Android架构组件（三）——ViewModel

上一篇文章讲到了Android架构组件之LiveData（Android架构组件（二）——LiveData)，现在我们再来看看另一个成员ViewModel。

ViewModel是什么？

ViewModel，从字面上理解的话，我们也能想到它肯定是跟视图(View)以及数据(Model)相关的。正像它字面意思一样，它是负责准备和管理和UI组件(Fragment/Activity)相关的数据类，也就是说ViewModel是用来管理UI相关的数据的。同时ViewModel还可以用来负责UI组件间的通信，这一点后面我们会有例子说明。

为什么需要ViewModel？

在看过前面两篇介绍Lifecycle和LiveData的内容后，这个问题的基本就不用回答了。既然ViewModel是用来管理和UI组件有关的数据的，而LiveData又是这些数据的持有类，所以在使用LiveData的时候，就自然想到要使用ViewModel了。另外从ViewModel的定义，我们也能看到ViewModel还可以用于UI组件间的通信，回想下当初面试官问你Fragment之间怎么通信的问题，掌握ViewModel后就多了一种高逼格的回答了。

ViewModel基本使用

前面在讲解LiveData时，我们已经使用了ViewModel，所以它的基本使用，在这里就不在赘述了，忘了的同学可以重新去翻一翻Android架构组件（二）——LiveData。我们主要看下ViewModel的生命周期，以及它用于组件间通信的使用。

ViewModel生命周期

我们看看ViewModel的生命周期，在官方文档中，用下面这张图来描述ViewModel的生命周期。

上图是用Activity作为例子，左侧表示Activity的生命周期状态，右侧绿色部分表示ViewModel的生命周期范围。当屏幕旋转的时候，Activity会被recreate，Activity会经过几个生命周期方法，但是这个时候ViewModel还是之前的对象，并没有被重新创建，只有当Activity的finish()方法被调用时，ViewModel.onCleared()方法会被调用，对象才会被销毁。这张图很好的描述了是当Activity被recreate时，ViewModel的生命周期。

另外，有个注意的地方：在ViewModel中不要持有Activity的引用。为什么要注意这一点呢？从上面的图我们看到，当Activity被recreate时，ViewModel对象并没有被销毁，如果Model持有Activity的引用时就可能会导致内存泄漏。那如果你要使用到Context对象怎么办呢，那就使用ViewModel的子类AndroidViewModel吧。

用于组件间通信

下面我们看下ViewModel用于Fragment之间通信的例子。

/**
 * Created by shymanzhu on 2017/12/26.
 */

public class CommunicateViewModel extends ViewModel {
    private static final String TAG = "CommunicateViewModel";
    private MutableLiveData<String> mNameLiveData;

    public LiveData<String> getName(){
        if (mNameLiveData == null) {
            mNameLiveData = new MutableLiveData<>();
        }
        return mNameLiveData;
    }

    public void setName(String name){
        if (mNameLiveData != null) {
            Log.d(TAG, "setName: " + name);
            mNameLiveData.setValue(name);
        }
    }

    @Override
    protected void onCleared() {
        super.onCleared();
        mNameLiveData = null;
    }
}

/**
 * Created by shymanzhu on 2017/12/26.
 */

public class FragmentOne extends Fragment {
    private CommunicateViewModel mCommunicateViewModel;

    public static FragmentOne getInstance(){
        return new FragmentOne();
    }

    @Override
    public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        mCommunicateViewModel = ViewModelProviders.of(getActivity()).get(CommunicateViewModel.class);
    }

    @Nullable
    @Override
    public View onCreateView(LayoutInflater inflater, @Nullable ViewGroup container, @Nullable Bundle savedInstanceState) {
        View view = inflater.inflate(R.layout.fragment_one, container, false);
        ButterKnife.bind(this, view);
        return view;
    }

    @OnClick(R.id.btn_set_name)
    void onViewClicked(View v){
        switch (v.getId()){
            case R.id.btn_set_name:
                mCommunicateViewModel.setName("Jane");
                break;
        }
    }
}

/**
 * Created by shymanzhu on 2017/12/26.
 */

public class FragmentTwo extends Fragment {
    @BindView(R.id.tv_name)
    TextView mTvName;
    private CommunicateViewModel mCommunicateViewModel;

    public static FragmentTwo getInstance(){
        return new FragmentTwo();
    }

    @Override
    public void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        mCommunicateViewModel = ViewModelProviders.of(getActivity()).get(CommunicateViewModel.class);
        mCommunicateViewModel.getName().observe(this, name -> mTvName.setText(name));
    }

    @Nullable
    @Override
    public View onCreateView(LayoutInflater inflater, @Nullable ViewGroup container, @Nullable Bundle savedInstanceState) {
        View view = inflater.inflate(R.layout.fragment_two, container, false);
        ButterKnife.bind(this, view);
        return view;
    }

}

代码逻辑很简单，首先定义一个CommunicateViewModel类，继承自ViewModel。然后定义两个Fragment：FragmentOne和FragmentTwo。在FragmentOne中改变CommunicateViewModel中LiveData保存的数据，然后在FragmentTwo中会收到数据改变的通知。这样一个过程就完成了FragmentOne和FragmentTwo之间的一次简单的通信。至于其中的原理，相信看过LiveData这篇文章话，这都不是问题了。在上面的例子中有个小陷阱：在初始化mCommunicateViewModel时，ViewModelProviders.of()方法传入的是Activity对象，如果你改成Fragment对象，那FragmentTwo里就只能傻等了，永远不会收到数据改变的通知。因为如果传给方法ViewModelProviders.of()的对象不同时，最终得到的就不是同一个ViewModel对象，这一点也可以通过打印两个Fragment中的mCommunicateViewModel验证。

实现原理

在讲ViewModel的原理时，我们还是延续前面的传统，先理清ViewModel相关的类图，然后理清ViewModel使用的时序图，最后就是根据时序图分析源码。

类图

废话不多说，直接上ViewModel相关的类图：

ViewModelProviders是ViewModel工具类，该类提供了通过Fragment和Activity得到ViewModel的方法，而具体实现又是有ViewModelProvider实现的。ViewModelProvider是实现ViewModel创建、获取的工具类。在ViewModelProvider中定义了一个创建ViewModel的接口类——Factory。ViewModelProvider中有个ViewModelStore对象，用于存储ViewModel对象。
ViewModelStore是存储ViewModel的类，具体实现是通过HashMap来保存ViewModle对象。
ViewModel是个抽象类，里面只定义了一个onCleared()方法，该方法在ViewModel不在被使用时调用。ViewModel有一个子类AndroidViewModel，这个类是便于要在ViewModel中使用Context对象，因为我们前面提到是不能在ViewModel中持有Activity的引用。
ViewModelStores是ViewModelStore的工厂方法类，它会关联HolderFragment，HolderFragment有个嵌套类——HolderFragmentManager。

类图要说明的内容就是以上几点了，对于UML类图中的关联、聚合、组合的关系，个人觉得比较难区分，在这里找到了一个比较好的回答What is the difference between association, aggregation and composition?

时序图

在使用ViewModel的例子中，也许你会察觉得到一个ViewModel对象需要的步骤有点多啊，怎么不直接new一个出来呢？在你看到ViewModel的类图关系后，你应该就能明白了，因为是会缓存ViewModel对象的。下面以在Fragment中得到ViewModel对象为例看下整个过程的时序图。

sequence viewmodle

时序图看起来比较复杂，但是它只描述了两个过程：

得到ViewModel对象。
HolderFragment被销毁时，ViewModel收到onCleared()通知。

读者朋友们可以根据这个时序结合源码看下具体的实现，这个也是我们下面要讲的内容——源码分析。

源码分析

根据上面时序图中的内容，我们从两个方面着手研究下ViewModel相关源码。

获取ViewModel对象

得到ViweModel对象，首先是通过ViewModelProviders.of()方法得到ViewModelProvider对象，然后调用ViewModelProvider.get()方法得到ViewModel对象。

一、得到ViewModelProvider对象

直接看ViewModelProviders类的具体实现

public class ViewModelProviders {

    @SuppressLint("StaticFieldLeak")
    private static DefaultFactory sDefaultFactory;

    private static void initializeFactoryIfNeeded(Application application) {
        if (sDefaultFactory == null) {
            sDefaultFactory = new DefaultFactory(application);
        }
    }

    private static Application checkApplication(Activity activity) {
        Application application = activity.getApplication();
        if (application == null) {
            throw new IllegalStateException("Your activity/fragment is not yet attached to "
                    + "Application. You can't request ViewModel before onCreate call.");
        }
        return application;
    }

    private static Activity checkActivity(Fragment fragment) {
        Activity activity = fragment.getActivity();
        if (activity == null) {
            throw new IllegalStateException("Can't create ViewModelProvider for detached fragment");
        }
        return activity;
    }

    @MainThread
    public static ViewModelProvider of(@NonNull Fragment fragment) {
        initializeFactoryIfNeeded(checkApplication(checkActivity(fragment)));
        return new ViewModelProvider(ViewModelStores.of(fragment), sDefaultFactory);
    }

    @MainThread
    public static ViewModelProvider of(@NonNull FragmentActivity activity) {
        initializeFactoryIfNeeded(checkApplication(activity));
        return new ViewModelProvider(ViewModelStores.of(activity), sDefaultFactory);
    }


    @MainThread
    public static ViewModelProvider of(@NonNull Fragment fragment, @NonNull Factory factory) {
        checkApplication(checkActivity(fragment));
        return new ViewModelProvider(ViewModelStores.of(fragment), factory);
    }

    @MainThread
    public static ViewModelProvider of(@NonNull FragmentActivity activity,
            @NonNull Factory factory) {
        checkApplication(activity);
        return new ViewModelProvider(ViewModelStores.of(activity), factory);
    }

    @SuppressWarnings("WeakerAccess")
    public static class DefaultFactory extends ViewModelProvider.NewInstanceFactory {

        private Application mApplication;

        /**
         * Creates a {@code DefaultFactory}
         *
         * @param application an application to pass in {@link AndroidViewModel}
         */
        public DefaultFactory(@NonNull Application application) {
            mApplication = application;
        }

        @NonNull
        @Override
        public <T extends ViewModel> T create(@NonNull Class<T> modelClass) {
            if (AndroidViewModel.class.isAssignableFrom(modelClass)) {
                //noinspection TryWithIdenticalCatches
                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);
        }
    }
}

ViewModelProviders提供了四个of()方法，四个方法功能类似，其中of(FragmentActivity activity, Factory factory)和of(Fragment fragment, Factory factory)提供了自定义创建ViewModel的方法。我们在时序图中使用of(Fragment fragment)最为研究对象，这里我们也从该方法开始研究，在该方法中主要有两个步骤。

1，判断是否需要初始化默认的Factory

这一过程很简单：通过调用initializeFactoryIfNeeded()方法判断是否需要初始化mDefaultFactory变量。在此之前又会判断Fragment的是否Attached to Activity，Activity的Application对象是否为空。

2，创建一个ViewModelProvider对象。

创建ViewModel对象看似很简单，一行代码搞定new ViewModelProvider(ViewModelStores.of(fragment), sDefaultFactory)。但是里面的里面的逻辑比较深，我们慢慢把它抽丝剥茧，看看有多深。

先看看ViewModelStores.of()方法

@MainThread
public static ViewModelStore of(@NonNull Fragment fragment) {
    return holderFragmentFor(fragment).getViewModelStore();
}

又是一行代码，holderFragmentFor()是HolderFragment的静态方法，HolderFragment继承自Fragment。我们先看holderFragment()方法的具体实现

/**
 * @hide
 */
@RestrictTo(RestrictTo.Scope.LIBRARY_GROUP)
public static HolderFragment holderFragmentFor(Fragment fragment) {
    return sHolderFragmentManager.holderFragmentFor(fragment);
}

public ViewModelStore getViewModelStore() {
    return mViewModelStore; //返回ViewModelStore对象
}

额，holderFragmentFor()又是一行代码，继续看HolderFragmentManager.holderFragmentFor()方法的具体实现

HolderFragment holderFragmentFor(Fragment parentFragment) {
    FragmentManager fm = parentFragment.getChildFragmentManager();
    HolderFragment holder = findHolderFragment(fm); // 在activity和back stack中查找parentFragment
    if (holder != null) {
        return holder;
    }
    holder = mNotCommittedFragmentHolders.get(parentFragment); 
    if (holder != null) {
        return holder;
    }
    // 注册Fragment生命周期回调
    parentFragment.getFragmentManager()
            .registerFragmentLifecycleCallbacks(mParentDestroyedCallback, false);
    holder = createHolderFragment(fm); //创建HolderFragment对象。
    mNotCommittedFragmentHolders.put(parentFragment, holder);
    return holder;
}

private FragmentLifecycleCallbacks mParentDestroyedCallback =
    new FragmentLifecycleCallbacks() {
        @Override
        public void onFragmentDestroyed(FragmentManager fm, Fragment parentFragment) {
            super.onFragmentDestroyed(fm, parentFragment);
            HolderFragment fragment = mNotCommittedFragmentHolders.remove(
                    parentFragment);
            if (fragment != null) {
                Log.e(LOG_TAG, "Failed to save a ViewModel for " + parentFragment);
            }
        }
    };

private static HolderFragment createHolderFragment(FragmentManager fragmentManager) {
    HolderFragment holder = new HolderFragment(); // 创建HolderFragment对象
    fragmentManager.beginTransaction().add(holder, HOLDER_TAG).commitAllowingStateLoss();
    return holder;
}

public HolderFragment() {
    //这个是关键，这就使得Activity被recreate时，Fragment的onDestroy()和onCreate()不会被调用
    setRetainInstance(true); 
}

在createHolderFragment()方法中，你也许发现调用FragmentTransaction.add()方法并没有传一个定义在layout文件中的id进去，而且你去看HolderFragment并没有重写Fragment.onCreateView()方法。这个有点反常，这是为什么呢？这个疑惑可以从HolderFragment()构造方法中得到解答。在构造方法中调用了setRetainInstance(true)方法，该方法会使得HolderFragment所在的Activity被recreate时，HolderFragment不会被recreate，自然它就不会走onDestroy()、onCreate()方法。为什么不让HolderFragment被recreate呢？这里先卖个关子，等到在讲时序图中步骤二时我们再讲。

到此为止，我们已经得到了ViewStore对象，前面我们在创建ViewModelProvider对象是通过这行代码实现的new ViewModelProvider(ViewModelStores.of(fragment), sDefaultFactory)现在再看下ViewModelProvider的构造方法

public ViewModelProvider(@NonNull ViewModelStore store, @NonNull Factory factory) {
    mFactory = factory;
    this.mViewModelStore = store; // 这个ViewStore对象实际上是HolderFragment中的ViewStore对象。
}

二、得到ViewModel对象

在上面我们已经得到了ViewModelProvider对象，现在就可以通过ViewModelProvider.get()方法得到ViewModel对象，继续看下该方法的具体实现

public <T extends ViewModel> T get(@NonNull Class<T> modelClass) {
    String canonicalName = modelClass.getCanonicalName();
    if (canonicalName == null) {
        throw new IllegalArgumentException("Local and anonymous classes can not be ViewModels");
    }
    return get(DEFAULT_KEY + ":" + canonicalName, modelClass);
}

@MainThread
public <T extends ViewModel> T get(@NonNull String key, @NonNull Class<T> modelClass) {
    ViewModel viewModel = mViewModelStore.get(key);  //从缓存中查找是否有已有ViewModel对象。

    if (modelClass.isInstance(viewModel)) {
        //noinspection unchecked
        return (T) viewModel;
    } else {
        //noinspection StatementWithEmptyBody
        if (viewModel != null) {
            // TODO: log a warning.
        }
    }

    viewModel = mFactory.create(modelClass); //创建ViewModel对象，然后缓存起来。
    mViewModelStore.put(key, viewModel);
    //noinspection unchecked
    return (T) viewModel;
}

ViewModelProvider.get()方法比较简单，该说的都在注释中写明了。最后我们看下ViewModelStore类的具体实现

public class ViewModelStore {

    private final HashMap<String, ViewModel> mMap = new HashMap<>();

    final void put(String key, ViewModel viewModel) {
        ViewModel oldViewModel = mMap.get(key);
        if (oldViewModel != null) {
            oldViewModel.onCleared();
        }
        mMap.put(key, viewModel);
    }

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

    /**
     *  Clears internal storage and notifies ViewModels that they are no longer used.
     */
    public final void clear() {
        for (ViewModel vm : mMap.values()) {
            vm.onCleared();
        }
        mMap.clear();
    }
}

ViewModelStore是缓存ViewModel的类，put()、get()方法用于存取ViewModel对象，另外提供了clear()方法用于清空缓存的ViewModel对象，在该方法中会调用ViewModel.onCleared()方法通知ViewModel对象不再被使用。

ViewModel收到onCleared()通知。

在前面我们提到，在HolderFragment的构造方法中调用了setRetainInstance(true);目的是为了在其所在的Activity被recreate时，HolderFragment不会被recreate，为什么要这么做呢（之前面卖的关子），那就要看下它的onDestroy()方法了。

@Override
public void onDestroy() {
    super.onDestroy();
    mViewModelStore.clear();
}

在onDestroy()方法中调用了ViewModelStore.clear()方法，我们知道在该方法中会调用ViewModel的onCleared()方法。在你看了HolderFragment源码后，或许你会有个疑问，mViewModelStore保存的ViewModel对象是在哪里添加的呢？细心的话，你会发现在ViewModelProvider的构造方法中，已经将HolderFragment中的ViwModelStore对象mViewModelStore的引用传递给了ViewModelProvider中的mViewModelStore，而在ViewModelProvider.get()方法中会向mViewModelStore添加ViewModel对象。

总结

总结，额….还是由你们来完成，抛一个问题来作为总结吧：为什么ViewModel的生命周期比使用它的Activity/Fragment的生命周期更长呢？如果你有认真看完这篇文章，我相信这个问题是难不倒你，如果没想到，那就多看几遍吧。最后，提供一张图来帮助你想这个问题。

lifecyle_viewmodel