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[移动开发]Android MVI 架构学习

1. 概述

1.1 Android 架构的背景

这些年来，Android 上发展了多种主流架构，从最开始的 MVC，到 Clean 和 MVP，再到现在最火热的 MVVM，可以说架构发展一直很卷，这不，MVVM 还没有用个几年呢， MVI 就出来了。

要说 Android 架构卷，实则不然，上面说的这些架构其实根本不是来自 Android 的，而是源自于 Web，即大前端， Web 由于其自身特性（还不算完全成熟，业务多且杂，热部署等），版本迭代速度巨快，技术的更新迭代也因此很快，上面这些架构最早就是在前端所应用和发展出来的，而移动端则是直接抄来，跟着Web的步伐前进。

所以 MVI 显然不是 Android 架构的终点，说不定明年 Web 上就又弄出一个新玩意把它取代了。不学习 MVI 并不会让我们落伍，现阶段 MVP、MVVM 足以解决Android所有的业务场景。

但是学习 MVI 有这么几个好处：

装杯：
新鲜的架构会让代码逼格提升，展示代码时，你可以用 “唯一可信刷新点”、“数据单向流动” 等词语来装杯，而且 MVI 会使用协程Flow，Flow 可是 Google 这两年很推荐的框架呢
官方认定：
Android 官网在去年就已经有推荐使用 MVI 的文章了，在 Google 开发者大会中也有专门直播介绍 MVI 架构，所以它是官方认可的架构，至少不会那么容易被淘汰，而且面试也有可能会问到
素材好找，容易引用：
MVI 并不会引入什么三方库。比起具体的架构形态，它的形态更像是一种设计思想，基于已有的 MVP、MVVM 进行调整，也能搞出 MVI，所以它其实离我们很近，方便我们直接拿代码出来撸

除此之外就真真真真没了，各种文章都会踩一捧一说 MVI 的多个优点（虽然本文也会一样），但是架构终究是为项目服务，如果你的项目能够快速开发出一个 MVP 的界面，你就可以花更多时间在 Debug、单元测试等提升质量的事情上，而如果你的项目比较慢才能搞出一个 MVVM / MVI 页面，那因为时间问题，你很有可能就少测几个用例，多埋了几个雷。

So ， MVI 目前并不在 Android 的必修课中，你不会也不用烦恼，请抱着休闲的心态来学习吧~

1.2 MVC

MVC 是最早的明确把 Android 页面框架划分为 视图层（View）、逻辑层（Controller）和数据模型层（Model） 的架构，它们的关系如下图所示：
在这里插入图片描述
逻辑单元的流动过程是：

View层可以调用 Controller层，触发一些逻辑操作，例如点击视图某个按钮，可以调用网络请求，也可以直接修改 Model层数据
Controller层操作后，可以直接操作 Model层，例如对数据库、内存的修改
View层直接持有 Model层，所以在感知其变化后，会触发 UI 更新，以将最新的数据展示在屏幕上

MVC 的缺点有：

Controller层往往都已 Activity / Fragment 为载体，它们正好又是视图UI，所以页面逻辑稍微复杂一点，就会导致 Activity 的代码臃肿膨胀，不好维护，代码可读性差
View层和 Model层直接耦合，虽然看起来很方便，但是这会出现一个重要问题：可复用性、扩展能力差
①：对于 Model 来说：假设网络接口调整，一个数据 Bean 的结构需要修改，它除了自身代码改变，它还会直接影响到 View 层的代码，触一发而动全身，扩展性很差
②：对于 View 来说：因为和 Model 进行直接绑定，所以不好在其它数据源不同的地方复用
Model层会被多个地方修改，出现问题时，得从 View层和 Controller层进行 Debug

1.3 MVP

MVP 的好处就是把 MVC 的缺点解决了， View层和 Model层不直接耦合，将逻辑层改了个名字，叫 Presenter，如下图所示：
在这里插入图片描述
逻辑单元的流动过程是：

View 直接持有 Presenter，可以通知 Presenter 进行逻辑操作
Presenter 可以通过网络请求等数据处理逻辑，操作 Model
Model 通过回调或其它方式通知 Presenter
Presenter 通过接口或直接持有 View 来通知 View 进行 UI更新

MVP 的缺点是：

因为 Presenter 会以接口的方式来通知 View 更新 UI，所以复杂业务容易导致接口函数爆炸多，不符合接口的方法应该尽可能少的原则
Presenter 无法感知 View 的生命周期，比如在 View 销毁后，可能 Presenter 还在做一些耗时操作，导致出现性能问题

1.4 MVVM（无 DataBinding 版）

Jetpack 出来后，它通过 LifeCycle 为 Presenter 赋予了能感知 View 生命周期的能力，并改了个名字叫 ViewModel。

Jetpack 甚至直接提供了 ViewModel 类、 LiveData 类等来让我们使用，非常方便。

class MyViewModel : ViewModel() {
    override fun onCleared() {
        // 释放资源
    }
}

在没有使用 DataBinding 时， MVVM 和 MVP 其实是差不多的，如下图所示：
在这里插入图片描述

无 DataBinding 版的缺点是：

MVVM 的初衷是数据双向绑定，无 DataBinding 版的 MVVM 没有做到这点
View 会同时订阅多个 LiveData，每个 LiveData 都可以看做是触发 View 更新的一个刷新点，假设 UI 展示出现异常，我们需要从众多刷新点中找到有问题的那一个，调试上可能会比较麻烦~

1.5 MVVM（DataBinding 版）

MVVM的核心是双向绑定，也就是 View 和 ViewModel 的一种自动绑定，这种能力是：

View 可以直接触达 ViewModel 逻辑，而无需通过在代码中写 setClickListener{ viewModel.onClick() } 等逻辑
ViewModel 的变化可以直接更新 View，而无需通过在 View 代码中写 setText=xxx、setXXX 等逻辑

总结就是加了 DataBinding / ViewBinding 后，好处就是 Activity / Fragment 可以少写一些诸如 findViewById、setXXX 等的样板代码：
在这里插入图片描述

MVVM 有 DataBinding 版的缺点是：

双向绑定对调试不太友好，UI 出现异常时，需要定位问题是出现在 V 层还是出现在 M 层，虽然 MVP 也是这样，但是用了 DataBinding 的代码，往往都很不直观，跳来跳去的看得费神
DataBinding 会直接注入到 View 的 XML 文件中，这使得这个 View 不好在其它地方被直接复用

1.6 MVI 的起源

MVI 模式来源于2014年的 Cycle.js(一个 JavaScript框架)，并且在主流的 JS 框架 Redux 中大行其道，然后就被一些大佬移植到了 Android 上（比如最早期用Java写的 mosby）。

在 MVI(Model-View-Intent) Pattern in Android这篇文章上说明了搞出 MVI 是为了解决什么问题的：

对于主要的GUI体系结构，MVI的定义相当松散，它的核心是回归MVC提供的单向数据流…… 尽管还有一些其他的部分

单看这句话，MVI 就像是 MVC 的一种衍生产物，我们知道 MVP 也是 MVC 的衍生产物，MVVM 也是 MVP 的一种衍生，如下图所示（因为 MVI 是一种松散的定义，而 MVP、MVVM是一种对框架的强制定义，所以我对 MVI 使用了虚线）：
在这里插入图片描述

这样看来，MVI 好像不是根据最先进的 MVVM 发展而来的，而是一种新分支，它的出现不是为了解决 MVP、MVVM 所存在的问题，而是基于MVC提供的M和V层来实现一些能力。

下面，我们将来探究 MVI 具备样什么特性。

2. MVI 特性

MVI 的核心是：唯一可信数据源的单向流动。

2.1 数据的单向流动

数据的单向流动，其实就是不想让数据双向流动。

数据的双向流动就是使用 DataBinding 那样：数据模型的变化会同步到视图上，视图上的操作同时也会同步到数据模型上。

而数据的单向流动，强调的是数据的源头只有一个，目的地只有一个，数据的流向是易追踪的。

这两者其实可以下面这种简单的方式来区分：

如果需要手动让 View 观察 ViewModel（视图数据）来更新自身，那么数据就是单向流动的
如果不需要手动让 View 观察， ViewModel 的更新能够自动触发 View 的更新，那么数据就是双向绑定的

那其实 MVC、MVP、MVVM（无 DataBinding）都是数据单向流动的框架。

2.2 唯一可信数据源

MVI 的愿景是能让 View 触发刷新的状态只有一个。

举个例子，假设一个 View 上有多个 UI 控件，用户不同的操作可以触发不同的 UI 控件刷新：

// Activity  /  Fragment 的代码
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        vm = viewModel()
        
        // 是否弹出/关闭 Loading 的动画
        vm.showLoading.observe(this, Observer {
            showOrCloseLoading(it)
        })
        // button 是否要置灰
        vm.buttonState.observe(this, Observer {
            setButtonState(it)
        })
        // textView 更新UI
        vm.titleText.observe(this, Observer {
            textView.text = it.toString()
        })
        ... 设置一些监听用户操作的事件
    }

上面代码中有三个可以影响 UI 刷新的地方，也就是说有三个更新点。

而 MVI 中只能有一个更新点，上面的代码要做到只有一个更新点，那就相当于要收归所有更新的地方，变成下面这样：

sealed class UiState

class LoadingState(showLoading: Boolean): UiState()
class ButtonState(color: Color): UiState()
class TitleState(title: String): UiState()

...

vm.uiState.observe(this, Observer { state ->
    when (state) {
        is LoadingState -> showOrCloseLoading(state.value),
        is ButtonState -> setButtonState(state.color)
        is TitleState -> textView.text = state.title
    }
})

虽然第一眼看上去没有什么卵用，但上面代码确实做到了唯一可信数据源，uiState 是数据源，而 UI 刷新只依赖这个数据源，就让它具备了唯一可信的属性。（因为不会在有别的状态会触发 UI 更新了！）

2.3 MVI 各层

MVI 将架构分成了三个部分：

I - Intent 意图：它是简单描述用户与App交互时产生的一个动作或命令。例如按钮的点击，页面的滑动切换
V - View 视图：实际的 UI 组件
M - ViewModel + Model 视图模型 + 数据层：该层就是数据层，它一大一小有两层：
- ViewModel: 例如需要展示在 TextView 上的文案、ImageView 上的图片资源等
- Repository / DataStore: 例如需要通过数据库或网络请求得到的数据，它一般作为 ViewModel 的数据源

它们的关系如下所示：
在这里插入图片描述
对于 V 层和 M层都是比较好理解的，而 I层和我们之前所遇到的 Controller、 Presenter 有所不同，它不是一个单独具体的实体，而是一个描述数据流动的模型。

那么它要如何表示呢？

2.4 Intent和响应式编程

MVI 认为只要视图还存在，用户就会源源不断地和视图界面进行交互，所以在 UI 的生命周期内会产生很多用户操作所产生出的数据。

这些源源不断数据则可以用数据流来表示，数据流模型可以简单的描述为在生产者-消费者模型下，生产者作为上游可以不断产生数据，下游的消费者接收这些数据并进行处理消费，而用户的交互和程序的响应正好能对应这个模型：

生产者 —— 数据流的起点 —— 用户的交互，例如点击某个按钮，它能产生一个信号，来让 App 去请求网络数据
消费者 —— 数据流的终点 —— UI，将网络请求回来的数据进行层层处理，然后显示在屏幕上

而 Intent 就是生产者，即数据流的起点，例如下面代码就是用户由交互产生的一个意图：

button.setOnClickListener {
    // 产生一个意图
    viewModel.sendIntent(BUTTON_CLICK)
}

其次，处理数据流的模型是响应式编程模型，我们知道一些专门的框架，例如 RxJava、Flow，这里不再具体介绍了…

所以这里的意图作为数据流的起点，也应该使用响应式编程的做法，所以我们一般看到的示例代码都是用协程的 Channel 和 StateFlow 举例子的（这里不了解的同学可以看这篇文章：深潜Kotlin协程（十六）：Channel 和深潜Kotlin协程（二十三完结篇）：SharedFlow 和 StateFlow）：

button.setOnClickListener {
    lifecycleScope.launch {
       // 产生一个意图, ViewModel 使用一个 Channel 来接收意图
       viewModel.channel.send(BUTTON_CLICK)
    }
}

具体的代码可以放到第三节再看。

最后，MVI 框架已经初具雏形，它是一个 单向数据流+唯一可信数据源+响应式编程的模型，和 MVP、MVVM 相比，它主要的区别是引入了数据流这一概念，因为 Kotlin 的协程和 Jetpack 的支持，我们现在可以很舒服的在 Android 框架中使用响应式编程，所以这也是 MVI 为什么在 Android 框架上开始流行的原因。

它的数据流动可以用下面这张图来概括：
在这里插入图片描述

3. 示例

我们可以基于 MVP 或者无 DataBinding 版本的 MVVM 搞出 MVI模式。由于我们需要使用响应式编程，而 ViewModel 提供了协程作用域，方便于我们使用 Flow，所以 MVVM 相较于 MVP 能够更舒服的做出 MVI。所以基本上所有的 MVI 架构都是用 MVVM 来写的，即使用 ViewModel 而非 Presenter。

3.1 定义和处理 Intent

意图描述用户交互，所以我们可以把所有用户有关的操作都写出来，并用 场景名+Intent 来命名，假设我们的界面是一个新闻列表页面：

// 新闻界面所有的用户操作, 基本类
sealed class NewsIntent

class UserClickNewsIntent(val url: String): NewsIntent() // 用户点击具体某个新闻Item的交互
object RefreshNewsIntent : NewsIntent()  // 用户刷新新闻列表的交互

并且在 VieawModel 中定义数据流的开端：

class NewsViewModel : ViewModel(){
    // 定义接收意图的通道
    val newsIntent = Channel<NewsIntent>()
    
    init {
        handleIntent()
    }

    private fun handleIntent() {
        viewModelScope.launch {
            newsIntent.consumeAsFlow().collect {
                when (it) {
                    is UserClickNewsIntent -> intoNewsItem(it.url)  // 处理 UserClickNewsIntent 意图
                    is RefreshNewsIntent -> fetchNews()  // 处理 RefreshNewsIntent 意图
                }
            }
        }
    }
    
    private suspend fun intoNewsItem(url: String) {
        ...
    }

    private suspend fun fetchNews() {
        ...
    }
}

3.2 触发 Intent

在 Activity / Fragment 这种第一层级的视图中，定义触发 Intent 的逻辑，一般是通过点击事件等操作，和 MVVM 中的触发逻辑一样，不过这里要在协程中触发，并且使用 Channel 或其它 Flow 工具，因为这样做是一种响应式编程的逻辑。

class NewsActivity : ComponentActivity() {
    private val viewModel: NewsViewModel = ViewModelProvider(this).get(NewsViewModel::class.java)

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?, persistentState: PersistableBundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState, persistentState)
        initListener()
    }

    private fun initListener() {
        refreshButton.setOnClickListener {
            sendIntent(RefreshNewsIntent)
        }
        createNewsItem(onItemClick = { newsItem ->
            sendIntent(UserClickNewsIntent(newsItem.url))
        })
    }
    
    private fun sendIntent(intent: NewsIntent) {
        lifecycleScope.launch {
            viewModel.newsIntent.send(intent)
        }
    }
}

3.3 定义 UiState 作为 View 的唯一数据源

我们通过归纳新闻页的页面状态，可以分成初始态、加载中、加载成功、加载失败四个状态，那么我们将状态收归到 UiState 中去，使用 功能名+UiState 来命名：

sealed class NewsUiState // 新闻页面的 UI 状态

object NewsUiStateInitial: NewsUiState() // 初始状态
object Loading: NewsUiState() // 正在加载
class LoadingSuccess(val newsList: List<NewsItem>): NewsUiState()  // 加载成功
class LoadingFail(val errorMessage: String): NewsUiState()  // 加载失败

ViewModel 持有 NewsUiState，并暴露出去，类似于 LiveData 那样子：

class NewsViewModel : ViewModel() {
    private val _newsUiState = MutableStateFlow<NewsUiState>(NewsUiStateInitial)
    val newsUiState: StateFlow<NewsUiState> = _newsUiState
}

Activity 依赖 ViewModel 持有的 UiState，用于进行视图刷新：

class NewsActivity : ComponentActivity() {
    ...
    private fun observerUiState() {
        lifecycleScope.launch {
            // 这里使用 repeatOnLifecycle 包装一下性能更好
            viewModel.newsUiState.collect {
                when(it) {
                    is NewsUiStateInitial -> initial()
                    is Loading -> loading()
                    is LoadingSuccess -> updateNewsList(it.newsList)
                    is LoadingFail -> showError(it.errorMessage)
                }
            }
        }
    }

3.4 刷新 UiState

ViewModel 在处理完成后，通过更新 newsUiState，来触发 View 的刷新：

class NewsViewModel(private val dataStore: NewsDataStore = NewsDataStore()) : ViewModel() {
    private suspend fun fetchNews() {
        dataStore.fetchNews.flowOn(Dispatchers.Default)
            .catch {
                _newsUiState.value = LoadingFail("加载失败啦")
            }
            .collect {
                if (it.isEmpty()) _newsUiState.value = LoadingSuccess(it)
                else _newsUiState.value = LoadingFail("数据是空的")
            }
    }
    ..
}

data class NewsData(private val title: String)
class NewsDataStore() {
    // 用于获取新闻列表的 Flow
    val fetchNews: Flow<List<NewsData>> = flow {
        val news = fetchData()
        emit(news)
    }

    suspend fun fetchData(): List<NewsData> = api.getNewsData()
}

4. 总结

无论是 MVC、MVP、MVVM 还是 MVI，它们的共同点都是有 M层和 V层。

所以这些架构的区别，也就是 MV 后面那个字母的区别，但万变不离其中的是：它们的作用是描述 Model 和 View 之间的关系。

MVI 是基于 MVC 的发展，它是核心是数据的单向流动，优点是易追踪问题
MVI 引入了数据流模型，所以使用了 响应式编程模型来处理数据流，而 Intent 意图，就是这个数据流的起点，即生产者，而 View 则是数据流的重点，即消费者
MVI 中，整个 View 只依赖一个 State 刷新，这个 State 就是唯一可信数据源，仅依赖单一状态的 UI 是更好测试的
在 Kotlin Anroid 中，因为 MVVM 很好的支持协程 Flow（响应式模型），所以我们一般用 MVVM 来写 MVI

综上所述，MVI 和 MVP、MVVM 这两位并不是一个维度的东西。MVI 强调数据的流动方向，而后两者则是强调结构分层。

MVI 的缺点是：