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Android开发之MVVM新姿势探索

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付三君
2017.09.07 20:29* 字数 3094

Android开发之MVVM新姿势探索

1、同一个世界,同一个轮回

网上有不少关于Android架构的讨论,如MVCMVPMVVM。本质上都是一种代码架构思想,并没有明显的孰优孰劣,关键看应用的场景以及实现的细节。或许你跟我一样,写过很多代码,也重构过很多次。项目代码往往起初是混沌状态,再渐至清晰明朗,又随着业务发展及程序员修仙等级的良莠不齐,再次进入隐忍状态。周而复始,bug不断,但也其乐无穷。

本没有架构,说的人多就有了。还记得最初写Android代码的时候,应该没有明确的架构概念。Android的四大组件已经基本规范我们的代码结构。ActivityFragment负责UI显示和交互。以此为入口,引入一系列的工具类(xxUtil,xxHelper),实体类(xxModel,xxBean,xxEntity)和一些第三方类库(Okhttp,EventBus,Glide,GreenDao..),再遵循基本的设计模式,一个项目雏形就出来了。再往后发展,定会发现UI层俨然成了一个大胖子,无从下手。不行,我们要重构,要手撕大胖子。于是乎,就开始不断地总结,抽象,分层级。期间估摸会遇到如下问题:

  • 如何规范或约束每一层的职责
  • 各层级的依赖关系,及如何通讯(调用)
  • 如何适应Android生命周期相关的交互

为了解决上面的问题,各种Mxx架构就被总结并应用上了。近来有涉猎RxJava和Android官方推出新框架Android Architecture Components,发现将两者有机地结合起来,可以产生新的开发姿势。

2、MVVM概略

不明白Android Architecture ComponentsRxJava为何物的,最好先查阅相关资料,了解基本使用就行。来!上个谷歌官方架构图,本文将会围绕该图的实现进行探讨。

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这是一张MVVM(Model-View-ViewModel)结构的架构图。简介一下各个模块:

View层 绿色框中的Activity/Fragment,继承至LifecycleActivity\LifecycleFragment,是UI控件的宿主。核心职责是:

  • 更新UI控件显示,包括状态及数据,由ViewModel驱动
  • 监听UI事件及其生命周期,驱动ViewModel

View层不直接处理任何业务逻辑及数据加工。尽量做到瘦身,代码逻辑简约,减轻UI线程负担。

ViewModel层 蓝色框的ViewModel。只做业务逻辑操作,不持有任何UI控件的引用。那数据的更新如何通知到View层,这就要仰仗LiveData,具体使用后面会提及。

Model层 橘黄色框的Repository及其下都是Model层。Model层就是数据层。数据来源有:

  • 本地存储数据,如数据库,文件,SharedPreferences(本质也是文件)
  • 内存的缓存或临时数据
  • 通过各种网络协议获取的远程数据

Repository是数据仓库,整合各路来源的数据,再统一暴露给ViewModel层使用。官方新框架在这一层只提供给了一个新的SQLite数据库封装类库Room,这是可选的。换言之,Model层,官方只提供指导思想,并未有具体实现方案。那问题来了:

  • Model层如何与ViewModel通信
  • Repository 如何整合各路数据,进行业务处理

基本了解官方新架构组件后,再换个姿势看看各个层次的依赖。

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等等,这依赖图跟平常看到的有点不一样啊。通常View与ViewMode是双向绑定的,即View的改动会反馈到ViewModel,反之亦然。官方提供的Data Binding类库,可实现该功能。但在看完使用说明后,蛋蛋有点隐隐作痛,有种当年做网站使用模板引擎的既视感。在xml布局文件添加过多逻辑,不知是一种退步还是进步。这里我们使用LiveData类实现单向绑定,对使用者相对友好。强调一点:上层只依赖临近的下层,下层不可调用上层

但是...但是新姿势在哪里?莫急,各位看客请继续往下look。

3、开启新姿势

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3.1、ViewModel调用Model

这张图Model层的实现细化了许多。Model是个容易混淆的词,可等同与JavaBean,Entity等实体类,亦可指广义上的数据层,本文改用Module代指后者。不同的业务模块归类到不同的Module类,如用户模块UserModule,直播模块LiveModule。那Mudule该如何封装方法给ViewModel调用?。地球人都知道UI线程不可做耗时操作。这样Module提供的方法分两种:非耗时和耗时。

非耗时

非耗时调用通常是直接内存操作的。如

public interface UserModule {
    ...
    boolean isLogin();
    ...
}

内存维持一个变量记录着当前的登录状态,isLogin直接将该变量值返回就行。

耗时

耗时调用通常是与IO操作或复杂计算相关。如

public interface UserModule {
    ...
    LoginResult login(String username, String password);
    ...
}

登录操作通常需要服务端验证,获取用户信息,本地用户信息更新,发出登录状态变化通知等,显然不宜在UI线程执行,那只能交付子线程执行。

子线程干完活,需要告诉调用者:回调or事件通知?这里使用回调更适合,因为事件通知是一对多的关系,而回调是一对一。一对多就意味需要做很多附加操作去确保调用的上下文,避免请求与响应错乱。

另外,若页面准备退出,而此时子线程还在干活,则需要取消任务。综上所诉,关键代码大概是这样的:

// 用户模块相关方法定义
public interface UserModule {
    ...
    // 获取登录状态,非耗时操作
    boolean isLogin();
    
    // 进行登录,耗时操作
    ModuleCall<LoginResult> login(String username, String password);
    ...
}

// Module方法调用返回值
public class ModuleCall<T> {
    ...

    public void cancel(){
        ...
    }

    public void enqueue(ModuleCallback<T> callback){
        ...
    }
    ...
}

// Module方法调用的回调接口
public interface ModuleCallback<T> {
    void onModuleCallback(ModuleResult<T> result);
}

// Module方法调用的结果封装
public class ModuleResult<T> {
    public final Throwable error;
    public final T data;

    public ModuleResult(T data, Throwable error) {
        this.data = data;
        this.error = error;
    }
}

这里采用了与OkHttpretrofit类似的调用封装方式。Module方法调用后返回ModuleCall对象,再利用该对象进行取消操作和异步调用(没有同步调用)。应该有看客注意到UserModule是个接口,那该如何使用呢?

3.2、Module的接口与实现

下面是UserModule更详细的代码

// UserModule的接口定义
@ProxyTarget(UserModuleImpl.class)
public interface UserModule extends BaseModule {

    boolean isLogin();

    ModuleCall<LoginResult> login(String username, String password);
}

// UserModule相应的实现类,注意,不是实现UserModule接口
public class UserModuleImpl extends BaseModuleImpl {

    public boolean isLogin() {
        return true;
    }

    public Observable<LoginResult> login(String username, String password) {
          // 模拟实现
        LoginResult result = new LoginResult();
        return Observable.just(result);
    }
    
    public String getUserName() {
          return "fusang";
    }
}

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface ProxyTarget {
    Class<? extends BaseModuleImpl> value();
}

public class BaseModuleImpl {
     // 获取其他模块实现类
    protected <T extends BaseModuleImpl> T getModule(Class<T> moduleClass) {
        ...
    }
}

public interface BaseModule {
}

// Module管理类
class ModuleManager {

     // 获取指定module
    public static <T extends BaseModule> T get(Class<T> moduleClass) {
        ... 
    }

     // 获取指定的module实现类
    static <T extends BaseModuleImpl> T getImpl(Class<T> moduleClass) {
       ...
    }
}

代码贴得略多了些,容我徐徐道来。首先,是否有点诧异UserModuleImpl居然没有实现接口UserModule。注意login方法的返回值类型,前者返回Observable<LoginResult>,而后者返回ModuleCall<LoginResult> ,但是方法签名是一样的。而isLogin方法又完全一样。这里有一些约定策略:

  • 一个Module接口就有相应的一个Module实现类,两者非实现关系

  • Module实现类,可通过其基类BaseModuleImplgetModule方法获取其他Module实现类的实例,即Module实现类之间可相互调用

  • Mudule接口定义的方法返回值若是ModuleCall<T>,则其关联的实现类必须有相同签名,返回值类型是Observable<T>Flowable<T>Single<T>Maybe<T>之一的方法

  • Mudule接口定义的方法返回值若非ModuleCall<T>,则其关联的实现类必须有相同签名和返回值类型的方法

  • Module接口暴露给ViewModel调用,它代理了相应的实现类的方法

关于Observable,Flowable,Single,Maybe

它们都来至于鼎鼎大名的类库RxJava。RxJava非常强大,如同胶水,可方便的组织代码。上图中最底层的数据库、文件及网络操作也可采用RxJava来封装。这样各种业务逻辑都可方便串联起来,很带劲。Observable等也具有"UI线程回调"和”任务取消“功能,那为什么不直接将它们返回给ViewModel层,而非要转为ModuleCall<T>?两个原因:

  • 接口统一,便于调用。ObservableSingleFlowableMaybe的回调接口都是不一样的

  • 简化代码,看ModuleCall的实现可知,不用每次手动设置observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())(主线程回调)及处理冗长的回调。

public class ModuleCall<T> {
    ...
    void setObservable(Object observable) {
        mObservable = observable;
    }

    public void cancel() {
        mCanceled = true;
        if (mCancelHandle instanceof Disposable) {
            ((Disposable) mCancelHandle).dispose();
        } else if (mCancelHandle instanceof Subscription) {
            ((Subscription) mCancelHandle).cancel();
        }
    }

    public void enqueue(final ModuleCallback<T> callback) {
        synchronized (this) {
            if (mExecuted) {
                throw new IllegalStateException("每个ModuleCall只能enqueue一次");
            }
            mExecuted = true;
        }
        if (mCanceled || mDone) {
            return;
        }
        mModuleCallback = callback;

        if (mObservable instanceof Observable) {
            subscribeObservable((Observable<T>) mObservable);
        } else if (mObservable instanceof Single) {
            subscribeSingle((Single<T>) mObservable);
        } else if (mObservable instanceof Flowable) {
            subscribeFlowable((Flowable<T>) mObservable);
        } else {
            subscribeMaybe((Maybe<T>) mObservable);
        }
    }

    private void subscribeObservable(Observable<T> observable) {
        observable.subscribeOn(Schedulers.io()).observeOn(AndroidSchedulers.mainThread()).subscribe(new Observer<T>() {
            @Override
            public void onSubscribe(@NonNull Disposable d) {
                mCancelHandle = d;
            }

            @Override
            public void onNext(@NonNull T t) {
                ModuleResult<T> result = new ModuleResult<>(t, null);
                doCallback(result);
            }

            @Override
            public void onError(@NonNull Throwable e) {
                ModuleResult<T> result = new ModuleResult<>(null, e);
                doCallback(result);
                mDone = true;
            }

            @Override
            public void onComplete() {
                mDone = true;
            }
        });
    }

    private void subscribeSingle(Single<T> single) {
      ...
    }

    private void subscribeFlowable(Flowable<T> flowable) {
      ...
    }

    private void subscribeMaybe(Maybe<T> maybe) {
      ...
    }

    private void doCallback(ModuleResult<T> result) {
        ...
    }

}

Module接口关联其实现类

通过注解ProxyTarget将Module接口与其实现类关联起来

@ProxyTarget(UserModuleImpl.class)
public interface UserModule extends BaseModule {
    boolean isLogin();
    ModuleCall<LoginResult> login(String username, String password);
}

UserModule是接口,UserModelImpl是其逻辑层面而非程序语言层面的实现,那ViewModel该如何调用呢?上代码:

class ModuleManager {
    private static Map<Class<?>, BaseModule> mModuleCache = new ConcurrentHashMap<>();
    private static Map<Class<?>, BaseModuleImpl> mModuleImplCache = new ConcurrentHashMap<>();

     // 获取module接口的代理实例(单列)
    public static <T extends BaseModule> T get(Class<T> moduleClass) {
        BaseModule module = mModuleCache.get(moduleClass);
        if (module != null) {
            return (T) module;
        }
        synchronized (mModuleCache) {
            try {
                module = mModuleCache.get(moduleClass);
                if (module == null) {
                    module = create(moduleClass);
                    mModuleCache.put(moduleClass, module);
                }
                return (T) module;
            } catch (Throwable t) {
                throw new RuntimeException("获取module失败 " + moduleClass.getName() + "  " + t);
            }
        }
    }

     // 获取module实现类的实例(单例)
    static <T extends BaseModuleImpl> T getImpl(Class<T> moduleClass) {
        BaseModuleImpl module = mModuleImplCache.get(moduleClass);
        if (module != null) {
            return (T) module;
        }
        synchronized (mModuleImplCache) {
            try {
                module = mModuleImplCache.get(moduleClass);
                if (module == null) {
                    module = moduleClass.newInstance();
                    mModuleImplCache.put(moduleClass, module);
                }
                return (T) module;
            } catch (Throwable t) {
                throw new RuntimeException("获取moduleImpl失败 " + moduleClass.getName() + "  " + t);
            }
        }
    }

     // 生成Module接口的代理类
    private static <T extends BaseModule> T create(Class<T> moduleClass) throws Exception {
        ProxyTarget proxyTarget = moduleClass.getAnnotation(ProxyTarget.class);
        Class<? extends BaseModuleImpl> targetClass = proxyTarget.value();
        Method[] methods = moduleClass.getDeclaredMethods();
        Method[] targetMethods = targetClass.getDeclaredMethods();

        HashMap<Method, Method> methodMap = new HashMap<>();
        // TODO 完善方法的映射
        for (Method method : methods) {
            for (Method targetMethod : targetMethods) {
                if (methodEquals(method, targetMethod)) {
                    methodMap.put(method, targetMethod);
                    break;
                }
            }
        }
        Object targetObject = getImpl(targetClass);
        return (T) Proxy.newProxyInstance(moduleClass.getClassLoader(), new Class[]{moduleClass}, new ModuleInvocationHandler(targetObject, methodMap));
    }

     // 代理处理方法
    private static class ModuleInvocationHandler implements InvocationHandler {
        private Object mTargetObject;
        private Map<Method, Method> mMethodMap;

        public ModuleInvocationHandler(Object targetObject, Map<Method, Method> methodMap) {
            mTargetObject = targetObject;
            mMethodMap = methodMap;
        }

        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Object res = mMethodMap.get(method).invoke(mTargetObject, args);
            if (ModuleCall.class.equals(method.getReturnType())) {
                ModuleCall call = new ModuleCall();
                call.setObservable((Observable) res);
                return call;
            } else {
                return res;
            }
        }
    }

     // 判断签名是否一样
    private static boolean methodEquals(Method method1, Method method2) {
        ...
    }
}

调用ModuleManager.get(UserModule.class)就可以获取UserModule的实例,该实例是使用动态代理技术生成的。通过ProxyTarget注解,建立Moduel接口和Module实现类的方法的映射。UserModule的实例根据这份映射表,将接口方法的调用转换为UserModuleImpl的实例的调用。

至此,已经基本理清Model层的内部逻辑以及ViewModel层调用Model层的方式。但是还有一个可大可小的问题?

3.3 还是关于调用取消

下面是LoginViewModel的基本实现,继承至官方新架构类库提供的ViewModel。当LoginViewModel所依附的Activity\Fragment被销毁时会自动回调其onCleared方法,并将相关的Module方法取消。老铁,没毛病。莫急,倘若有很多ModuleCall,那就要手动维持这些引用,并都要在onCleared进行取消操作。有时大意,忘了取消就可能产生内存泄漏。倘若能将关于一个ViewModel关联的所有ModuleCall自动收集起来,在回调方法onCleared进行统一取消,那该是多么美好的事情。

public class LoginlViewModel extends ViewModel {
    public final MutableLiveData<ModuleResult<LoginResult>> loginResult = new MutableLiveData<>();
    private ModuleCall<LoginResult> mLoginCall;
    
    public void login(String username, String password) {
        mLoginCall = ModuleManager.getModule(UserModule.class).login(username, password);
        mLoginCall.enqueue(new ModuleCallback<LoginResult>() {
            @Override
            public void onModuleCallback(ModuleResult<LoginResult> result) {
                loginResult.setValue(result);
            }
        });
    }

    public boolean isLogin() {
        return getModule(UserModule.class).isLogin();
    }
    
    @Override
    protected void onCleared() {
        if (mLoginCall!=null) {
            mLoginCall.cancel();
        }
    }
}

解决方案还是动态代理技术。对Module接口二次代理,即不直接使用ModuleManager.getModule返回的实例,而是再利用Module接口,生成一个新的实例。对该实例的调用都将映射对应的ModuleManager.getModule返回的实例的调用,并将返回的ModuleCall收集起来,便于统一取消调用。抽象出两个基础类BaseViewModelBaseAndroidViewModel

public class BaseViewModel extends ViewModel {
    private ModuleDelegate mDelegate = new ModuleDelegate();

    protected <T extends BaseModule> T getModule(Class<T> moduleClass) {
        return mDelegate.getModule(moduleClass);
    }

    @Override
    protected void onCleared() {
        mDelegate.cancelAll();
        super.onCleared();
    }
}

public class BaseAndroidViewModel extends AndroidViewModel {
    private ModuleDelegate mDelegate = new ModuleDelegate();

    public BaseAndroidViewModel(Application application) {
        super(application);
    }

    protected <T extends BaseModule> T getModule(Class<T> moduleClass) {
        return mDelegate.getModule(moduleClass);
    }

    @Override
    protected void onCleared() {
        mDelegate.cancelAll();
        super.onCleared();
    }
}

再看ModuleDelegate的实现

public class ModuleDelegate {
    private static Map<Class<?>, BaseModule> mModuleCache = new ConcurrentHashMap<>();
    private ModuleCalls mModuleCalls = new ModuleCalls();

    public <T extends BaseModule> T getModule(Class<T> moduleClass) {
        BaseModule module = mModuleCache.get(moduleClass);
        if (module != null) {
            return (T) module;
        }
        synchronized (mModuleCache) {
            try {
                module = mModuleCache.get(moduleClass);
                if (module == null) {
                    InvocationHandler invocationHandler = new ModuleInvocationHandler(ModuleManager.get(moduleClass), mModuleCalls);
                    module = (T) Proxy.newProxyInstance(moduleClass.getClassLoader(), new Class[]{moduleClass}, invocationHandler);
                    mModuleCache.put(moduleClass, module);
                }
                return (T) module;
            } catch (Throwable t) {
                throw new RuntimeException("获取module代理 失败 " + moduleClass.getName() + "  " + t);
            }
        }
    }

    public void cancelAll() {
        mModuleCalls.cancel();
        // 清理缓存的module
        synchronized (mModuleCache) {
            mModuleCache.clear();
        }
    }

    private static class ModuleInvocationHandler implements InvocationHandler {
        private Object mTarget;
        private ModuleCalls mModuleCalls;

        public ModuleInvocationHandler(Object target, ModuleCalls moduleCalls) {
            mTarget = target;
            mModuleCalls = moduleCalls;
        }

        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Object res = method.invoke(mTarget, args);
            if (ModuleCall.class.equals(method.getReturnType())) { // 收集返回的moduleCall
                mModuleCalls.add((ModuleCall) res);
            }
            return res;
        }
    }

    private static class ModuleCalls {
        private List<ModuleCall> mModuleCalls;

        public void add(ModuleCall call) {
            ...
        }

        public void cancel() {
            ...
        }
    }
}

这种方案有个明显的缺点:一个ViewModel调用了多少个Module,就将产生多少个Module实例,虽然ViewModel销毁后,这些实例也随之可被回收,还是有些性能代价。现在LoginViewModel可简化为:

public class LoginlViewModel extends BaseViewModel {
    public final MutableLiveData<ModuleResult<LoginResult>> loginResult = new MutableLiveData<>();
    
    public void login(String username, String password) {
        ModuleCall<LoginResult> loginCall = getModule(UserModule.class).login(username, password);
        loginCall.enqueue(new ModuleCallback<LoginResult>() {
            @Override
            public void onModuleCallback(ModuleResult<LoginResult> result) {
                loginResult.setValue(result);
            }
        });
    }

    public boolean isLogin() {
        return getModule(UserModule.class).isLogin();
    }
}

3.3 View与ViewModel交互

官方架构提供的LiveData可实现数据驱动UI,代码如下:

public class LoginActivity extends LifecycleActivity implements View.OnClickListener {
    private LoginViewModel mLoginViewModel;
    private Button mLoginBtn;

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.login_activity_layout);

        // step0 获取相关的viewModel
        mLoginViewModel = ViewModelProviders.of(this).get(LoginViewModel.class);

        // step1 获取view
        mLoginBtn = (Button) findViewById(R.id.loginBtn);

        // step2 设置监听
        mLoginBtn.setOnClickListener(this);

        // step3 绑定数据
        mLoginViewModel.loginResult.observe(this, mLoginObserver);
    }

    private Observer<ModuleResult<Boolean>> mLoginObserver = new Observer<ModuleResult<Boolean>>() {
        @Override
        public void onChanged(@Nullable ModuleResult<Boolean> result) {
            Toast.makeText(getApplicationContext(), "data=" + result.data() + " e=" + result.throwable(), Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    };

    public void onClick(View view) {
        switch (view.getId()) {
            case R.id.loginBtn:
                mLoginViewModel.login("fusang", "abc123456");
                break;

        }
    }
}

通过官方框架提供的ViewModelProviders.of(this).get(LoginViewModel.class)可获取到LoginViewModel。显然LoginActivity主要做两件事情:

  • 监听事件,调用ViewModel的相关方法
  • 绑定数据(LiveData),数据改变时,进行UI更新操作

4、再说两句

结合强大的RxJava和官方新架构类库,再加上对各个层级调用的约束(规范),可快速搭建一个健壮的常规App问题。这只是一个App的概貌,还有很多问题待探索:

  • 多进程各个Module如何通讯
  • 大型项目,并行开发,如何处理未实现的Module,实现快速编译
  • 复杂的独立UI控件,其中包含一些复杂的业务逻辑处理,如播放器控件,该如何调用Module
  • 事件通知(如EventBus)往往少不了,全局满天飞的事件该如何约束,使用不当,很容易造成各个层次混乱

最后的最后,想看这个扩展类库源码的可以戳这里。官方新架构类库还是alpha版,这个新姿势还未经过严格测试及生产环境验证,慎用。

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