Jetpack LiveData 使用与原理解析

一、引言

在 Android 开发中，数据的变化需要及时反映到界面上是一个常见的需求。然而，传统的方式可能会导致代码复杂、难以维护，并且容易出现内存泄漏等问题。Jetpack 组件中的 LiveData 为我们提供了一种优雅的解决方案，它是一种可观察的数据持有者类，具有生命周期感知能力，能够确保数据更新时只在合适的生命周期状态下通知观察者，从而避免了内存泄漏和空指针异常等问题。本文将详细介绍 LiveData 的使用方法，并深入剖析其源码原理。

二、LiveData 基本使用

2.1 添加依赖

要使用 LiveData，需要在项目的 build.gradle 文件中添加以下依赖：

implementation 'androidx.lifecycle:lifecycle-livedata-ktx:2.6.1'

2.2 创建 LiveData 对象

LiveData 是一个抽象类，通常使用它的子类 MutableLiveData 来创建可修改的 LiveData 对象。以下是一个简单的示例：

import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.ViewModelclass MyViewModel : ViewModel() {// 创建一个 MutableLiveData 对象，用于存储整数类型的数据val currentNumber: MutableLiveData<Int> by lazy {MutableLiveData<Int>().also {it.value = 0}}// 增加数字的方法fun incrementNumber() {currentNumber.value = (currentNumber.value ?: 0) + 1}
}

在这个示例中，我们创建了一个 MyViewModel 类，其中包含一个 MutableLiveData 类型的 currentNumber 对象，并提供了一个方法 incrementNumber 来更新该对象的值。

2.3 观察 LiveData 对象

在 Activity 或 Fragment 中，我们可以通过 observe 方法来观察 LiveData 对象的变化，并在数据更新时执行相应的操作。以下是在 Activity 中观察 currentNumber 的示例：

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import android.os.Bundle
import androidx.lifecycle.ViewModelProvider
import com.example.livedatademo.databinding.ActivityMainBindingclass MainActivity : AppCompatActivity() {private lateinit var binding: ActivityMainBindingprivate lateinit var viewModel: MyViewModeloverride fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)binding = ActivityMainBinding.inflate(layoutInflater)setContentView(binding.root)// 获取 ViewModel 实例viewModel = ViewModelProvider(this).get(MyViewModel::class.java)// 观察 LiveData 对象viewModel.currentNumber.observe(this) { newNumber ->// 当数据更新时，更新界面显示binding.numberTextView.text = newNumber.toString()}// 设置按钮点击事件，调用 ViewModel 中的方法更新数据binding.incrementButton.setOnClickListener {viewModel.incrementNumber()}}
}

在 MainActivity 中，我们通过 observe 方法观察 currentNumber 的变化，当 currentNumber 的值发生改变时，会触发 lambda 表达式中的代码，更新界面上的文本显示。

2.4 其他使用场景

转换 LiveData

LiveData 提供了一些转换方法，如 map 和 switchMap，用于对 LiveData 中的数据进行转换。以下是使用 map 方法的示例：

import androidx.lifecycle.LiveData
import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.Transformations
import androidx.lifecycle.ViewModelclass MyViewModel : ViewModel() {private val _inputData = MutableLiveData<String>()val outputData: LiveData<String> = Transformations.map(_inputData) { input ->// 对输入数据进行转换"Transformed: $input"}fun setInputData(input: String) {_inputData.value = input}
}

在这个示例中，我们使用 Transformations.map 方法将 _inputData 中的数据进行转换，并将转换后的结果存储在 outputData 中。

合并 LiveData

可以使用 MediatorLiveData 来合并多个 LiveData 对象，当其中任何一个 LiveData 对象的数据发生变化时，MediatorLiveData 都会收到通知。以下是一个简单的示例：

import androidx.lifecycle.MediatorLiveData
import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.ViewModelclass MyViewModel : ViewModel() {private val _source1 = MutableLiveData<String>()private val _source2 = MutableLiveData<String>()val mergedData: MediatorLiveData<String> = MediatorLiveData<String>().apply {// 添加第一个数据源addSource(_source1) { value ->value?.let {this.value = "Source 1: $it"}}// 添加第二个数据源addSource(_source2) { value ->value?.let {this.value = "Source 2: $it"}}}fun setSource1Data(data: String) {_source1.value = data}fun setSource2Data(data: String) {_source2.value = data}
}

在这个示例中，MediatorLiveData 合并了 _source1 和 _source2 两个 LiveData 对象，当其中任何一个数据源的数据发生变化时，mergedData 都会更新。

三、LiveData 源码原理解析

3.1 LiveData 核心类结构

LiveData 主要涉及以下几个核心类：

• LiveData：抽象类，定义了 LiveData 的基本行为和接口。
• MutableLiveData：LiveData 的子类，提供了 setValue 和 postValue 方法用于更新数据。
• Observer：观察者接口，用于定义数据更新时的回调方法。
• LifecycleBoundObserver：实现了 Observer 接口，并且具有生命周期感知能力，确保只在合适的生命周期状态下通知观察者。

3.2 数据更新机制

setValue 方法

setValue 方法用于在主线程中更新 LiveData 的值，并通知所有活跃的观察者。以下是 setValue 方法的源码：

@MainThread
protected void setValue(T value) {assertMainThread("setValue");mVersion++;mData = value;dispatchingValue(null);
}

在 setValue 方法中，首先会检查当前线程是否为主线程，然后更新数据的版本号和数据值，最后调用 dispatchingValue 方法来通知观察者。

postValue 方法

postValue 方法用于在非主线程中更新 LiveData 的值，它会将更新操作发送到主线程中执行。以下是 postValue 方法的源码：

protected void postValue(T value) {boolean postTask;synchronized (mDataLock) {postTask = mPendingData == NOT_SET;mPendingData = value;}if (!postTask) {return;}ArchTaskExecutor.getInstance().postToMainThread(mPostValueRunnable);
}private final Runnable mPostValueRunnable = new Runnable() {@SuppressWarnings("unchecked")@Overridepublic void run() {Object newValue;synchronized (mDataLock) {newValue = mPendingData;mPendingData = NOT_SET;}setValue((T) newValue);}
};

在 postValue 方法中，会将新的值存储在 mPendingData 中，并通过 ArchTaskExecutor 将 mPostValueRunnable 发送到主线程中执行。在 mPostValueRunnable 中，会调用 setValue 方法来更新数据并通知观察者。

3.3 观察者注册与通知机制

observe 方法

observe 方法用于注册一个具有生命周期感知能力的观察者。以下是 observe 方法的源码：

@MainThread
public void observe(@NonNull LifecycleOwner owner, @NonNull Observer<? super T> observer) {assertMainThread("observe");if (owner.getLifecycle().getCurrentState() == DESTROYED) {// 如果 LifecycleOwner 已经销毁，直接返回return;}LifecycleBoundObserver wrapper = new LifecycleBoundObserver(owner, observer);ObserverWrapper existing = mObservers.putIfAbsent(observer, wrapper);if (existing != null && !existing.isAttachedTo(owner)) {throw new IllegalArgumentException("Cannot add the same observer"+ " with different lifecycles");}if (existing != null) {return;}owner.getLifecycle().addObserver(wrapper);
}

在 observe 方法中，首先会检查当前线程是否为主线程，然后检查 LifecycleOwner 的状态。如果 LifecycleOwner 已经销毁，则直接返回。接着会创建一个 LifecycleBoundObserver 对象，并将其存储在 mObservers 中。最后，将 LifecycleBoundObserver 注册到 LifecycleOwner 的生命周期中。

dispatchingValue 方法

dispatchingValue 方法用于通知观察者数据更新。以下是 dispatchingValue 方法的源码：

private void dispatchingValue(@Nullable ObserverWrapper initiator) {if (mDispatchingValue) {mDispatchInvalidated = true;return;}mDispatchingValue = true;do {mDispatchInvalidated = false;if (initiator != null) {considerNotify(initiator);initiator = null;} else {for (Iterator<Map.Entry<Observer<? super T>, ObserverWrapper>> iterator =mObservers.iteratorWithAdditions(); iterator.hasNext(); ) {considerNotify(iterator.next().getValue());if (mDispatchInvalidated) {break;}}}} while (mDispatchInvalidated);mDispatchingValue = false;
}

在 dispatchingValue 方法中，会遍历所有的观察者，并调用 considerNotify 方法来通知它们数据更新。

considerNotify 方法

considerNotify 方法用于检查观察者的生命周期状态，并在合适的状态下通知观察者。以下是 considerNotify 方法的源码：

private void considerNotify(ObserverWrapper observer) {if (!observer.mActive) {return;}if (!observer.shouldBeActive()) {observer.activeStateChanged(false);return;}if (observer.mLastVersion >= mVersion) {return;}observer.mLastVersion = mVersion;// 调用观察者的 onChanged 方法通知数据更新observer.mObserver.onChanged((T) mData);
}

在 considerNotify 方法中，会检查观察者的活跃状态和版本号，如果观察者不活跃或者版本号已经是最新的，则不会通知观察者。否则，会调用观察者的 onChanged 方法通知数据更新。

四、总结

LiveData 是 Jetpack 组件中一个非常实用的工具，它通过生命周期感知能力和数据更新通知机制，为开发者提供了一种简洁、安全的方式来处理数据和界面的交互。通过 setValue 和 postValue 方法可以更新数据，通过 observe 方法可以注册观察者。在源码层面，LiveData 通过 LifecycleBoundObserver 实现了生命周期感知，确保只在合适的生命周期状态下通知观察者。合理使用 LiveData 可以提高代码的可维护性和稳定性，避免内存泄漏和空指针异常等问题。在实际开发中，结合 ViewModel 等其他 Jetpack 组件，可以构建出更加高效、健壮的 Android 应用。