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[移动开发]03、Lifecycle原理分析 ——《Android打怪升级之旅》

感谢大家和我一起，在Android世界打怪升级！

Jetpack系列的第一篇文章，以Lifecycle作为起点，其重要性不言而喻。本篇文章会从使用到原理依次进阶，由浅入深的剖析Lifecycle。

一、Jetpack是什么

安卓开发者官网对Jetpack的介绍：

Jetpack 是一个由多个库组成的套件，可帮助开发者遵循最佳做法、减少样板代码并编写可在各种 Android版本和设备中一致运行的代码，让开发者可将精力集中于真正重要的编码工作。

简单来说就是很多官方封装的提升开发效率的库。从官网摆放的位置足以看出对Jetpack的重视程度。

二、Lifecycle是什么

构建生命周期感知型组件，这些组件可以根据 Activity 或 Fragment 的当前生命周期状态调整行为。

简单叙述下原理：使用了观察者模式，Activity与Fragment拥有生命周期感知的能力，作为被观察者，可向其内部注册观察者，在生命周期变化时通知所有观察者。

三、Lifecycle的使用

使用分为两步：①创建观察者、②注册观察者。被观察者已经被Android源码实现了。

3.1 创建观察者

1、创建类实现LifecycleObserver接口。

2、在其内部创建方法（方法名随意），参数可填LifecycleOwner，也可不填。

3、给方法加注解 @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.XXX) ，可以让该方法监听到注解生命周期的变化。

4、下面代码罗列了所有Lifecycle.Event枚举，Lifecycle.Event.ON_ANY 可以监听所有其他生命周期变化。

// 1、创建类实现LifecycleObserver接口
public class TestLifecycleObserver implements LifecycleObserver {

    private static final String TAG = "TestLifecycleObserver";

    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_CREATE)
    // 2、在其内部创建方法（方法名随意），参数可填LifecycleOwner，也可不填。
    void onCreate(LifecycleOwner owner) {
        Log.e(TAG, "========onCreate====" + owner);
    }

	// 3、给方法加注解 @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.XXX) 
	// 可以让该方法监听到注解生命周期的变化。
    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_START)
    void onStart() {
        Log.e(TAG, "========onStart");
    }

    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_RESUME)
    void onResume(LifecycleOwner owner) {
        Log.e(TAG, "========onResume");
    }

    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_PAUSE)
    void onPause(LifecycleOwner owner) {
        Log.e(TAG, "========onPause");
    }

    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_STOP)
    void onStop(LifecycleOwner owner) {
        Log.e(TAG, "========onStop");
    }

    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_DESTROY)
    void onDestroy(LifecycleOwner owner) {
        Log.e(TAG, "========onDestroy");
    }

	// Lifecycle.Event.ON_ANY 可以监听所有生命周期变化
    @OnLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_ANY)
    void onAny(LifecycleOwner owner) {
        Log.e(TAG, "========onAny");
    }
}

3.2 注册观察者

AppCompatActivity与Fragment是默认的被观察者，在其内部通过调用getLifecycle().addObserver(观察者)注册定义好的观察者即可。

// AppCompatActivity内部实现了被观察者
public class TestLifecycleActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_lifecycle);
		// 注册观察者
        getLifecycle().addObserver(new TestLifecycleObserver());
    }
}

// Fragment内部实现了被观察者
public class TestLifecycleFragment extends Fragment {

    @Override
    public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
		// 注册观察者
        getLifecycle().addObserver(new TestLifecycleObserver());
    }
}

四、Lifecycle原理

如上所述，Lifecycle的原理是观察者模式。

4.1 两个接口

观察者模式涉及到被观察者和观察者，所以先介绍两个接口，LifecycleOwner与LifecycleObserver。

1、 LifecycleOwner对应被观察者

2、LifecycleObserver对应观察者

4.2 被观察者

在【3.1 创建观察者】章节，已经知道LifecycleObserver是我们创建的观察者类去实现该接口。那被观察者的LifecycleOwner是在哪里被实现的呢？

细心的朋友已经发现了，在【3.2 注册观察者】章节的第一句，提到了AppCompatActivity与Fragment是默认的被观察者，那就是说这两个类应该是被谷歌工程师实现了LifecycleOwner接口。

果不其然！上面两个类确实是实现了LifecycleOwner接口，作为默认的被观察者。

【阶段小结】
Activity与Fragment拥有生命周期感知的能力，所以将其设置为生命周期的被观察者更合适不过，在其内部默认实现了LifecycleOwner接口。

我们可以通过创建观察者类实现LifecycleObserver接口来注册到被观察者（Activity与Fragment）中。等待生命周期发生变化，被观察者回调所有注册在内部的观察者，通知相应的注解生命周期方法。

所以整个流程其实也分为两个阶段：①注册观察者 ②通知观察者

4.3 注册观察者

咱们以Activity的注册观察者方法为起点去梳理注册流程，源码阶段我会一行一行的和大家一起梳理，不重要会直接略过。

4.3.1 getLifecycle

首先咱们看看getLifecycle()方法返回了什么？

如上所示，getLifecycle()方法返回的是一个LifecycleRegistry对象，registry是注册处的意思，那咱们盲猜这个类是生命周期观察者的注册处，下面来验证一下。

一进入该类，可以看到LifecycleRegistry是继承自Lifecycle抽象类，Lifecycle抽象类里面定义了一些模版方法和生命周期状态。

另一方面，这个类里面的几个属性引起了我的注意

1、mObserverMap： 难道这就是保存观察者的地方？该Map还以观察者LifecycleObserver为key，难道这个Map不仅能保存观察者，还能让一个观察者对象只存在一个？

2、mState： 当前所处于的生命周期状态，这个State是一个枚举，在Lifecycle类中有定义，枚举如下，和生命周期onCreate()、onResume()有些类似，但是生命周期是一个点，而State代表的是达到这个生命周期之后的一种状态，所以英文以ED结尾表示完成式。

public enum State {
    DESTROYED,
    INITIALIZED,
    CREATED,
    STARTED,
    RESUMED;
    
    public boolean isAtLeast(@NonNull State state) {
        return compareTo(state) >= 0;
    }
}

3、mLifecycleOwner： 对Activity的弱引用包装了。

【阶段小结】
getLifecycle()方法返回的是LifecycleRegistry对象，目前猜想是一个生命周期观察者的注册处，里面使用Map将观察者进行，并且保存了当前生命周期的状态。

4.3.2 addObserver上半段

再回到这个注册方法，咱们继续看addObserver方法，看这个自定义观察者到底被注册到了哪里。

在LifecycleRegistry中我们找到了这个方法，因为太长咱们分段来看，文章以主要代码为主，不重要的一笔带过。

// 根据变量判断是否强制在主线程执行该方法
// 在LifecycleRegistry初始化时默认强制在主线程执行
// 所以如果不在主线程执行该方法会抛异常。
enforceMainThreadIfNeeded("addObserver");

// 给当前Observer指定一个初始State
// 该State要区别于LifecycleOwner的State
// LifecycleOwner的State是当前被观察者的状态
// 当前Observer的State是用于判断是否被观察者的State一致
// 默认初始为INITIALIZED或DESTROYED
State initialState = mState == DESTROYED ? DESTROYED : INITIALIZED;

// 将Observer与初始化State封装到了同一个类中，让监听者和状态绑定
// ObserverWithState类的源码在文章下面
ObserverWithState statefulObserver = new ObserverWithState(observer, initialState);

// 将Observer保存进入Map！
ObserverWithState previous = mObserverMap.putIfAbsent(observer, statefulObserver);
if (previous != null) {
   	return;
}

// putIfAbsent源码
@Override
public V putIfAbsent(@NonNull K key, @NonNull V v) {
    Entry<K, V> current = get(key);
    // 如果之前该观察者对象被保存过
    if (current != null) {
    	// 就直接返回之前保存的value
        return current.mValue;
    }
    // 如果没被保存过就保存并返回null
    mHashMap.put(key, put(key, v));
    return null;
}

这段终于到我们想看的代码了！！！

这就是将观察者作为key，将上面封装了状态的观察者作为value保存到Map中啊！！咱们之前猜想的mObserverMap真的是保存所有监听者的地方！！

如果putIfAbsent方法返回不为null，就说明该Observer已经被注册过了，不能再次注册。

【阶段小结】
到这里，Observer已经成功被注册了，Observer作为key，ObserverWithState（被封装了状态的Observer）作为value，保存到了mObserverMap中，并且不能重复注册。

4.3.3 addObserver下半段

接下来挑重点看addObserver方法的下半段：

// 有轻微删减，有兴趣可以看下源码
State targetState = calculateTargetState(observer);
while ((statefulObserver.mState.compareTo(targetState) < 0
        && mObserverMap.contains(observer))) {
    final Event event = Event.upFrom(statefulObserver.mState);
    if (event == null) {
        throw new IllegalStateException("no event up from " + statefulObserver.mState);
    }
    statefulObserver.dispatchEvent(lifecycleOwner, event);
    // mState / subling may have been changed recalculate
    targetState = calculateTargetState(observer);
}

总体来说，这段代码就是将上半段状态为INITIALIZED的观察者同步到和被观察者相同的状态。

// 根据计算获取一个要前往的目标状态
State targetState = calculateTargetState(observer);

// calculateTargetState方法源码
// 使用当前观察者的上一个状态、被观察者的当前状态、父容器的当前状态去比较最小值
private State calculateTargetState(LifecycleObserver observer) {
    Map.Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState> previous = mObserverMap.ceil(observer);

    State siblingState = previous != null ? previous.getValue().mState : null;
    State parentState = !mParentStates.isEmpty() ? mParentStates.get(mParentStates.size() - 1)
            : null;
    return min(min(mState, siblingState), parentState);
}

【小知识】枚举是谁放在前面谁小

// 循环 直到观察者的State是和targetState一致
while ((statefulObserver.mState.compareTo(targetState) < 0
                && mObserverMap.contains(observer))) {
   ...
}

循环的第一行又引出了一个Event类，这个类和State有些相似，State是用来表明一种状态，Event是用来描述一个事件。

public enum Event {
    ON_CREATE,
    ON_START,
    ON_RESUME,
    ON_PAUSE,
    ON_STOP,
    ON_DESTROY,
    ON_ANY;

    public static Event downFrom(@NonNull State state) {}
    public static Event downTo(@NonNull State state) {}
    public static Event upFrom(@NonNull State state) {}
    public static Event upTo(@NonNull State state) {}
    public State getTargetState() {}
}

通过Event事件到达State状态，比如通过ON_CREATE的Event，可以到达CREATED的State。

State和Event之间的相互转换关系如下图：

// 将State进行状态上升，将上升所需要的Event返回，参考上图
public static Event upFrom(@NonNull State state) {
    switch (state) {
    	// 从INITIALIZED状态上升，会返回ON_CREATE事件
        case INITIALIZED:
            return ON_CREATE;
        // 从CREATED状态上升，会返回ON_START事件
        case CREATED:
            return ON_START;
        case STARTED:
            return ON_RESUME;
        default:
            return null;
    }
}

// 通过Event，调用对应的观察者方法，更新自身的State状态
statefulObserver.dispatchEvent(lifecycleOwner, event);

// ObserverWithState源码
static class ObserverWithState {
    State mState;
    LifecycleEventObserver mLifecycleObserver;

    ObserverWithState(LifecycleObserver observer, State initialState) {
        mLifecycleObserver = Lifecycling.lifecycleEventObserver(observer);
        mState = initialState;
    }

    void dispatchEvent(LifecycleOwner owner, Event event) {
        State newState = event.getTargetState();
        mState = min(mState, newState);
        // 根据Event通知观察值（Observer）调用相应的方法
        mLifecycleObserver.onStateChanged(owner, event);
        // 更新自身的State状态
        mState = newState;
    }
}

【阶段小结】
到此，执行完了while循环，这个新的Observer的状态已经更新到与LifecyclerOwner完全一致了。

4.3.4 总结

1、通过getLifecycle()方法拿到LifecycleRegistry（生命周期注册处）。

2、将创建的观察者通过addObserver方法注册到LifecycleRegistry内部的Map中，key是观察者，value是封装了状态的观察者。且不能重复注册。

3、注册的观察者还会和LifecycleOwner的状态进行同步，并调用对应的观察者方法。

4.4 通知观察者

其实了解注册观察者流程后，我们大概可以猜想出被观察者如何通知观察者。咱们先来推论一下，Activity和Fragment应该是在感知到生命周期变化之后，从LifecycleRegistry（生命周期注册处）获取所有观察者并进行状态同步的。

4.4.1 Fragment通知观察者

Fragment中也有LifecycleRegistry，所以咱们看一下调用的位置，可以发现performCreate、performStart等方法都会有handleLifecycleEvent方法的调用！其实走到这一步就是开始通知观察者了，具体逻辑后面再看，以performStart为例看下：

void performStart() {
    mChildFragmentManager.noteStateNotSaved();
    mChildFragmentManager.execPendingActions(true);
    mState = STARTED;
    mCalled = false;
    onStart();
    if (!mCalled) {
        throw new SuperNotCalledException("Fragment " + this
                + " did not call through to super.onStart()");
    }
    // 处理Lifecycle.Event.ON_START事件
    // 最终调用观察者对应方法
    mLifecycleRegistry.handleLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_START);
    if (mView != null) {
        mViewLifecycleOwner.handleLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_START);
    }
    mChildFragmentManager.dispatchStart();
}

【阶段小结】
Fragment就是在自己能感知生命周期方法的内部去通知观察者变更状态的。

4.4.2 Activity通知观察者

在ComponentActivity的onCreate方法中可以找到一句ReportFragment.injectIfNeededIn(this)，咱们看看里面做了什么

首先这个ReportFragment没有页面，会偷偷绑定到Activity上，能感知生命周期变化。另一方面通知观察者的方式在 SDK_INT >= 29 以后进行了变更，咱们分为两段看。

SDK_INT < 29

我们先来看下ReportFragment的生命周期方法

@Override
public void onActivityCreated(Bundle savedInstanceState) {
    super.onActivityCreated(savedInstanceState);
    dispatchCreate(mProcessListener);
    // 熟悉的身影
    dispatch(Lifecycle.Event.ON_CREATE);
}

@Override
public void onStart() {
    super.onStart();
    dispatchStart(mProcessListener);
    dispatch(Lifecycle.Event.ON_START);
}

@Override
public void onResume() {
    super.onResume();
    dispatchResume(mProcessListener);
    dispatch(Lifecycle.Event.ON_RESUME);
}

这里我们看到了熟悉的Lifecycle.Event身影，所以咱们继续看下dispatch方法做了什么

private void dispatch(@NonNull Lifecycle.Event event) {
    if (Build.VERSION.SDK_INT < 29) {
        // Only dispatch events from ReportFragment on API levels prior
        // to API 29. On API 29+, this is handled by the ActivityLifecycleCallbacks
        // added in ReportFragment.injectIfNeededIn
        dispatch(getActivity(), event);
    }
}

static void dispatch(@NonNull Activity activity, @NonNull Lifecycle.Event event) {
    if (activity instanceof LifecycleRegistryOwner) {
    	// 通知观察者
        ((LifecycleRegistryOwner) activity).getLifecycle().handleLifecycleEvent(event);
        return;
    }

    if (activity instanceof LifecycleOwner) {
        Lifecycle lifecycle = ((LifecycleOwner) activity).getLifecycle();
        if (lifecycle instanceof LifecycleRegistry) {
        	// 通知观察者
            ((LifecycleRegistry) lifecycle).handleLifecycleEvent(event);
        }
    }
}

很明显这个方法只能在SDK_INT < 29的时候才能生效，最终我们都能看到handleLifecycleEvent方法的调用！和Fragment如出一辙。

【阶段小结】
Activity通知观察者会偷偷注册一个无布局ReportFragment，在SDK_INT < 29时ReportFragment直接根据生命周期方法去通知观察者变更状态。

SDK_INT >= 29

再看这个图，在SDK_INT >= 29时执行了一句代码，咱们看一下

看到这个LifecycleCallbacks类，一切都明朗了！！该类继承自Application.ActivityLifecycleCallbacks，注册到Activity中即可响应Activity的生命周期变化。registerIn方法直接将这个回调类注册到了Activity中，从最开始使用Fragment的生命周期转型为直接使用Activity的生命周期变化！

【阶段小结】
Activity通知观察者会偷偷注册一个无布局ReportFragment，在SDK_INT >= 29时ReportFragment会给Activity注册一个生命周期监听，直接监听Activity的生命周期变化，调用dispatch双参数方法，通知观察者变化状态。

4.4.3 handleLifecycleEvent

Activity和Fragment的分发我们只最后停留在handleLifecycleEvent方法上，现在进行一下简单的流程代码分析。

handleLifecycleEvent —— moveToState —— sync —— backwardPass / forwardPass —— observer.dispatchEvent

public void handleLifecycleEvent(@NonNull Lifecycle.Event event) {
    enforceMainThreadIfNeeded("handleLifecycleEvent");
    moveToState(event.getTargetState());
}

private void moveToState(State next) {
    if (mState == next) {
        return;
    }
    mState = next;
    if (mHandlingEvent || mAddingObserverCounter != 0) {
        mNewEventOccurred = true;
        // we will figure out what to do on upper level.
        return;
    }
    mHandlingEvent = true;
    sync();
    mHandlingEvent = false;
}

private void sync() {
    LifecycleOwner lifecycleOwner = mLifecycleOwner.get();
    if (lifecycleOwner == null) {
        throw new IllegalStateException("LifecycleOwner of this LifecycleRegistry is already"
                + "garbage collected. It is too late to change lifecycle state.");
    }
    while (!isSynced()) {
        mNewEventOccurred = false;
        // no need to check eldest for nullability, because isSynced does it for us.
        if (mState.compareTo(mObserverMap.eldest().getValue().mState) < 0) {
            backwardPass(lifecycleOwner);
        }
        Map.Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState> newest = mObserverMap.newest();
        if (!mNewEventOccurred && newest != null
                && mState.compareTo(newest.getValue().mState) > 0) {
            forwardPass(lifecycleOwner);
        }
    }
    mNewEventOccurred = false;
}

private void forwardPass(LifecycleOwner lifecycleOwner) {
    Iterator<Map.Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState>> ascendingIterator =
            mObserverMap.iteratorWithAdditions();
    while (ascendingIterator.hasNext() && !mNewEventOccurred) {
        Map.Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState> entry = ascendingIterator.next();
        ObserverWithState observer = entry.getValue();
        while ((observer.mState.compareTo(mState) < 0 && !mNewEventOccurred
                && mObserverMap.contains(entry.getKey()))) {
            pushParentState(observer.mState);
            final Event event = Event.upFrom(observer.mState);
            if (event == null) {
                throw new IllegalStateException("no event up from " + observer.mState);
            }
            observer.dispatchEvent(lifecycleOwner, event);
            popParentState();
        }
    }
}

上面的流程就是通知观察者的逻辑，无非是判断状态向前走还是向后走，最终都调用了observer的dispatchEvent方法，里面会根据Event事件去调用观察者注册的事件。

总结

最后咱们再总结一下Lifecycle的原理：

观察者模式：LifecycleOwner（被观察者）、LifecycleObserver（观察者），AppCompatActivity与Fragment默认实现了LifecycleOwner接口。
注册观察者：AppCompatActivity与Fragment中都有LifecycleRegistry（生命周期注册处），创建的观察者通过addObserver方法注册到LifecycleRegistry内部的Map中，赋予初始State，不能重复注册，还会和LifecycleOwner的状态进行同步，并调用对应的观察者方法。
通知观察者：Fragment通过自己的生命周期变化通知观察者，Activity则偷偷注册了ReportFragment，在SDK_INT < 29 时使用ReportFragment的生命周期变化通知观察者，在SDK_INT >= 29时则在Activity中注册了生命周期监听回调通知观察者。

这样Lifecycle的介绍就结束了，希望大家读完这篇文章，会对Lifecycle有一个更深入的了解。如果我的文章能给大家带来一点点的福利，那在下就足够开心了。

下次再见！