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不做跟风党,LiveData,StateFlow,SharedFlow 使用场景对比

Android 常用的分层架构

Android 中加载 UI 数据不是一件轻松的事,开发者经常需要处理各种边界情况。如各种生命周期和因为「配置更改」导致的 Activity 的销毁与重建。

「配置更改」的场景有很多:屏幕旋转,切换至多窗口模式,调整窗口大小,浅色模式与暗黑模式的切换,更改默认语言,更改字体大小等等

因此普遍处理方式是使用分层的架构。这样开发者就可以编写独立于 UI 的代码,而无需过多考虑生命周期,配置更改等场景。 例如,我们可以在表现层(Presentation Layer)的基础上添加一个领域层(Domain Layer) 来保存业务逻辑,使用数据层(Data Layer)对上层屏蔽数据来源(数据可能来自远程服务,可能是本地数据库)。

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表现层可以分成具有不同职责的组件:

  • View:处理生命周期回调,用户事件和页面跳转,Android 中主要是 Activity 和 Fragment

  • Presenter 或 ViewModel:向 View 提供数据,并不了解 View 所处的生命周期,通常生命周期比 View 长

Presenter 和 ViewModel 向 View 提供数据的机制是不同的,简单来说:

  • Presenter 通过持有 View 的引用并直接调用操作 View,以此向 View 提供数据

  • ViewModel 通过将可观察的数据暴露给观察者来向 View 提供数据

官方提供的可观察的数据 组件是 LiveData。Kotlin 1.4.0 正式版发布之后,开发者有了新的选择:StateFlowSharedFlow

最近网上流传出「LiveData 被弃用,应该使用 Flow 替代 LiveData」的声音。

LiveData 真的有那么不堪吗?Flow 真的适合你使用吗?

不人云亦云,只求接近真相。我们今天来讨论一下这两种组件。

ViewModel + LiveData

为了实现高效地加载 UI 数据,获得最佳的用户体验,应实现以下目标:

  • 目标1:已经加载的数据无需在「配置更改」的场景下再次加载

  • 目标2:避免在非活跃状态(不是 STARTEDRESUMED)下加载数据和刷新 UI

  • 目标3:「配置更改」时不会中断的工作

Google 官方在 2017 年发布了架构组件库:使用 ViewModel + LiveData 帮助开发者实现上述目标。

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相信很多人在官方文档中见过这个图,ViewModelActivity/Fragment 的生命周期更长,不受「配置更改」导致 Activity/Fragment 重建的影响。刚好满足了目标 1 和目标 3。

LiveData 是可生命周期感知的。 新值仅在生命周期处于 STARTEDRESUMED 状态时才会分配给观察者,并且观察者会自动取消注册,避免了内存泄漏。 LiveData 对实现目标 1 和 目标 2 很有用:它缓存其持有的数据的最新值,并将该值自动分派给新的观察者。

LiveData 的特性

既然有声音说「LiveData 要被弃用了」,那么我们先对 LiveData 进行一个全面的了解。聊聊它能做什么,不能做什么,以及使用过程中有哪些要注意的地方。

LiveData 是 Android Jetpack Lifecycle 组件中的内容。属于官方库的一部分,Kotlin/Java 均可使用。

一句话概括 LiveDataLiveData 是可感知生命周期的,可观察的,数据持有者

它的能力和作用很简单:更新 UI

它有一些可以被认为是优点的特性:

  • 观察者的回调永远发生在主线程

  • 仅持有单个且最新的数据

  • 自动取消订阅

  • 提供「可读可写」和「仅可读」两个版本收缩权限

  • 配合 DataBinding 实现「双向绑定」

观察者的回调永远发生在主线程

这个很好理解,LiveData 被用来更新 UI,因此 ObserveronChanged() 方法在主线程回调。

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背后的原理也很简单,LiveDatasetValue() 发生在主线程(非主线程调用会抛异常,postValue() 内部会切换到主线程调用 setValue())。之后遍历所有观察者的 onChanged() 方法。

仅持有单个且最新的数据

作为数据持有者(data holder),LiveData 仅持有 单个最新 的数据。

单个且最新,意味着 LiveData 每次持有一个数据,并且新数据会覆盖上一个。

这个设计很好理解,数据决定了 UI 的展示,绘制 UI 时肯定要使用最新的数据,「过时的数据」应该被忽略。

配合 Lifecycle,观察者只会在活跃状态下(STARTEDRESUMED)接收到 LiveData 持有的最新的数据。在非活跃状态下绘制 UI 没有意义,是一种资源的浪费。

自动取消订阅

这是 LiveData 可感知生命周期的重要表现,自动取消订阅意味着开发者无需手动写那些取消订阅的模板代码,降低了内存泄漏的可能性。

背后原理是在生命周期处于 DESTROYED 时,移除观察者。

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提供「可读可写」和「仅可读」两个版本

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public abstract class LiveData<T> {
@MainThread
protected void setValue(T value) {
// ...
}

protected void postValue(T value) {
// ...
}

@Nullable
public T getValue() {
// ...
}
}

public class MutableLiveData<T> extends LiveData<T> {
@Override
public void postValue(T value) {
super.postValue(value);
}
@Override
public void setValue(T value) {
super.setValue(value);
}
}

抽象类 LiveDatasetValue()postValue() 是 protected,而其实现类 MutableLiveData 均为 public。

LiveData 提供了 mutable(MutableLiveData) 和 immutable(LiveData) 两个类,前者「可读可写」,后者「仅可读」。通过权限的细化,让使用者各取所需,避免由于权限泛滥导致的数据异常。

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class SharedViewModel : ViewModel() {
private val _user : MutableLiveData<User> = MutableLiveData()

val user : LiveData<User> = _user

fun setUser(user: User) {
_user.posetValue(user)
}
}

配合 DataBinding 实现「双向绑定」

LiveData 配合 DataBinding 可以实现 更新数据自动驱动 UI 变化,如果使用「双向绑定」还能实现 UI 变化影响数据的变化。


以下也是 LiveData 的特性,但我不会将其归类为「设计缺陷」或「LiveData 的缺点」。作为开发者应了解这些特性并在使用过程中正确处理它们。

  • value 是 nullable 的

  • 在 fragment 订阅时需要传入正确的 lifecycleOwner

  • LiveData 持有的数据是「事件」时,可能会遇到「粘性事件

  • LiveData 是不防抖的

  • LiveDatatransformation 工作在主线程

value 是 nullable 的

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@Nullable
public T getValue() {
Object data = mData;
if (data != NOT_SET) {
return (T) data;
}
return null;
}

LiveData#getValue() 是可空的,使用时应该注意判空。

使用正确的 lifecycleOwner

fragment 调用 LiveData#observe() 方法时传入 thisviewLifecycleOwner 是不一样的。

原因之前写过,此处不再赘述。感兴趣的小伙伴可以移步查看

AS 在 lint 检查时会避免开发者犯此类错误。

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粘性事件

官方在 [] 在 SnackBar,Navigation 和其他事件中使用 LiveData(SingleLiveEvent 案例) 一文中描述了一种「数据只会消费一次」的场景。如展示 Snackbar,页面跳转事件或弹出 Dialog。

由于 LiveData 会在观察者活跃时将最新的数据通知给观察者,则会产生「粘性事件」的情况。

如点击 button 弹出一个 Snackbar,在屏幕旋转时,lifecycleOwner 重建,新的观察者会再次调用 Livedata#observe(),因此 Snackbar 会再次弹出。

解决办法是:将事件作为状态的一部分,在事件被消费后,不再通知观察者。这里推荐两种解决方案:

默认不防抖

setValue()/postValue() 传入相同的值多次调用,观察者的 onChanged() 会被多次调用。

严格讲这不算一个问题,看具体的业务场景,处理也很容易,官方在 Transformations 中提供了 distinctUntilChanged() 方法,配合官方提供的扩展函数,如下使用即可:

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override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) {
super.onViewCreated(view, savedInstanceState)

viewModel.headerText.distinctUntilChanged().observe(viewLifecycleOwner) {
header.text = it
}
}

transformation 工作在主线程

有些时候我们从 repository 层拿到的数据需要进行处理,例如从数据库获得 User List,我们想根据 id 获取某个 User。

此时我们可以借助 MediatorLiveDataTransformatoins 来实现:

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class MainViewModel {
val viewModelResult = Transformations.map(repository.getDataForUser()) { data ->
convertDataToMainUIModel(data)
}
}

mapswitchMap 内部均是使用 MediatorLiveData#addSource() 方法实现的,而该方法会在主线程调用,使用不当会有性能问题。

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@MainThread
public <S> void addSource(@NonNull LiveData<S> source, @NonNull Observer<? super S> onChanged) {
Source<S> e = new Source<>(source, onChanged);
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();
}
}

我们可以借助 Kotlin 协程和 RxJava 实现异步任务,最后在主线程上返回 LiveData。如 androidx.lifecycle:lifecycle-livedata-ktx 提供了这样的写法

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val result: LiveData<Result> = liveData {
val data = someSuspendingFunction() // 协程中处理
emit(data)
}

LiveData 小结

  • LiveData 作为一个 可感知生命周期的,可观察的,数据持有者,被设计用来更新 UI

  • LiveData 很轻,功能十分克制,克制到需要配合 ViewModel 使用才能显示其价值

  • 由于 LiveData 专注单一功能,因此它的一些方法使用上是有局限性的,即通过设计来强制开发者按正确的方式编码(如观察者仅在主线程回调,避免了开发者在子线程更新 UI 的错误操作)

  • 由于 LiveData 专注单一功能,如果想在表现层之外使用它,MediatorLiveData 的操作数据的能力有限,仅有的 mapswitchMap 发生在主线程。可以在 switchMap 中使用协程或 RxJava 处理异步任务,最后在主线程返回 LiveData。如果项目中使用了 RxJavaAutoDispose,甚至可以不使用 LiveData,关于 Kotlin 协程的 Flow,我们后文介绍。

  • 笔者不喜欢将 LiveData 改造成 bus 使用,让组件做其分内的事(此条属于个人观点)

Flow

Flow 是 Kotlin 语言提供的功能,属于 Kotlin 协程的一部分,仅 Kotlin 使用。

Kotlin 协程被用来处理异步任务,而 Flow 则是处理异步数据流。

那么 suspend 方法和 Flow 的区别是什么?各自的使用场景是哪些?

一次性调用(One-shot Call)与数据流(data stream)

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假如我们的 app 的某一屏里显示以下元素,其中红框部分实时性不高,不必很频繁的刷新,转发和点赞属于实时性很高的数据,需要定时刷新。

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对于实时性不高的数据,我们可以使用 Kotlin 协程处理(此处数据的请求是异步任务):

suspend fun loadData(): Data

uiScope.launch {
 val data = loadData()
 updateUI(data)
}

而对于实时性较高的数据,挂起函数就无能为力了。有的小伙伴可能会说:「返回个 List 不就行了嘛」。其实无论返回什么类型,这种操作都是 One-shot Call,一次性的请求,有了结果就结束。

示例中的点赞和转发,需要一个 数据是异步计算的,能够 按顺序 提供 多个值 的结构,在 Kotlin 协程中我们有 Flow。

fun dataStream(): Flow<Data>

uiScope.launch {
 dataStream().collect { data ->
    updateUI(data)
}
}

当点赞或转发数发生变化时,updateUI() 会被执行,UI 根据最新的数据更新

Flow 的三驾马车

FLow 中有三个重要的概念:

  • 生产者(Producer)

  • 消费者(Consumer)

  • 中介(Intermediaries)

生产者提供数据流中的数据,得益于 Kotlin 协程,Flow 可以 异步地生产数据

消费者消费数据流内的数据,上面的示例中,updateUI() 方法是消费者。

中介可以对数据流中的数据进行更改,甚至可以更改数据流本身,我们可以借助官方视频中的动画来理解:

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在 Android 中,数据层的 DataSource/Repository 是 UI 数据的生产者;而 view/ViewModel 是消费者;换一个角度,在表现层中,view 是用户输入事件的生产者(例如按钮的点击),其它层是消费者。

「冷流」与「热流」

你可能见过这样的描述:「流是冷的」

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简单来说,冷流指数据流只有在有消费者消费时才会生产数据。

val dataFlow = flow {
   // 代码块只有在有消费者 collect 后才会被调用
   val data = dataSource.fetchData()
   emit(data)
}

...

dataFlow.collect { ... }

有一种特殊的 Flow,如 StateFlow/SharedFlow ,它们是热流。这些流可以在没有活跃消费者的情况下存活,换句话说,数据在流之外生成然后传递到流。

BroadcastChannel` 未来会在 Kotlin 1.6.0 中弃用,在 Kotlin 1.7.0 中删除。它的替代者是 `StateFlow`  `SharedFlow

StateFlow

StateFlow 也提供「可读可写」和「仅可读」两个版本。

SateFlow` 实现了 `SharedFlow`,`MutableStateFlow` 实现 `MutableSharedFlow

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StateFlowLiveData 十分像,或者说它们的定位类似。

StateFlowLiveData 有一些相同点:

  • 提供「可读可写」和「仅可读」两个版本(StateFlowMutableStateFlow

  • 它的值是唯一的

  • 它允许被多个观察者共用 (因此是共享的数据流)

  • 它永远只会把最新的值重现给订阅者,这与活跃观察者的数量是无关的

  • 支持 DataBinding

它们也有些不同点:

  • 必须配置初始值

  • value 空安全

  • 防抖

MutableStateFlow 构造方法强制赋值一个非空的数据,而且 value 也是非空的。这意味着 StateFlow 永远有值

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StateFlow 的 emit()tryEmit() 方法内部实现是一样的,都是调用 setValue()

StateFlow 默认是防抖的,在更新数据时,会判断当前值与新值是否相同,如果相同则不更新数据。

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SharedFlow

SateFlow 一样,SharedFlow 也有两个版本:SharedFlowMutableSharedFlow

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那么它们有什么不同?

  • MutableSharedFlow 没有起始值

  • SharedFlow 可以保留历史数据

  • MutableSharedFlow 发射值需要调用 emit()/tryEmit() 方法,没有 setValue() 方法

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MutableStateFlow 不同,MutableSharedFlow 构造器中是不能传入默认值的,这意味着 MutableSharedFlow 没有默认值。

val mySharedFlow = MutableSharedFlow<Int>()
val myStateFlow = MutableStateFlow<Int>(0)
...
mySharedFlow.emit(1)
myStateFlow.emit(1)

SateFlowSharedFlow 还有一个区别是 SateFlow 只保留最新值,即新的订阅者只会获得最新的和之后的数据。

SharedFlow 根据配置可以保留历史数据,新的订阅者可以获取之前发射过的一系列数据。

后文会介绍背后的原理

它们被用来应对不同的场景:UI 数据是状态还是事件

状态(State)与事件(Event)

状态可以是的 UI 组件的可见性,它始终具有一个值(显示/隐藏)

而事件只有在满足一个或多个前提条件时才会触发,不需要也不应该有默认值

为了更好地理解 SateFlowSharedFlow 的使用场景,我们来看下面的示例:

  1. 用户点击登录按钮

  2. 调用服务端验证登录合法性

  3. 登录成功后跳转首页

我们先将步骤 3 视为 状态 来处理:

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使用状态管理还有与 LiveData 一样的「粘性事件」问题,如果在 ViewNavigationState 中我们的操作是弹出 snackbar,而且已经弹出一次。在旋转屏幕后,snackbar 会再次弹出。

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如果我们将步骤 3 作为 事件 处理:

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使用 SharedFlow 不会有「粘性事件」的问题,MutableSharedFlow 构造函数里有一个 replay 的参数,它代表着可以对新订阅者重新发送多个之前已发出的值,默认值为 0。

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SharedFlow 在其 replayCache 中保留特定数量的最新值。每个新订阅者首先从 replayCache 中取值,然后获取新发射的值。replayCache 的最大容量是在创建 SharedFlow 时通过 replay 参数指定的。replayCache 可以使用 MutableSharedFlow.resetReplayCache 方法重置。

replay 为 0 时,replayCache size 为 0,新的订阅者获取不到之前的数据,因此不存在「粘性事件」的问题。

StateFlowreplayCache 始终有当前最新的数据:

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至此, StateFlowSharedFlow 的使用场景就很清晰了:

状态(State)用 StateFlow ;事件(Event)用 SharedFlow

StateFlow,SharedFlow 与 LiveData 的使用对比

LiveData StateFlow SharedFlow 在 ViewModel 中的使用

上图分别展示了 LiveDataStateFlowSharedFlowViewModel 中的使用。

其中 LiveDataViewModel 中使用 EventLiveData 处理「粘性事件

FlowViewModel 中使用 SharedFlow 处理「粘性事件

emit()` 方法是挂起函数,也可以使用 `tryEmit()

LiveData StateFlow SharedFlow 在 Fragment 中的使用

注意:Flow 的 collect 方法不能写在同一个 lifecycleScope

flowWithLifecyclelifecycle-runtime-ktx:2.4.0-alpha01 后提供的扩展方法

Flow 在 fragment 中的使用要比 LiveData 繁琐很多,我们可以封装一个扩展方法来简化:

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关于 repeatOnLifecycle 的设计问题,可以移步 设计 repeatOnLifecycle API 背后的故事

使用 collect 方法时要注意一个问题。

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这种写法是错误的!

viewModel.headerText.collect 在协程被取消前会一直挂起,这样后面的代码便不会执行。

Flow 与 RxJava

FlowRxJava 的定位很接近,限于篇幅原因,此处不展开讲,本节只罗列一下它们的对应关系:

  • Flow = (cold) Flowable / Observable / Single

  • Channel = Subjects

  • StateFlow = BehaviorSubjects (永远有值)

  • SharedFlow = PublishSubjects (无初始值)

  • suspend function = Single / Maybe / Completable

参考文档与推荐资源

总结

  • LiveData 的主要职责是更新 UI,要充分了解其特性,合理使用

  • Flow 可分为生产者,消费者,中介三个角色

  • 冷流和热流最大的区别是前者依赖消费者 collect 存在,而热流一直存在,直到被取消

  • StateFlowLiveData 定位相似,前者必须配置初始值,value 空安全并且默认防抖

  • StateFlowSharedFlow 的使用场景不同,前者适用于「状态」,后者适用于「事件」

回到文章开头的话题,LiveData 并没有那么不堪,由于其作用单一,功能简单,简单便意味着不易出错。所以在表现层中ViewModel 向 view 暴露 LiveData 是一个不错的选择。而在 RepositoryDataSource 中,我们可以利用 LiveData + 协程来处理数据的转换。当然,我们也可以使用功能更强大的 Flow

LiveDataStateFLowSharedFlow,它们都有着各自的使用场景。并且如果使用不当,都会或多或少地遇到一些所谓的「坑」。因此在使用某个组件时,要充分了解其设计缘由以及相关特性,否则就会掉进陷阱,收到不符合预期的行为。

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作者:Flywith24
来源:https://juejin.cn/post/7007602776502960165

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