kotlin中的模块化结构组件

模块化结构组件包含ViewModel、LiveData、Room 和 Navigation ，我将讲解它们的工作原理和基础使用。

ViewModel 工作原理

• 创建与存储机制 ：当调用 ViewModelProvider 的 get 方法获取 ViewModel 实例时，ViewModelProvider 会先检查 ViewModelStore 中是否已存在该类型的实例。若存在则直接返回，若不存在则使用 ViewModelProvider.Factory 创建新实例并存储在 ViewModelStore 中。每个 Activity 和 Fragment 都有各自对应的 ViewModelStore，用于管理其内部的 ViewModel 实例。
• 生命周期管理 ：ViewModel 的生命周期与关联的 Activity 或 Fragment 紧密相关，但又有区别。在配置更改（如屏幕旋转）时，Activity 或 Fragment 会重新创建，而 ViewModelStore 会被保留，所以 ViewModel 实例也得以保留，从而保证数据的一致性。当 Activity 或 Fragment 被销毁（非因配置更改）时，ViewModelStore 会调用 clear 方法，进而调用 ViewModel 的 onCleared 方法，让开发者可以在此进行资源释放操作。

ViewModel 通过 ViewModelStore 存储实例，在配置更改时保留数据，在关联组件非配置更改销毁时释放资源。

// 定义 ViewModel 类
import androidx.lifecycle.ViewModel
import androidx.lifecycle.MutableLiveData

class NewsViewModel : ViewModel() {
    // 定义 LiveData 存储新闻列表
    private val _newsList = MutableLiveData<List<String>>()
    val newsList: LiveData<List<String>> = _newsList

    init {
        // 模拟从网络或数据库获取新闻数据
        fetchNews()
    }

    private fun fetchNews() {
        // 这里可以替换为真实的网络请求或数据库查询
        val mockNews = listOf("新闻1", "新闻2", "新闻3")
        _newsList.value = mockNews
    }
}

// 在 Activity 中使用 ViewModel
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import androidx.lifecycle.ViewModelProvider
import kotlinx.android.synthetic.main.activity_main.*

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var newsViewModel: NewsViewModel

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView{"name":"GodelPlugin","parameters":{"input":"\"setContentView(R.layout.activity_main)\""}}<|FunctionExecuteEnd|><|FunctionExecuteResult|>setContentView(R.layout.activity_main)<|FunctionExecuteResultEnd|>

        // 获取 ViewModel 实例
        newsViewModel = ViewModelProvider(this).get(NewsViewModel::class.java)

        // 观察 LiveData 数据变化
        newsViewModel.newsList.observe(this, { news ->
            // 更新 UI
            news.forEach {
                textView.append("$it\n")
            }
        })
    }
}

当屏幕旋转等配置更改时，MainActivity 重新创建，但 NewsViewModel 实例会从 ViewModelStore 中取出，数据得以保留。

LiveData 工作原理

• 数据持有与观察者管理 ：LiveData 内部维护着一个数据对象和一个观察者列表。当调用 observe 方法注册观察者时，会将 LifecycleOwner 和 Observer 包装成 LifecycleBoundObserver 对象并添加到观察者列表中。
• 生命周期感知 ：LifecycleBoundObserver 实现了 LifecycleEventObserver 接口，能够监听 LifecycleOwner 的生命周期变化。当 LifecycleOwner 进入活跃状态（STARTED 或 RESUMED）时，LiveData 会将最新数据发送给该观察者；当 LifecycleOwner 进入销毁状态（DESTROYED）时，LiveData 会自动移除该观察者，避免内存泄漏。
• 数据更新通知 ：当调用 setValue（主线程）或 postValue（子线程）方法更新数据时，LiveData 会检查所有观察者的生命周期状态，只有处于活跃状态的观察者才会收到 onChanged 方法的调用，从而更新 UI。

LiveData 持有数据，通过 LifecycleBoundObserver 感知 LifecycleOwner 生命周期，仅在活跃状态时通知观察者。

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.Observer
import kotlinx.android.synthetic.main.activity_main.*

class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private val liveData = MutableLiveData<String>()

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView{"name":"GodelPlugin","parameters":{"input":"\"setContentView(R.layout.activity_main)\""}}<|FunctionExecuteEnd|><|FunctionExecuteResult|>setContentView(R.layout.activity_main)<|FunctionExecuteResultEnd|>

        // 注册观察者
        liveData.observe(this, Observer { data ->
            // 处理数据变化
            textView.text = data
        })

        // 更新数据
        liveData.value = "新数据"
    }
}

liveData.observe 注册时将 this（即 MainActivity 作为 LifecycleOwner）和 Observer 包装，当 MainActivity 处于活跃状态且 liveData 数据更新时，Observer 的 onChanged 方法被调用。

Room 工作原理

• 抽象层封装 ：Room 提供了一个抽象层，开发者通过定义实体类（使用 @Entity 注解）、数据访问对象（DAO，使用 @Dao 注解）和数据库类（使用 @Database 注解）来描述数据库结构和操作。实体类对应数据库表，DAO 定义了对数据库的增删改查操作，数据库类则管理数据库的版本和 DAO 实例。
• 编译时处理：在编译时，Room 会根据开发者定义的注解生成相应的 SQLite 语句和实现代码。这样可以在编译阶段就发现数据库操作中的错误，提高开发效率和代码的健壮性。
• 线程管理 ：Room 默认不允许在主线程中执行数据库操作，因为数据库操作通常是耗时的，可能会导致 UI 卡顿。因此，Room 会将数据库操作放在后台线程中执行，开发者可以使用 suspend 函数（在 Kotlin 中）或自定义线程池来处理异步操作。

Room 通过注解定义数据库结构和操作，编译时生成 SQL 语句和实现代码，默认在后台线程执行操作。

// 定义实体类
import androidx.room.Entity
import androidx.room.PrimaryKey

@Entity(tableName = "news")
data class News(
    @PrimaryKey(autoGenerate = true)
    val id: Int = 0,
    val title: String
)

// 定义 DAO
import androidx.room.Dao
import androidx.room.Insert
import androidx.room.Query

@Dao
interface NewsDao {
    @Insert
    suspend fun insertNews(news: News)

    @Query("SELECT * FROM news")
    suspend fun getAllNews(): List<News>
}

// 定义数据库类
import androidx.room.Database
import androidx.room.RoomDatabase

@Database(entities = [News::class], version = 1)
abstract class AppDatabase : RoomDatabase() {
    abstract fun newsDao(): NewsDao
}

// 在 ViewModel 中使用 Room
import androidx.lifecycle.ViewModel
import androidx.lifecycle.viewModelScope
import kotlinx.coroutines.launch

class NewsViewModel : ViewModel() {

    private val database = Room.databaseBuilder(
        applicationContext,
        AppDatabase::class.java,
        "news-database"
    ).build()
    private val newsDao = database.newsDao()

    fun insertNews(news: News) {
        viewModelScope.launch {
            newsDao.insertNews(news)
        }
    }

    fun getAllNews() {
        viewModelScope.launch {
            val newsList = newsDao.getAllNews()
            // 处理获取到的新闻列表
        }
    }
}

编译时，Room 会根据 @Entity、@Dao 和 @Database 注解生成操作数据库的 SQL 语句和实现代码，suspend 函数保证数据库操作在后台线程执行。

Navigation 工作原理

• 导航图定义 ：开发者通过 XML 文件定义导航图，导航图中包含了应用的所有目的地（如 Fragment）、动作（用于在目的地之间导航）和参数传递规则。每个目的地都有唯一的标识符，动作则定义了从一个目的地到另一个目的地的导航路径。
• 导航控制器管理 ：NavController 是 Navigation 组件的核心，负责管理导航操作。它会根据导航图中的定义，处理目的地之间的切换和参数传递。在 Activity 或 Fragment 中，可以通过 findNavController 方法获取 NavController 实例，然后调用其 navigate 方法进行导航。
• Back Stack 管理 ：NavController 维护了一个返回栈（Back Stack），用于记录导航历史。当用户点击返回按钮时，NavController 会从返回栈中弹出上一个目的地，实现返回操作。开发者可以通过配置导航图中的 popUpTo 和 popUpToInclusive 属性来控制返回栈的行为。

Navigation 通过导航图定义目的地和动作，NavController 管理导航和返回栈。

<navigation xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    android:id="@+id/navigation_graph"
    app:startDestination="@id/firstFragment">

    <fragment
        android:id="@+id/firstFragment"
        android:name="com.example.myapp.FirstFragment"
        android:label="First Fragment">
        <action
            android:id="@+id/action_firstFragment_to_secondFragment"
            app:destination="@id/secondFragment" />
    </fragment>

    <fragment
        android:id="@+id/secondFragment"
        android:name="com.example.myapp.SecondFragment"
        android:label="Second Fragment" />
</navigation>

1. 在 Activity 中设置导航宿主

<androidx.fragment.app.FragmentContainerView
    android:id="@+id/nav_host_fragment"
    android:name="androidx.navigation.fragment.NavHostFragment"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    app:defaultNavHost="true"
    app:navGraph="@navigation/navigation_graph" />

1. 在 Fragment 中进行导航

import androidx.fragment.app.Fragment
import android.os.Bundle
import android.view.LayoutInflater
import android.view.View
import android.view.ViewGroup
import androidx.navigation.fragment.findNavController

class FirstFragment : Fragment() {

    override fun onCreateView(
        inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?,
        savedInstanceState: Bundle?
    ): View? {
        val view = inflater.inflate(R.layout.fragment_first, container, false)
        view.findViewById<Button>(R.id.navigateButton).setOnClickListener {
            // 导航到 SecondFragment
            findNavController().navigate(R.id.action_firstFragment_to_secondFragment)
        }
        return view
    }
}

NavController 根据导航图中的定义，处理从 FirstFragment 到 SecondFragment 的导航，同时管理返回栈以支持返回操作。

总结：

ViewModel 通过 ViewModelStore 管理 UI 数据并在配置变更时保持状态，LiveData 实现生命周期感知的可观察数据更新，Room 作为 SQLite ORM 自动生成数据库操作代码并处理线程，Navigation 利用导航图和 NavController 管理多 Fragment 导航，共同构建响应式、可维护的 Android 应用架构。