复制代码 
class LiveDataActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var liveDataViewModel: LiveDataViewModel

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_live_data)

        liveDataViewModel = ViewModelProvider(this).get(LiveDataViewModel::class.java)

        // Observing data changes
        liveDataViewModel.liveData.observe(this, Observer { data ->
            findViewById<TextView>(R.id.data_text_view).text = data
        })
    }
}

通过LiveData，ViewModel提供了一种强大的数据管理和通信机制，极大地增强了应用的交互性和灵活性。

四、源码分析

4.分析源码前的准备工作

4.1ViewModel 的生命周期
4.2.几个类的感性认识
  • ViewModelStoreOwner：是一个接口，用来获取一个ViewModelStore对象
  • ViewModelStore：存储多个ViewModel，一个ViewModelStore的拥有者( Activity )在配置改变， 重建的时候，依然会有这个实例
  • ViewModel：一个对 Activity、Fragment 的数据管理类，通常配合 LiveData 使用
  • ViewModelProvider：创建一个 ViewModel 的实例，并且在给定的ViewModelStoreOwner中存储 ViewModel

再例子中的代码

java 复制代码 
class ViewModelActivity : AppCompatActivity() {

    //初始化 UserViewModel 通过 ViewModelProvider
    private val userViewModel by lazy { ViewModelProvider(this)[UserViewModel::class.java] }

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        val button = Button(this)
        setContentView(button)

        //观察 User 数据,并打印
        userViewModel.userLiveData.observe(this, Observer { user ->
            "User = $user".log()
        })

        //点击按钮更新 User 信息
        button.setOnClickListener {
            userViewModel.updateUser()
        }
    }
}

首先看下UserViewModel的初始化过程。

private val userViewModel by lazy { ViewModelProvider(this)[UserViewModel::class.java] }

注：上面代码类似数组的写法是 Kotlin 的写法，其实是 ViewModelProvider 的get方法

5.ViewModelProvider的构造方法，以及 get 方法

5.1ViewModelProvider构造方法

先看ViewModelProvider构造方法，传入的参数为当前的 AppCompatActivity

java 复制代码 
//ViewModelProvider.java

private final Factory mFactor
private final ViewModelStore mViewModelStore;

public ViewModelProvider(@NonNull ViewModelStoreOwner owner) {
    this(owner.getViewModelStore(), owner instanceof HasDefaultViewModelProviderFactory
            ? ((HasDefaultViewModelProviderFactory) owner).getDefaultViewModelProviderFactory()
            : NewInstanceFactory.getInstance());
}

public ViewModelProvider(@NonNull ViewModelStore store, @NonNull Factory factory) {
    mFactory = factory;
    mViewModelStore = store;
}
  • 通过 ViewModelStoreOwner获取ViewModelStore对象并给 mViewModelStore赋值
  • 给mFactory赋值，这里赋值的是NewInstanceFactory这个对象
5.2.ViewModelProvider的 get 方法
java 复制代码 
//ViewModelProvider.java

private static final String DEFAULT_KEY = "androidx.lifecycle.ViewModelProvider.DefaultKey";

public <T extends ViewModel> T get(@NonNull Class<T> modelClass) {
    String canonicalName = modelClass.getCanonicalName();
    if (canonicalName == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Local and anonymous classes can not be ViewModels");
    }
  	//1
    return get(DEFAULT_KEY + ":" + canonicalName, modelClass);
}

注释1：

  • 调用了两个参数的 get 方法
  • 第一个参数是字符串的拼接，用来以后获取对应 ViewModel 实例的，保证了同一个 Key 取出是同一个 ViewModel
  • 第二参数是 UserViewModel 的字节码文件对象

看下两个参数的get方法

java 复制代码 
//ViewModelProvider.java
public <T extends ViewModel> T get(@NonNull String key, @NonNull Class<T> modelClass) {
    ViewModel viewModel = mViewModelStore.get(key);//1
		//2
    if (modelClass.isInstance(viewModel)) {
        if (mFactory instanceof OnRequeryFactory) {
            ((OnRequeryFactory) mFactory).onRequery(viewModel);
        }
        return (T) viewModel;
    } else {
        //noinspection StatementWithEmptyBody
        if (viewModel != null) {
            // TODO: log a warning.
        }
    }
  	//3
    if (mFactory instanceof KeyedFactory) {
        viewModel = ((KeyedFactory) (mFactory)).create(key, modelClass);
    } else {
        viewModel = (mFactory).create(modelClass);
    }
  	//4
    mViewModelStore.put(key, viewModel);
    return (T) viewModel;
}

注释 1：从ViewModelStore中，根据 key，取一个 ViewModel，ViewModelStore源码下文分析

注释 2：判断取出来的 ViewModel 实例和传进来的是否是一个，是同一个，直接返回此缓存中实例

注释 3：通过Factory创建一个ViewModel

注释 4：把新创建的ViewModel用ViewModelStore存储起来，以备下次使用，最后返回新创建的ViewModelStore

这里看一下ViewModel是怎么通过Factory创建出来的

通过 5.1 小节可以知道，这个Factory的实例是NewInstanceFactory

5.3.NewInstanceFactory的create方法
java 复制代码 
//ViewModelProvider.java 中的 AndroidViewModelFactory.java
public <T extends ViewModel> T create(@NonNull Class<T> modelClass) {
    //noinspection TryWithIdenticalCatches
    try {
        return modelClass.newInstance();
    } catch (InstantiationException e) {
        throw new RuntimeException("Cannot create an instance of " + modelClass, e);
    } catch (IllegalAccessException e) {
        throw new RuntimeException("Cannot create an instance of " + modelClass, e);
    }
}

简单粗暴，通过反射，直接创建了ViewModel对象。

这里扩展一个，在实例UserViewModel的时候

private val userViewModel by lazy { ViewModelProvider(this,ViewModelProvider.AndroidViewModelFactory.getInstance(application))[UserViewModel::class.java] }

也可以通过两个参数的构造方法，来实例化，其中第二个参数就是Factory类型。然后就会用 AndroidViewModelFactory来实例化UserViewModel，我们来具体看下代码

AndroidViewModelFactory是NewInstanceFactory的子类

java 复制代码 
//ViewModelProvider.java 中的 AndroidViewModelFactory
public <T extends ViewModel> T create(@NonNull Class<T> modelClass) {
    if (AndroidViewModel.class.isAssignableFrom(modelClass)) {
        //noinspection TryWithIdenticalCatches
        try {
            return modelClass.getConstructor(Application.class).newInstance(mApplication);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot create an instance of " + modelClass, e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot create an instance of " + modelClass, e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot create an instance of " + modelClass, e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException("Cannot create an instance of " + modelClass, e);
        }
    }
    return super.create(modelClass);
}

如果我们创建的UserViewModel当初继承的是AndroidViewModel类就走modelClass.getConstructor(Application.class).newInstance(mApplication);实例化方法，否则就走父类的实例化方法，也就是NewInstanceFactory的create方法

在开发中建议使用AndroidViewModel类，它会提供给一个Application级别的 Context。

接下来看一下ViewModelStoreOwner是什么，以及它的具体实现

6.ViewModelStoreOwner

public interface ViewModelStoreOwner {
    /**
     * Returns owned {@link ViewModelStore}
     *
     * @return a {@code ViewModelStore}
     */
    @NonNull
    ViewModelStore getViewModelStore();
}
  • 一个接口，里面一个方法返回了ViewModelStore对象
  • 它的实现类在 AndroidX 中ComponentActivity和 Fragment

ComponentActivity的关键代码

//ComponentActivity.java
public class ComponentActivity extends androidx.core.app.ComponentActivity implements ViewModelStoreOwner,XXX{
   
    private ViewModelStore mViewModelStore;

    @NonNull
    @Override
    public ViewModelStore getViewModelStore() {
        if (getApplication() == null) {
            throw new IllegalStateException("Your activity is not yet attached to the "
                    + "Application instance. You can't request ViewModel before onCreate call.");
        }
        if (mViewModelStore == null) {
            NonConfigurationInstances nc =
                    (NonConfigurationInstances) getLastNonConfigurationInstance();
            if (nc != null) {
                // Restore the ViewModelStore from NonConfigurationInstances
                mViewModelStore = nc.viewModelStore;
            }
            if (mViewModelStore == null) {
                mViewModelStore = new ViewModelStore();
            }
        }
        return mViewModelStore;
    } 
}
  • 创建了一个ViewModelStore并返回了

来看下这个ViewModelStore类

7.ViewModelStore

7.1.ViewModelStore的源码

我下面贴的是完整代码，对你没看错。

public class ViewModelStore {
		//1
    private final HashMap<String, ViewModel> mMap = new HashMap<>();
		//2
    final void put(String key, ViewModel viewModel) {
        ViewModel oldViewModel = mMap.put(key, viewModel);
        if (oldViewModel != null) {
            oldViewModel.onCleared();
        }
    }
		//3
    final ViewModel get(String key) {
        return mMap.get(key);
    }

    Set<String> keys() {
        return new HashSet<>(mMap.keySet());
    }

    //4
    public final void clear() {
        for (ViewModel vm : mMap.values()) {
            vm.clear();
        }
        mMap.clear();
    }
}

注释 1 ：声明一个 Map 来存储ViewModel

注释 2：存储ViewModel，这个方法我们在7.2 小节ViewModelProvider的 get 方法中用到过

注释 3：取出 ViewModel，这个方法我们在7.2 小节ViewModelProvider的 get 方法中用到过。注意在从 Map中去 ViewModel 的时候是根据 Key，也就是7.2小节注释 1 拼接的那个字符串DEFAULT_KEY + ":" + canonicalName 。这也就解释了第 4 节的疑问 为什么在对应的作用域内，保正只生产出对应的唯一实例

注释 4：这个是一个重点方法了，表明要清空存储的数据，还会调用到ViewModel的 clear 方法，也就是最终会调用带 ViewModel 的onCleared()方法

那么这个ViewModelStore的 clear 方法，什么时候会调用呢？

7.2.ComponentActivity的构造方法

//ComponentActivity.java
public ComponentActivity() {
    Lifecycle lifecycle = getLifecycle();
   	
    getLifecycle().addObserver(new LifecycleEventObserver() {
        @Override
        public void onStateChanged(@NonNull LifecycleOwner source,
                @NonNull Lifecycle.Event event) {
          	//1
            if (event == Lifecycle.Event.ON_DESTROY) {
                if (!isChangingConfigurations()) {
                    getViewModelStore().clear();
                }
            }
        }
    });

}

在ComponentActivity的构造方法中，我们看到，在 Activity 的生命周期为 onDestory的时候，并且当前不是，配置更改（比如横竖屏幕切换）就会调用ViewModelStore 的 clear 方法，进一步回调用 ViewModel 的onCleared方法。

这就回答了第四节提出的问题onCleared方法在什么调用

最后看一下 ViewModel 的源码，以及其子类AndroidViewModel

8.ViewModel 的源码

ViewModel类其实更像是更规范化的抽象接口

public abstract class ViewModel {
    private volatile boolean mCleared = false;

    @SuppressWarnings("WeakerAccess")
    protected void onCleared() {
    }

    @MainThread
    final void clear() {
        mCleared = true;
        if (mBagOfTags != null) {
            synchronized (mBagOfTags) {
                for (Object value : mBagOfTags.values()) {
                    // see comment for the similar call in setTagIfAbsent
                    closeWithRuntimeException(value);
                }
            }
        }
        onCleared();
    }

}

ViewModel 的子类AndroidViewModel

public class AndroidViewModel extends ViewModel {
    @SuppressLint("StaticFieldLeak")
    private Application mApplication;

    public AndroidViewModel(@NonNull Application application) {
        mApplication = application;
    }

    /**
     * Return the application.
     */
    @SuppressWarnings({"TypeParameterUnusedInFormals", "unchecked"})
    @NonNull
    public <T extends Application> T getApplication() {
        return (T) mApplication;
    }
}

提供了一个规范，提供了一个 Application 的 Context

到现在整个源码过程就看了，包括前面，我们提到的那几个关键类的源码。

到目前为止，我们第 4 节抛出的问题，已经解决了，两个了，还有一个ViewModel为什么不会随着Activity的屏幕旋转而销毁；

9.分析为啥ViewModel不会随着Activity的屏幕旋转而销毁

首先知道的是 ViewModel 不被销毁，是在一个 ViewModelStore 的 Map 中存着呢，所以要保证ViewModelStore不被销毁。

首先得具备一个前置的知识

在 Activity 中提供了 onRetainNonConfigurationInstance 方法，用于处理配置发生改变时数据的保存。随后在重新创建的 Activity 中调用 getLastNonConfigurationInstance 获取上次保存的数据。

10.1.onRetainNonConfigurationInstance方法

//ComponentActivity.java
/**
 * Retain all appropriate non-config state.  You can NOT
 * override this yourself!  Use a {@link androidx.lifecycle.ViewModel} if you want to
 * retain your own non config state.
 */
@Override
@Nullable
public final Object onRetainNonConfigurationInstance() {
    Object custom = onRetainCustomNonConfigurationInstance();

    ViewModelStore viewModelStore = mViewModelStore;
    if (viewModelStore == null) {
        // No one called getViewModelStore(), so see if there was an existing
        // ViewModelStore from our last NonConfigurationInstance
        NonConfigurationInstances nc =
                (NonConfigurationInstances) getLastNonConfigurationInstance();
        if (nc != null) {
            viewModelStore = nc.viewModelStore;
        }
    }

    if (viewModelStore == null && custom == null) {
        return null;
    }
		//1
    NonConfigurationInstances nci = new NonConfigurationInstances();
    nci.custom = custom;
    nci.viewModelStore = viewModelStore;
    return nci;
}

注意看下方法上的注释

  • 不需要也不能重写此方法，因为用 final 修饰
  • 配置发生改变时数据的保存，用ViewModel就行
  • 注释 1：把ViewModel存储在 NonConfigurationInstances 对象中

现在再看下ComponentActivity 的 getViewModelStore方法

//ComponentActivity.java
@NonNull
@Override
public ViewModelStore getViewModelStore() {
    if (getApplication() == null) {
        throw new IllegalStateException("Your activity is not yet attached to the "
                + "Application instance. You can't request ViewModel before onCreate call.");
    }
    if (mViewModelStore == null) {
      	//1
        NonConfigurationInstances nc =
                (NonConfigurationInstances) getLastNonConfigurationInstance();
        if (nc != null) {
            // Restore the ViewModelStore from NonConfigurationInstances
            mViewModelStore = nc.viewModelStore;
        }
        if (mViewModelStore == null) {
            mViewModelStore = new ViewModelStore();
        }
    }
    return mViewModelStore;
}

注释 1：获取了NonConfigurationInstances一个对象，不为空从其身上拿一个ViewModelStore，这个就是之前保存的ViewModelStore

当 Activity 重建时还会走到getViewModelStore方法，这时候就是在NonConfigurationInstances拿一个缓存的ViewModelStore。

ViewModel的高级应用

随着Android应用变得越来越复杂，ViewModel的使用也不再局限于简单的UI数据存储。它的高级用法包括与LiveData结合使用以及实现Repository模式，这些都是提升应用架构清晰度和维护性的关键技术。

结合LiveData使用

LiveData是一个可观察的数据持有者类，它遵循观察者模式，允许数据变化可以通知到观察者组件。与ViewModel结合使用时，LiveData提供了一种响应式方式来更新UI，这样可以确保UI组件总是展示最新的数据。

class UserViewModel : ViewModel() {
    private val userRepository = UserRepository()
    val userData: LiveData<User> = userRepository.getUserData()

    fun updateUser(userData: User) {
        userRepository.updateUser(userData)
    }
}

在Activity或Fragment中，您可以观察这些LiveData对象：

class UserActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var viewModel: UserViewModel

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_user)

        viewModel = ViewModelProvider(this).get(UserViewModel::class.java)
        viewModel.userData.observe(this, Observer { user ->
            // 更新UI
        })
    }
}
实现Repository模式

Repository模式是一种将数据源管理逻辑从UI逻辑中分离的设计模式。ViewModel通过使用Repository类，可以从不同的数据源（如网络API、本地数据库）抽象地获取数据，同时保持UI组件的简洁和聚焦。

class UserRepository {
    fun getUserData(): LiveData<User> {
        // 实现从数据库或网络获取用户数据
    }

    fun updateUser(user: User) {
        // 实现更新用户数据到数据库或网络
    }
}

通过这种方式，ViewModel不仅作为数据的直接管理者，同时也协调不同后端服务或数据库的数据流，显著增强了应用的灵活性和可扩展性。

总结

在本文中，我们详细探讨了ViewModel的基本使用、工作原理及其在复杂应用中的高级应用。通过这些分析和代码示例，我们看到ViewModel不仅能够有效管理UI相关的数据，保持数据在配置变化时的持久性，而且通过与LiveData和Repository模式的结合使用，显著提高了应用的响应性和数据处理能力。

关键优点回顾
  • 生命周期意识：ViewModel的设计允许它自然地处理用户界面所需的数据与Activity或Fragment生命周期的关联问题，从而简化了开发者的工作。
  • 数据管理与隔离：通过将数据处理逻辑从UI逻辑中解耦，ViewModel帮助开发者实现更清晰和可维护的代码结构。
  • 增强的应用稳定性和用户体验：保持数据在配置更改时的一致性，避免了应用在如屏幕旋转等情况下的数据丢失，提升了用户体验。

鼓励所有Android开发者实践ViewModel的使用，深入探索其与其他Jetpack组件的集成，以充分利用这些工具提供的强大功能，为用户创造出更流畅、更可靠的应用体验。

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