剖析 Android 架构组件之 ViewModel

ViewModel 是 Android 架构组件之一，用于分离 UI 逻辑与 UI 数据。在发生 Configuration Changes 时，它不会被销毁。在界面重建后，方便开发者呈现界面销毁前的 UI 状态。

本文主要分析 ViewModel 的以下3个方面：

• 获取和创建过程。
• Configuration Changes 存活原理。
• 销毁过程。

1. 依赖库

implementation "androidx.fragment:fragment:1.0.0"
implementation "androidx.lifecycle:lifecycle-viewmodel:2.0.0"
implementation "androidx.lifecycle:lifecycle-extensions:2.0.0"
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2. 主要类与接口

import androidx.fragment.app.Fragment;
import androidx.fragment.app.FragmentActivity;
import androidx.lifecycle.ViewModel;
import androidx.lifecycle.AndroidViewModel;
import androidx.lifecycle.ViewModelProvider;
import androidx.lifecycle.ViewModelProvider.Factory;
import androidx.lifecycle.ViewModelProviders;
import androidx.lifecycle.ViewModelStore;
import androidx.lifecycle.ViewModelStoreOwner;
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3. ViewModel

ViewModel 是一个抽象类，类中只定义了一个空实现的 onCleared() 方法。

public abstract class ViewModel {
    /**
     * This method will be called when this ViewModel is no longer used and will be destroyed.
     * <p>
     * It is useful when ViewModel observes some data and you need to clear this subscription to
     * prevent a leak of this ViewModel.
     */
    @SuppressWarnings("WeakerAccess")
    protected void onCleared() {
    }
}
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3.1 AndroidViewModel

AndroidViewModel 类扩展了 ViewModel 类，增加了 Application 字段，在构造方法初始化，并提供了 getApplication() 方法。

public class AndroidViewModel extends ViewModel {
    private Application mApplication;

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

    /**
     * Return the application.
     */
    @NonNull
    public <T extends Application> T getApplication() {
        return (T) mApplication;
    }
}
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4. 获取和创建过程分析

获取 ViewModel 对象代码如下：

ViewModelProviders.of(activityOrFragment).get(ViewModel::class.java)
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4.1 ViewModelProviders

ViewModelProviders 类提供了4个静态工厂方法 of() 创建新的 ViewModelProvider 对象。

ViewModelProviders.of(Fragment)
ViewModelProviders.of(FragmentActivity)
ViewModelProviders.of(Fragment, Factory)
ViewModelProviders.of(FragmentActivity, Factory)
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4.2 ViewModelProvider

ViewModelProvider 负责提供 ViewModel 对象，类中定义了以下两个字段：

private final Factory mFactory;
private final ViewModelStore mViewModelStore;
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先说说这两个类的功能。

4.3 ViewModelProvider.Factory

Factory 接口定义了一个创建 ViewModel 的接口 create() ， ViewModelProvider 在需要时调用该方法新建 ViewModel 对象。

public interface Factory {
    <T extends ViewModel> T create(@NonNull Class<T> modelClass);
}
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Android 已经内置了2个 Factory 实现类，分别是：

• AndroidViewModelFactory 实现类，可以创建 ViewModel 和 AndroidViewModel 子类对象。
• NewInstanceFactory 类，只可以创建 ViewModel 子类对象。

它们的实现都是通过反射机制调用 ViewModel 子类的构造方法创建对象。

public static class NewInstanceFactory implements Factory {
    @Override
    public <T extends ViewModel> T create(Class<T> modelClass) {
        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);
        }
    }
}
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AndroidViewModelFactory 继承 NewInstanceFactory 类，是个单例，支持创建 AndroidViewModel 子类对象。

public static class AndroidViewModelFactory extends ViewModelProvider.NewInstanceFactory {

    private static AndroidViewModelFactory sInstance;

    public static AndroidViewModelFactory getInstance(Application application) {
        if (sInstance == null) {
            sInstance = new AndroidViewModelFactory(application);
        }
        return sInstance;
    }

    private Application mApplication;

    public AndroidViewModelFactory(Application application) {
        mApplication = application;
    }

    @Override
    public <T extends ViewModel> T create(Class<T> modelClass) {
        if (AndroidViewModel.class.isAssignableFrom(modelClass)) {
            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);
    }
}
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4.4 ViewModelStore

ViewModelStore 类中维护一个 Map<String, ViewModel> 对象存储已创建的 ViewModel 对象，并提供 put() 和 get() 方法。

public class ViewModelStore {
    private final HashMap<String, ViewModel> mMap = new HashMap<>();
    
    final void put(String key, ViewModel viewModel) {
        ViewModel oldViewModel = mMap.put(key, viewModel);
    }

    final ViewModel get(String key) {
        return mMap.get(key);
    }
}
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4.5 ViewModelStoreOwner

ViewModelStore 是来自于 FragmentActivity 和 Fragment ，它们实现了 ViewModelStoreOwner 接口，返回当前 UI 作用域里的 ViewModelStore 对象。

public interface ViewModelStoreOwner {
    ViewModelStore getViewModelStore();
}
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在 Fragment 类中的实现如下：

public ViewModelStore getViewModelStore() {
    if (getContext() == null) {
        throw new IllegalStateException("Can't access ViewModels from detached fragment");
    }
    if (mViewModelStore == null) {
        mViewModelStore = new ViewModelStore();
    }
    return mViewModelStore;
}
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在 FragmentActivity 类中的实现如下：

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) {
        mViewModelStore = new ViewModelStore();
    }
    return mViewModelStore;
}
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4.6 创建 ViewModelProvider

回到 of() 方法的实现。

public static ViewModelProvider of(FragmentActivity activity, Factory factory) {
    Application application = checkApplication(activity);
    if (factory == null) {
        factory = ViewModelProvider.AndroidViewModelFactory.getInstance(application);
    }
    return new ViewModelProvider(activity.getViewModelStore(), factory);
}
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在创建 ViewModelProvider 对象时需要传入 ViewModelStore 和 Factory 对象。若 factory 为 null ，将使用 AndroidViewModelFactory 单例对象。

4.7 获取 ViewModel 对象

调用 ViewModelProvider 对象的 get() 方法获取 ViewModel 对象，如果在 ViewModelStore 里不存在，则使用 Factory 创建一个新的对象并存放到 ViewModelStore 里。

public <T extends ViewModel> T get(String key, Class<T> modelClass) {
    ViewModel viewModel = mViewModelStore.get(key);

    if (modelClass.isInstance(viewModel)) {
        return (T) viewModel;
    }

    viewModel = mFactory.create(modelClass);
    mViewModelStore.put(key, viewModel);

    return (T) viewModel;
}
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5. Configuration Changes 存活原理

当 Activity 或 Fragment 被系统重建时， ViewModel 对象不会被销毁，新的 Activity 或 Fragment 对象拿到的是同一个 ViewModel 对象。

在 FragmentActivity#onRetainNonConfigurationInstance() 方法中，会将 ViewModelStore 对象保留起来。

public final Object onRetainNonConfigurationInstance() {
    Object custom = onRetainCustomNonConfigurationInstance();

    FragmentManagerNonConfig fragments = mFragments.retainNestedNonConfig();

    if (fragments == null && mViewModelStore == null && custom == null) {
        return null;
    }

    NonConfigurationInstances nci = new NonConfigurationInstances();
    nci.custom = custom;
    nci.viewModelStore = mViewModelStore;
    nci.fragments = fragments;
    return nci;
}
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然后在 onCreate() 方法能获取之前保留起来的 ViewModelStore 对象。

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    mFragments.attachHost(null /*parent*/);
    super.onCreate(savedInstanceState);

    NonConfigurationInstances nc = (NonConfigurationInstances) getLastNonConfigurationInstance();
    if (nc != null) {
        mViewModelStore = nc.viewModelStore;
    }
    // ...
}
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那 Fragment 作用域里是如何实现的呢？在 FragmentActivity 的 onRetainNonConfigurationInstance() 方法中里有这样一句代码：

FragmentManagerNonConfig fragments = mFragments.retainNestedNonConfig();
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实现保留的机制是一样的，只不过放在 FragmentManagerNonConfig 对象中。是在 FragmentManager#saveNonConfig() 方法中将 ViewModelStore 对象保存到 FragmentManagerNonConfig 里的。

void saveNonConfig() {
    ArrayList<Fragment> fragments = null;
    ArrayList<FragmentManagerNonConfig> childFragments = null;
    ArrayList<ViewModelStore> viewModelStores = null;
    if (mActive != null) {
        for (int i=0; i<mActive.size(); i++) {
            Fragment f = mActive.valueAt(i);
            if (f != null) {
                if (f.mRetainInstance) {
                    if (fragments == null) {
                        fragments = new ArrayList<Fragment>();
                    }
                    fragments.add(f);
                    f.mTargetIndex = f.mTarget != null ? f.mTarget.mIndex : -1;
                    if (DEBUG) Log.v(TAG, "retainNonConfig: keeping retained " + f);
                }
                FragmentManagerNonConfig child;
                if (f.mChildFragmentManager != null) {
                    f.mChildFragmentManager.saveNonConfig();
                    child = f.mChildFragmentManager.mSavedNonConfig;
                } else {
                    // f.mChildNonConfig may be not null, when the parent fragment is
                    // in the backstack.
                    child = f.mChildNonConfig;
                }

                if (childFragments == null && child != null) {
                    childFragments = new ArrayList<>(mActive.size());
                    for (int j = 0; j < i; j++) {
                        childFragments.add(null);
                    }
                }

                if (childFragments != null) {
                    childFragments.add(child);
                }
                if (viewModelStores == null && f.mViewModelStore != null) {
                    viewModelStores = new ArrayList<>(mActive.size());
                    for (int j = 0; j < i; j++) {
                        viewModelStores.add(null);
                    }
                }

                if (viewModelStores != null) {
                    viewModelStores.add(f.mViewModelStore);
                }
            }
        }
    }
    if (fragments == null && childFragments == null && viewModelStores == null) {
        mSavedNonConfig = null;
    } else {
        mSavedNonConfig = new FragmentManagerNonConfig(fragments, childFragments,
        viewModelStores);
    }
}
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该方法的调用顺序是： FragmentActivity#onSaveInstanceState() -> FragmentManager#saveAllState() -> FragmentManager#saveNonConfig() 。

6. 销毁过程

在 FragmentActivity 类的 onDestory() 方法中。

@Override
protected void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    if (mViewModelStore != null && !isChangingConfigurations()) {
        mViewModelStore.clear();
    }
    mFragments.dispatchDestroy();
}
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在 Fragment 类的 onDestory() 方法中。

public void onDestroy() {
    mCalled = true;
    FragmentActivity activity = getActivity();
    boolean isChangingConfigurations = activity != null && activity.isChangingConfigurations();
    if (mViewModelStore != null && !isChangingConfigurations) {
        mViewModelStore.clear();
    }
}
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先判断是否有发生 Configuration Changes ，如果没有则会调用 ViewModelStore 的 clear() 方法，再一一调用每一个 ViewModel 的 onCleared() 方法。

public final void clear() {
    for (ViewModel vm : mMap.values()) {
        vm.onCleared();
    }
    mMap.clear();
}
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7. 总结

以上便是 ViewModel 3个主要过程的剖析，这里做一下总结。

• 通过 ViewModelProviders 创建 ViewModelProvider 对象，调用该对象的 get() 方法获取 ViewModel 对象。 当 ViewModelStore 里不存在想要的对象， ViewModelProvider 会使用 Factory 新建一个对象并存放到 ViewModelStore 里。
• 当发生 发生 Configuration Changes 时， FragmentActivity 利用 getLastNonConfigurationInstance() 、 onRetainNonConfigurationInstance() 方法实现 ViewModelStore 的保留与恢复，进而实现 ViewModel 对象的保活。
• 当 FragmentActivity 和 Fragment 被销毁时，会根据是否发生 Configuration Changes 来决定是否销毁 ViewModel 。