Jetpack LiveData 使用与原理解析

一、引言

在 Android 开发中，数据的变化需要及时反映到界面上是一个常见的需求。然而，传统的方式可能会导致代码复杂、难以维护，并且容易出现内存泄漏等问题。Jetpack 组件中的 LiveData 为我们提供了一种优雅的解决方案，它是一种可观察的数据持有者类，具有生命周期感知能力，能够确保数据更新时只在合适的生命周期状态下通知观察者，从而避免了内存泄漏和空指针异常等问题。本文将详细介绍 LiveData 的使用方法，并深入剖析其源码原理。

二、LiveData 基本使用

2.1 添加依赖

要使用 LiveData，需要在项目的 build.gradle 文件中添加以下依赖：

groovy 复制代码

implementation 'androidx.lifecycle:lifecycle-livedata-ktx:2.6.1'

2.2 创建 LiveData 对象

LiveData 是一个抽象类，通常使用它的子类 MutableLiveData 来创建可修改的 LiveData 对象。以下是一个简单的示例：

kotlin 复制代码

import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.ViewModel

class MyViewModel : ViewModel() {
    // 创建一个 MutableLiveData 对象，用于存储整数类型的数据
    val currentNumber: MutableLiveData<Int> by lazy {
        MutableLiveData<Int>().also {
            it.value = 0
        }
    }

    // 增加数字的方法
    fun incrementNumber() {
        currentNumber.value = (currentNumber.value ?: 0) + 1
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个 MyViewModel 类，其中包含一个 MutableLiveData 类型的 currentNumber 对象，并提供了一个方法 incrementNumber 来更新该对象的值。

2.3 观察 LiveData 对象

在 Activity 或 Fragment 中，我们可以通过 observe 方法来观察 LiveData 对象的变化，并在数据更新时执行相应的操作。以下是在 Activity 中观察 currentNumber 的示例：

kotlin 复制代码

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import androidx.lifecycle.ViewModelProvider
import com.example.livedatademo.databinding.ActivityMainBinding

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    private lateinit var binding: ActivityMainBinding
    private lateinit var viewModel: MyViewModel

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        binding = ActivityMainBinding.inflate(layoutInflater)
        setContentView(binding.root)

        // 获取 ViewModel 实例
        viewModel = ViewModelProvider(this).get(MyViewModel::class.java)

        // 观察 LiveData 对象
        viewModel.currentNumber.observe(this) { newNumber ->
            // 当数据更新时，更新界面显示
            binding.numberTextView.text = newNumber.toString()
        }

        // 设置按钮点击事件，调用 ViewModel 中的方法更新数据
        binding.incrementButton.setOnClickListener {
            viewModel.incrementNumber()
        }
    }
}

在 MainActivity 中，我们通过 observe 方法观察 currentNumber 的变化，当 currentNumber 的值发生改变时，会触发 lambda 表达式中的代码，更新界面上的文本显示。

2.4 其他使用场景

转换 LiveData

LiveData 提供了一些转换方法，如 map 和 switchMap，用于对 LiveData 中的数据进行转换。以下是使用 map 方法的示例：

kotlin 复制代码

import androidx.lifecycle.LiveData
import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.Transformations
import androidx.lifecycle.ViewModel

class MyViewModel : ViewModel() {
    private val _inputData = MutableLiveData<String>()
    val outputData: LiveData<String> = Transformations.map(_inputData) { input ->
        // 对输入数据进行转换
        "Transformed: $input"
    }

    fun setInputData(input: String) {
        _inputData.value = input
    }
}

在这个示例中，我们使用 Transformations.map 方法将 _inputData 中的数据进行转换，并将转换后的结果存储在 outputData 中。

合并 LiveData

可以使用 MediatorLiveData 来合并多个 LiveData 对象，当其中任何一个 LiveData 对象的数据发生变化时，MediatorLiveData 都会收到通知。以下是一个简单的示例：

kotlin 复制代码

import androidx.lifecycle.MediatorLiveData
import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.ViewModel

class MyViewModel : ViewModel() {
    private val _source1 = MutableLiveData<String>()
    private val _source2 = MutableLiveData<String>()
    val mergedData: MediatorLiveData<String> = MediatorLiveData<String>().apply {
        // 添加第一个数据源
        addSource(_source1) { value ->
            value?.let {
                this.value = "Source 1: $it"
            }
        }
        // 添加第二个数据源
        addSource(_source2) { value ->
            value?.let {
                this.value = "Source 2: $it"
            }
        }
    }

    fun setSource1Data(data: String) {
        _source1.value = data
    }

    fun setSource2Data(data: String) {
        _source2.value = data
    }
}

在这个示例中，MediatorLiveData 合并了 _source1 和 _source2 两个 LiveData 对象，当其中任何一个数据源的数据发生变化时，mergedData 都会更新。

三、LiveData 源码原理解析

3.1 LiveData 核心类结构

LiveData 主要涉及以下几个核心类：

LiveData：抽象类，定义了 LiveData 的基本行为和接口。
MutableLiveData：LiveData 的子类，提供了 setValue 和 postValue 方法用于更新数据。
Observer：观察者接口，用于定义数据更新时的回调方法。
LifecycleBoundObserver：实现了 Observer 接口，并且具有生命周期感知能力，确保只在合适的生命周期状态下通知观察者。

3.2 数据更新机制

`setValue` 方法

setValue 方法用于在主线程中更新 LiveData 的值，并通知所有活跃的观察者。以下是 setValue 方法的源码：

java 复制代码

@MainThread
protected void setValue(T value) {
    assertMainThread("setValue");
    mVersion++;
    mData = value;
    dispatchingValue(null);
}

在 setValue 方法中，首先会检查当前线程是否为主线程，然后更新数据的版本号和数据值，最后调用 dispatchingValue 方法来通知观察者。

`postValue` 方法

postValue 方法用于在非主线程中更新 LiveData 的值，它会将更新操作发送到主线程中执行。以下是 postValue 方法的源码：

java 复制代码

protected void postValue(T value) {
    boolean postTask;
    synchronized (mDataLock) {
        postTask = mPendingData == NOT_SET;
        mPendingData = value;
    }
    if (!postTask) {
        return;
    }
    ArchTaskExecutor.getInstance().postToMainThread(mPostValueRunnable);
}

private final Runnable mPostValueRunnable = new Runnable() {
    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public void run() {
        Object newValue;
        synchronized (mDataLock) {
            newValue = mPendingData;
            mPendingData = NOT_SET;
        }
        setValue((T) newValue);
    }
};

在 postValue 方法中，会将新的值存储在 mPendingData 中，并通过 ArchTaskExecutor 将 mPostValueRunnable 发送到主线程中执行。在 mPostValueRunnable 中，会调用 setValue 方法来更新数据并通知观察者。

3.3 观察者注册与通知机制

`observe` 方法

observe 方法用于注册一个具有生命周期感知能力的观察者。以下是 observe 方法的源码：

java 复制代码

@MainThread
public void observe(@NonNull LifecycleOwner owner, @NonNull Observer<? super T> observer) {
    assertMainThread("observe");
    if (owner.getLifecycle().getCurrentState() == DESTROYED) {
        // 如果 LifecycleOwner 已经销毁，直接返回
        return;
    }
    LifecycleBoundObserver wrapper = new LifecycleBoundObserver(owner, observer);
    ObserverWrapper existing = mObservers.putIfAbsent(observer, wrapper);
    if (existing != null && !existing.isAttachedTo(owner)) {
        throw new IllegalArgumentException("Cannot add the same observer"
                + " with different lifecycles");
    }
    if (existing != null) {
        return;
    }
    owner.getLifecycle().addObserver(wrapper);
}

在 observe 方法中，首先会检查当前线程是否为主线程，然后检查 LifecycleOwner 的状态。如果 LifecycleOwner 已经销毁，则直接返回。接着会创建一个 LifecycleBoundObserver 对象，并将其存储在 mObservers 中。最后，将 LifecycleBoundObserver 注册到 LifecycleOwner 的生命周期中。

`dispatchingValue` 方法

dispatchingValue 方法用于通知观察者数据更新。以下是 dispatchingValue 方法的源码：

java 复制代码

private void dispatchingValue(@Nullable ObserverWrapper initiator) {
    if (mDispatchingValue) {
        mDispatchInvalidated = true;
        return;
    }
    mDispatchingValue = true;
    do {
        mDispatchInvalidated = false;
        if (initiator != null) {
            considerNotify(initiator);
            initiator = null;
        } else {
            for (Iterator<Map.Entry<Observer<? super T>, ObserverWrapper>> iterator =
                    mObservers.iteratorWithAdditions(); iterator.hasNext(); ) {
                considerNotify(iterator.next().getValue());
                if (mDispatchInvalidated) {
                    break;
                }
            }
        }
    } while (mDispatchInvalidated);
    mDispatchingValue = false;
}

在 dispatchingValue 方法中，会遍历所有的观察者，并调用 considerNotify 方法来通知它们数据更新。

`considerNotify` 方法

considerNotify 方法用于检查观察者的生命周期状态，并在合适的状态下通知观察者。以下是 considerNotify 方法的源码：

java 复制代码

private void considerNotify(ObserverWrapper observer) {
    if (!observer.mActive) {
        return;
    }
    if (!observer.shouldBeActive()) {
        observer.activeStateChanged(false);
        return;
    }
    if (observer.mLastVersion >= mVersion) {
        return;
    }
    observer.mLastVersion = mVersion;
    // 调用观察者的 onChanged 方法通知数据更新
    observer.mObserver.onChanged((T) mData);
}

在 considerNotify 方法中，会检查观察者的活跃状态和版本号，如果观察者不活跃或者版本号已经是最新的，则不会通知观察者。否则，会调用观察者的 onChanged 方法通知数据更新。

四、总结

LiveData 是 Jetpack 组件中一个非常实用的工具，它通过生命周期感知能力和数据更新通知机制，为开发者提供了一种简洁、安全的方式来处理数据和界面的交互。通过 setValue 和 postValue 方法可以更新数据，通过 observe 方法可以注册观察者。在源码层面，LiveData 通过 LifecycleBoundObserver 实现了生命周期感知，确保只在合适的生命周期状态下通知观察者。合理使用 LiveData 可以提高代码的可维护性和稳定性，避免内存泄漏和空指针异常等问题。在实际开发中，结合 ViewModel 等其他 Jetpack 组件，可以构建出更加高效、健壮的 Android 应用。

Jetpack LiveData 使用与原理解析

一、引言

二、LiveData 基本使用

2.1 添加依赖

2.2 创建 LiveData 对象

2.3 观察 LiveData 对象

2.4 其他使用场景

转换 LiveData

合并 LiveData

三、LiveData 源码原理解析

3.1 LiveData 核心类结构

3.2 数据更新机制

setValue 方法

postValue 方法

3.3 观察者注册与通知机制

observe 方法

dispatchingValue 方法

considerNotify 方法

四、总结

`setValue` 方法

`postValue` 方法

`observe` 方法

`dispatchingValue` 方法

`considerNotify` 方法