Android Jetpack架构组件（五）带你了解LiveData(原理篇）

本文首发于微信公众号「后厂技术官」

前言

在上一篇文章中我们学习了LiveData的基本用法，我们知道LiveData是一个可观察的数据持有者，他是具有组件生命周期感知的，那么它是如何观察组件生命周期变化的呢？LiveData和RxJava的不同的是，LiveData并不是通知所有观察者，它只会通知处于Active状态的观察者，如果一个观察者处于DESTROYED状态，它将不会收到通知，这一点又是如何做到的？还有另外一点，Transformations的map方法其内部进行了什么操作？等等问题，会在这篇文章中给大家进行讲解。

1.LiveData如何观察组件生命周期变化

通过调用LiveData的observe方法来注册观察者，LiveData的observe方法如下所示。
frameworks/support/lifecycle/livedata-core/src/main/java/androidx/lifecycle/LiveData.java

@MainThread
   public void observe(@NonNull LifecycleOwner owner, @NonNull Observer<? super T> observer) {
       assertMainThread("observe");
       //如果被观察者的当前的状态是DESTROYED，就return
       if (owner.getLifecycle().getCurrentState() == DESTROYED) {//1
           return;
       }
       LifecycleBoundObserver wrapper = new LifecycleBoundObserver(owner, observer);//2
       ObserverWrapper existing = mObservers.putIfAbsent(observer, wrapper);//3
       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);//4
   }

注释1处的owner实际上就是注册时传进来来组件，比如Activity，获取组件当前的状态，如果状态为DESTROYED，那么直接return，这说明DESTROYED状态的组件是不允许注册的。

如果你还不了解Lifecycle的状态，可以查看Android Jetpack架构组件（三）带你了解Lifecycle（原理篇）这篇文章。
注释2处新建了一个LifecycleBoundObserver包装类，将owner和observer传了进去。
注释3处将observer和LifecycleBoundObserver存储到SafeIterableMap<Observer<? super T>, ObserverWrapper>mObservers中，putIfAbsent方法和put方法有区别，如果传入key对应的value已经存在，就返回存在的value，不进行替换。如果不存在，就添加key和value，返回null。
如果等于null，在注释4处会将LifecycleBoundObserver添加到Lifecycle中完成注册，这样当我们调用LiveData的observe方法时，实际上是LiveData内部完成了Lifecycle的观察者的添加，这样LiveData自然也就有了观察组件生命周期变化的能力。

2.LiveData的observe方法回调

LifecycleBoundObservers是LiveData的内部类，代码如下所示。
frameworks/support/lifecycle/livedata-core/src/main/java/androidx/lifecycle/LiveData.java

class LifecycleBoundObserver extends ObserverWrapper implements GenericLifecycleObserver {
       @NonNull final LifecycleOwner mOwner;

       LifecycleBoundObserver(@NonNull LifecycleOwner owner, Observer<? super T> observer) {
           super(observer);
           mOwner = owner;
       }

       @Override
       boolean shouldBeActive() {
           return mOwner.getLifecycle().getCurrentState().isAtLeast(STARTED);
       }

       @Override
       public void onStateChanged(LifecycleOwner source, Lifecycle.Event event) {
           if (mOwner.getLifecycle().getCurrentState() == DESTROYED) {
               removeObserver(mObserver);//1
               return;
           }
           activeStateChanged(shouldBeActive());//2
       }

       @Override
       boolean isAttachedTo(LifecycleOwner owner) {
           return mOwner == owner;
       }

       @Override
       void detachObserver() {
           mOwner.getLifecycle().removeObserver(this);
       }
   }
       

LifecycleBoundObserver继承了ObserverWrapper类，重写了shouldBeActive方法，用于判断当前传入的组件的状态是否是Active的，Active状态包括STARTED和RESUMED状态。

LifecycleBoundObserver实现了GenericLifecycleObserver接口，当组件状态发生变化时，会调用onStateChanged方法，当组件处于DESTROYED状态时，会调用注释1处的removeObserver方法，来移除observer。
这样在文章开头的疑问就解决了，为什么一个观察者（组件）处于DESTROYED状态时，它将不会收到通知。

接着会调用注释2处的activeStateChange方法，代码如下所示。

frameworks/support/lifecycle/livedata-core/src/main/java/androidx/lifecycle/LiveData.java

private abstract class ObserverWrapper {
      final Observer<? super T> mObserver;
      boolean mActive;
      int mLastVersion = START_VERSION;

      ObserverWrapper(Observer<? super T> observer) {
          mObserver = observer;
      }

      abstract boolean shouldBeActive();

      boolean isAttachedTo(LifecycleOwner owner) {
          return false;
      }

      void detachObserver() {
      }

      void activeStateChanged(boolean newActive) {
          if (newActive == mActive) {
              return;
          }
          mActive = newActive;
          boolean wasInactive = LiveData.this.mActiveCount == 0;
          LiveData.this.mActiveCount += mActive ? 1 : -1;
          if (wasInactive && mActive) {
              onActive();
          }
          if (LiveData.this.mActiveCount == 0 && !mActive) {
              onInactive();
          }
          if (mActive) {
              dispatchingValue(this);//1
          }
      }
  }

activeStateChanged方法定义在抽象类ObserverWrapper中，它是Observer的包装类，activeStateChanged方法会根据Active状态和处于Active状态的组件的数量，来对onActive方法和onInactive方法回调，这两个方法用于拓展LiveData对象。注释1处，如果是Active状态，会调用dispatchingValue方法，并将自身传进去。

private void dispatchingValue(@Nullable ObserverWrapper initiator) {
      //正在处于分发状态中
      if (mDispatchingValue) {
          //分发无效
          mDispatchInvalidated = true;//1
          return;
      }
      mDispatchingValue = true;
      do {
          //分发有效
          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);
      //标记不处于分发状态
      mDispatchingValue = false;
  }

mDispatchingValue用于标记当前是否处于分发状态中，如果处于该状态，则在注释1处标记当前分发无效，直接return。一路调用过来，ObserverWrapper是不为null的，ObserverWrapper为null的情况第3小节会讲到，无论是那种情况，都会调用considerNotify方法，代码如下所示。

private void considerNotify(ObserverWrapper observer) {
    if (!observer.mActive) {//1
        return;
    }
    if (!observer.shouldBeActive()) {
        observer.activeStateChanged(false);//2
        return;
    }
    if (observer.mLastVersion >= mVersion) {
        return;
    }
    observer.mLastVersion = mVersion;
    //noinspection unchecked
    observer.mObserver.onChanged((T) mData);//3
}

considerNotify方法中做了多次的判断，注释1处，如果ObserverWrapper的mActive值不为true，就直接return。注释2处，如果当前observer对应组件的状态不是Active，就会再次调用activeStateChanged方法，并传入false，其方法内部会再次判断是否执行onActive方法和onInactive方法回调。如果判断条件都满足会调用Observer的onChanged方法，这个方法正是使用LiveData的observe方法的回调。

3.postValue/setValue方法分析

当调用MutableLiveData的observe方法后，还需要通过postValue/setValue方法来更新数据。
frameworks/support/lifecycle/livedata-core/src/main/java/androidx/lifecycle/LiveData.java

...
  private final Runnable mPostValueRunnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            Object newValue;
            synchronized (mDataLock) {
                newValue = mPendingData;
                mPendingData = NOT_SET;
            }
            //noinspection unchecked
            setValue((T) newValue);//1
        }
    };
    ...
    protected void postValue(T value) {
        boolean postTask;
        synchronized (mDataLock) {
            postTask = mPendingData == NOT_SET;
            mPendingData = value;
        }
        if (!postTask) {
            return;
        }
        ArchTaskExecutor.getInstance().postToMainThread(mPostValueRunnable);//2
    }
    
    @MainThread //3
    protected void setValue(T value) {
        assertMainThread("setValue");
        mVersion++;
        mData = value;
        dispatchingValue(null);
    }

postValue/setValue方法都定义在LiveData中，根据注释1和注释2处，可以发现postValue方法实际上就是将setValue方法切换到主线程调用。注释3处说明setValue方法是运行在主线程中的，其内部调用了dispatchingValue方法，这个方法在第2小节介绍过，也就是dispatchingValue方法的参数ObserverWrapper为null的情况。
从这里我们可以知道，无论是LiveData的observe方法还是LiveData的postValue/setValue方法都会调用dispatchingValue方法。

4.Transformations.map方法分析

除了以上讲的常用的方法之外，还可能会使用到Transformations.map和Transformations.switchMap方法，这里以Transformations.map为例。这个方法用来在LiveData对象分发给观察者之前对其中存储的值进行更改，
代码如下所示。
frameworks/support/lifecycle/livedata/src/main/java/androidx/lifecycle/Transformations.java

@MainThread
    public static <X, Y> LiveData<Y> map(
            @NonNull LiveData<X> source,
            @NonNull final Function<X, Y> mapFunction) {
        final MediatorLiveData<Y> result = new MediatorLiveData<>();//1
        result.addSource(source, new Observer<X>() {
            @Override
            public void onChanged(@Nullable X x) {
                result.setValue(mapFunction.apply(x));
            }
        });
        return result;
    }

Transformations.map方法运行在主线程，注释1处创建了MediatorLiveData，紧接着调用了它的addSource方法：
support/lifecycle/livedata/src/main/java/androidx/lifecycle/MediatorLiveData.java

*/
  @MainThread
  public <S> void addSource(@NonNull LiveData<S> source, @NonNull Observer<? super S> onChanged) {
      Source<S> e = new Source<>(source, onChanged);//1
      Source<?> existing = mSources.putIfAbsent(source, e);
      if (existing != null && existing.mObserver != onChanged) {
          throw new IllegalArgumentException(
                  "This source was already added with the different observer");
      }
      if (existing != null) {
          return;
      }
      if (hasActiveObservers()) {
          e.plug();//2
      }
  }

注释1处将传进来的LiveData和onChanged封装到Source类中，注释2处调用了Source的plug方法：

private static class Source<V> implements Observer<V> {
       final LiveData<V> mLiveData;
       final Observer<? super V> mObserver;
       int mVersion = START_VERSION;

       Source(LiveData<V> liveData, final Observer<? super V> observer) {
           mLiveData = liveData;
           mObserver = observer;
       }

       void plug() {
           mLiveData.observeForever(this);//1
       }

       void unplug() {
           mLiveData.removeObserver(this);
       }

       @Override
       public void onChanged(@Nullable V v) {
           if (mVersion != mLiveData.getVersion()) {
               mVersion = mLiveData.getVersion();
               mObserver.onChanged(v);//2
           }
       }
   }

注释2处可以看到，Transformations.map方法传入的Observer的回调在这里进行处理。注释1处，Source的plug方法会调用LiveData的observeForever方法，这个和第2小节所讲的内容有什么区别呢？我们再往下看。
frameworks/support/lifecycle/livedata-core/src/main/java/androidx/lifecycle/LiveData.java

@MainThread
public void observeForever(@NonNull Observer<? super T> observer) {
    assertMainThread("observeForever");
    AlwaysActiveObserver wrapper = new AlwaysActiveObserver(observer);//1
    ObserverWrapper existing = mObservers.putIfAbsent(observer, wrapper);
    if (existing != null && existing instanceof LiveData.LifecycleBoundObserver) {
        throw new IllegalArgumentException("Cannot add the same observer"
                + " with different lifecycles");
    }
    if (existing != null) {
        return;
    }
    wrapper.activeStateChanged(true);
}

注释1处用AlwaysActiveObserver来对Observer进行包装，紧接着调用AlwaysActiveObserver的activeStateChanged方法，其内部实际调用的是ObserverWrapper的activeStateChanged方法，这个在第二小节已经做了分析，就不再赘述了。来看AlwaysActiveObserver类是如何定义的。
frameworks/support/lifecycle/livedata-core/src/main/java/androidx/lifecycle/LiveData.java

private class AlwaysActiveObserver extends ObserverWrapper {
     AlwaysActiveObserver(Observer<? super T> observer) {
         super(observer);
     }
     @Override
     boolean shouldBeActive() {
         return true;
     }
 }

AlwaysActiveObserver是LiveData的内部类，它继承自ObserverWrapper，AlwaysActiveObserver是LiveData的内部类和ObserverWrapper的区别就是，它是永远处于Active状态的。

5.LiveData关联类

接下来给出LiveData关联类的UML图，看明白这个图以后，再回去重新阅读本文，也许你会收获更多。

可以看到，在讲解LiveData时涉及的大部分类都在这个图中，其中MutableLiveData继承自LiveData，LifecycleOwner和Observer和LiveData有关联的关系，ObserverWrapper是Observer的包装类，因此它们有着关联的关系，其他的类大家看图就知道了。