手记

从源码看 Jetpack（7）-SavedStateHandle 源码详解

业志陈
2020-12-16 14:18:36浏览 1647

theme: github
highlight: atelier-lakeside-dark

本文所讲的的源代码基于以下依赖库当前最新版本：

    compileSdkVersion 30

    implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.3.0-alpha02'
    implementation "androidx.lifecycle:lifecycle-viewmodel-savedstate:2.3.0-alpha07"
    implementation "androidx.savedstate:savedstate:1.1.0-alpha01"

一、Activity 的重建

我们知道，Activity 被意外销毁的情况可以分为两种：

  1. 由于屏幕旋转等配置更改的原因导致 Activity 被销毁
  2. 由于系统资源限制导致 Activity 被销毁

对于以上两种情况，我们当然希望 Activity 重建时之前加载的数据以及用户状态都能够得到恢复，每种情况目前都有着不同的恢复方法

对于第一种情况，Jetpack 提供了 ViewModel 这个组件来解决这个问题。ViewModel 可以在屏幕旋转后继续存留，适合用于在内存中存储比较复杂或者量比较大的数据，例如：用 RecyclerView 加载的多个列表项对应的 Data。但当第二种情况发生时 ViewModel 是无法被保留下来的，此后当用户重新回到 Activity 时，只会得到一个全新的 ViewModel 实例并且也需要重新加载列表数据。

对于第二种情况，需要依赖于 Activity 原生提供的数据保存及恢复机制，即依赖以下两个方法来实现数据的保存和恢复逻辑。onSaveInstanceState(Bundle) 方法保存的数据在配置更改和 Activity 被意外杀死时都会被保留，但也有着存储容量和存取速度的限制。因为 Bundle 有着容量限制，不适合用于存储大量数据，且 onSavedInstanceState(Bundle) 方法会将数据序列化到磁盘，如果要保存的数据很复杂，序列化会消耗大量的内存和时间。所以 onSaveInstanceState(Bundle) 仅适合用于存储少量的简单类型的数据

  • onSaveInstanceState(Bundle)。用于保存数据

  • onCreate(Bundle?) 或者 onRestoreInstanceState(Bundle)。用于恢复数据

Google 官方也对这两种情况进行了对比：

对于第二种情况，因为数据的保存和恢复流程被限制在了 Activity 的特定方法里，我们无法直接在 ViewModel 中决定哪些数据需要被保留，也无法直接拿到恢复后的数据，使得整个重建流程和 ViewModel 分裂开了

为了解决这个问题，Jetpack 提供了 SavedStateHandle 这么一个组件，可以看做是对 ViewModel 的功能扩展，使得开发者可以直接在 ViewModel 中直接操作整个数据的重建过程

二、SavedStateHandle 如何使用

SavedStateHandle 的引入使得开发者无需直接使用 onSaveInstanceState(Bundle) 等方法来完成数据的重建，而只需要在 ViewModel 里来完成即可。其使用入门看以下例子

/**
 * 作者：CZY
 * 时间：2020/9/19 15:21
 * 描述：
 * GitHub：https://github.com/leavesC
 */
class MainActivity : AppCompatActivity() {

    private val savedStateViewModel by lazy {
        ViewModelProvider(this).get(SavedStateViewModel::class.java)
    }

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        log("savedStateViewModel: $savedStateViewModel")
        log("savedStateViewModel.name: ${savedStateViewModel.nameLiveData.value}")
        log("savedStateViewModel.age: ${savedStateViewModel.ageLiveData.value}")
        log("onCreate")
        btn_test.setOnClickListener {
            savedStateViewModel.nameLiveData.value = "leavesC"
            savedStateViewModel.ageLiveData.value = 26
        }
    }

    private fun log(log: String) {
        Log.e("MainActivity", log)
    }

}

class SavedStateViewModel(savedStateHandle: SavedStateHandle) : ViewModel() {

    companion object {

        private const val KEY_NAME = "keyName"

    }

    val nameLiveData = savedStateHandle.getLiveData<String>(KEY_NAME)

    val ageLiveData = MutableLiveData<Int>()

}

打开开发者模式中"不保留活动"的选项，以此来模拟 Activity 由于系统内存不足被销毁的情况

当 MainActivity 第一次启动时，两个 LiveData 中的值都是为 null

E/MainActivity: savedStateViewModel: github.leavesc.demo.SavedStateViewModel@df3fa77
E/MainActivity: savedStateViewModel.name: null
E/MainActivity: savedStateViewModel.age: null
E/MainActivity: onCreate

点击按钮为这两个 LiveData 进行赋值，按 Home 键退出应用，此时 MainActivity 在后台就会被销毁。重新打开应用，此时就可以看到 ViewModel 其实已经是新的一个实例了，但通过 SavedStateHandle 构建的 nameLiveData 中还保留着上一次的赋值，而 ageLiveData 中的值就还是默认值 null

E/MainActivity: savedStateViewModel: github.leavesc.demo.SavedStateViewModel@f5fa30c
E/MainActivity: savedStateViewModel.name: leavesC
E/MainActivity: savedStateViewModel.age: null
E/MainActivity: onCreate

以上例子就展示了 SavedStateHandle 在 Activity 被意外杀死时也可以保留数据的能力，使得我们可以直接在 ViewModel 里完成整个数据的重建逻辑，下面就来介绍下其内部实现原理

三、源码讲解

SavedStateHandle 其实也是通过封装 onSaveInstanceState(Bundle)等方法来实现的，其整个数据重建流程主要涉及以下几个类和接口：

  1. SavedStateRegistryOwner
  2. SavedStateRegistryController
  3. SavedStateRegistry
  4. SavedStateHandle

1、SavedStateRegistryOwner

SavedStateRegistryOwner 是一个接口，用于标记其实现类（Activity/Fragment）拥有着数据重建的能力。androidx.activity.ComponentActivity 就继承了 SavedStateRegistryOwner 接口，相当于 ComponentActivity 及其子类都拥有一个 SavedStateRegistry 对象

public interface SavedStateRegistryOwner extends LifecycleOwner {
    /**
     * Returns owned {@link SavedStateRegistry}
     *
     * @return a {@link SavedStateRegistry}
     */
    @NonNull
    SavedStateRegistry getSavedStateRegistry();
}

2、SavedStateRegistryController

ComponentActivity 将数据的保存和恢复逻辑都转发给了 SavedStateRegistryController来处理：

  • 在 onCreate 方法里通过调用 performRestore 来恢复数据
  • 在 onSaveInstanceState 方法里通过调用 performSave 来保存数据
public class ComponentActivity extends androidx.core.app.ComponentActivity implements
        ContextAware,
        LifecycleOwner,
        ViewModelStoreOwner,
        HasDefaultViewModelProviderFactory,
        SavedStateRegistryOwner,
        OnBackPressedDispatcherOwner,
        ActivityResultRegistryOwner,
        ActivityResultCaller {
        
    final SavedStateRegistryController mSavedStateRegistryController =
            SavedStateRegistryController.create(this);
            
    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        // Restore the Saved State first so that it is available to
        // OnContextAvailableListener instances
        //恢复数据
        mSavedStateRegistryController.performRestore(savedInstanceState);
        ···
        super.onCreate(savedInstanceState);
        ···
    }
    
    @CallSuper
    @Override
    protected void onSaveInstanceState(@NonNull Bundle outState) {
        ···
        super.onSaveInstanceState(outState);
        //保存数据
        mSavedStateRegistryController.performSave(outState);
        ···
    }
    
    @NonNull
    @Override
    public final SavedStateRegistry getSavedStateRegistry() {
        return mSavedStateRegistryController.getSavedStateRegistry();
    }
        
}

3、SavedStateRegistry

SavedStateRegistryController 又会将逻辑转交由 SavedStateRegistry 的同名方法来完成

public final class SavedStateRegistryController {
    private final SavedStateRegistryOwner mOwner;
    private final SavedStateRegistry mRegistry;

    private SavedStateRegistryController(SavedStateRegistryOwner owner) {
        mOwner = owner;
        mRegistry = new SavedStateRegistry();
    }
    
	···
        
    @MainThread
    public void performRestore(@Nullable Bundle savedState) {
        Lifecycle lifecycle = mOwner.getLifecycle();
        
        //必须在 Activity 的 onCreate 阶段进行数据恢复
        if (lifecycle.getCurrentState() != Lifecycle.State.INITIALIZED) {
            throw new IllegalStateException("Restarter must be created only during "
                    + "owner's initialization stage");
        }
        lifecycle.addObserver(new Recreator(mOwner));
        mRegistry.performRestore(lifecycle, savedState);
    }

    @MainThread
    public void performSave(@NonNull Bundle outBundle) {
        mRegistry.performSave(outBundle);
    }
    
	···
}
1、拿数据的入口

SavedStateRegistry 是实际进行保存和恢复数据的地方，那么很自然地，外部就需要有一个可以指定 SavedStateRegistry 从哪里拿数据的入口，这个入口就是 registerSavedStateProvider 方法

外部通过 SavedStateRegistry 的内部接口 SavedStateProvider 来返回需要保存的数据。SavedStateProvider 接口仅包含一个抽象方法，用于返回一个 Bundle 对象，里面就存储了要保存的数据。因为并不是所有 Activity 被销毁的情况都需要进行数据的保存和恢复操作，例如用户按返回键退出 Activity 的情况就不需要保存数据，所以 saveState() 方法仅会在需要的时候才会被调用

    private SafeIterableMap<String, SavedStateProvider> mComponents =
            new SafeIterableMap<>();   
	
	//外部通过一个唯一标识 key 来和要保存的数据 Bundle 相对应，后续也通过这个 key 来恢复数据
	@MainThread
    public void registerSavedStateProvider(@NonNull String key,
            @NonNull SavedStateProvider provider) {
        SavedStateProvider previous = mComponents.putIfAbsent(key, provider);
        if (previous != null) {
            throw new IllegalArgumentException("SavedStateProvider with the given key is"
                    + " already registered");
        }
    }

	/**
     * This interface marks a component that contributes to saved state.
     */
    public interface SavedStateProvider {
        /**
         * Called to retrieve a state from a component before being killed
         * so later the state can be received from {@link #consumeRestoredStateForKey(String)}
         *
         * @return S with your saved state.
         */
        @NonNull
        Bundle saveState();
    }
2、保存数据

既然已经指定了拿数据的入口，那么就来看下 performSave 是如何保存数据的，其主要逻辑是：

  1. 如果在上一次重建 Activity 时保存下来的数据还未消费完，那么再次重建 Activity 时就将未消费完的数据也保存起来
  2. 遍历所有需要保存的数据，将所有 Bundle 保存起来
  3. 将所有需要保存的数据都存到 onSaveInstanceState 给的 Bundle 对象里
   private static final String SAVED_COMPONENTS_KEY =
            "androidx.lifecycle.BundlableSavedStateRegistry.key";

    @Nullable
    private Bundle mRestoredState;

	@MainThread
    void performSave(@NonNull Bundle outBundle) {
        Bundle components = new Bundle();
        if (mRestoredState != null) {
            //步骤1
            components.putAll(mRestoredState);
        }
        //步骤2
        for (Iterator<Map.Entry<String, SavedStateProvider>> it =
                mComponents.iteratorWithAdditions(); it.hasNext(); ) {
            Map.Entry<String, SavedStateProvider> entry1 = it.next();
            components.putBundle(entry1.getKey(), entry1.getValue().saveState());
        }
        //步骤3
        outBundle.putBundle(SAVED_COMPONENTS_KEY, components);
    }
3、恢复数据

再来看下 performRestore 是如何恢复数据的，其主要逻辑是：

  1. 拿到 performSave 方法保存到 Bundle 里的数据
  2. 通过监听 lifecycle 来确定当前是否处于可以恢复数据的生命周期阶段，用一个布尔变量 mAllowingSavingState 来标记
	private boolean mRestored;

    boolean mAllowingSavingState = true;
    
    @MainThread
    void performRestore(@NonNull Lifecycle lifecycle, @Nullable Bundle savedState) {
        if (mRestored) {
            //不应该重复恢复数据
            throw new IllegalStateException("SavedStateRegistry was already restored.");
        }
        if (savedState != null) {
            //步骤1
            mRestoredState = savedState.getBundle(SAVED_COMPONENTS_KEY);
        }
		
        //步骤2
        lifecycle.addObserver(new GenericLifecycleObserver() {
            @Override
            public void onStateChanged(LifecycleOwner source, Lifecycle.Event event) {
                if (event == Lifecycle.Event.ON_START) {
                    mAllowingSavingState = true;
                } else if (event == Lifecycle.Event.ON_STOP) {
                    mAllowingSavingState = false;
                }
            }
        });

        mRestored = true;
    }
4、消费数据

数据被恢复了并不意味着 Activity 已经恢复到了被销毁前的状态，被恢复的数据还存在 Bundle 里，此时还需要开发者通过取键值对的方式来消费数据，将用户数据或者 UI 状态恢复到销毁前的状态。

消费数据的入口就是 consumeRestoredStateForKey方法，其主要逻辑是：通过使用和 registerSavedStateProvider 方法相同的 key 来取数据，并在取了之后将数据从 mRestoredState 中移除。如果所有数据都被消费了的话，那么就将 mRestoredState 置为 null，标记着本次的所有数据恢复流程已经结束

    @MainThread
    @Nullable
    public Bundle consumeRestoredStateForKey(@NonNull String key) {
        if (!mRestored) {
            throw new IllegalStateException("You can consumeRestoredStateForKey "
                    + "only after super.onCreate of corresponding component");
        }
        if (mRestoredState != null) {
            Bundle result = mRestoredState.getBundle(key);
            mRestoredState.remove(key);
            if (mRestoredState.isEmpty()) {
                mRestoredState = null;
            }
            return result;
        }
        return null;
    }

4、SavedStateHandle

SavedStateRegistry 封装了 Activity 层次进行存数据和恢复数据的逻辑，恢复后的数据也需要转交给 SavedStateHandle，因为 SavedStateHandle 是作为 ViewModel 的构造参数来使用的，我们在 ViewMode 中能直接接触到的都是 SavedStateHandle。SavedStateHandle 包含两个构造函数，initialState 参数就是在之前 Activity 被销毁时保留下来的数据，或者是为需要保留下来的数据设定的默认值

public final class SavedStateHandle {
    
    final Map<String, Object> mRegular;
    
    /**
     * Creates a handle with the given initial arguments.
     */
    public SavedStateHandle(@NonNull Map<String, Object> initialState) {
        mRegular = new HashMap<>(initialState);
    }

    /**
     * Creates a handle with the empty state.
     */
    public SavedStateHandle() {
        mRegular = new HashMap<>();
    }
    
    ···
    
}

成员变量 mRegular 就用于存储在数据重建流程中要保存的数据，对于希望保留的的数据，我们可以通过两种方式来向 mRegular存数据：

  1. 通过调用 set(@NonNull String key, @Nullable T value) 方法来实现，该方法就类似于 Map.put(Key,Value) 的方式来存值，但是这种方式并不具备数据变化通知
  2. 通过 MutableLiveData.setValue的方式来存值。首先通过 getLiveData(@NonNull String key) 方法拿到和特定 Key 绑定的 LiveData 对象，之后向该 LiveData.setValue 时都会同时更新 mRegular

上述的第一种方式也包含了第二种方式的操作，因为每次转换而成的 LiveData 对象都会缓存到 mLiveDatas 里，当外部通过 set(@NonNull String key, @Nullable T value)更新键值对时也会尝试同时通知 mLiveDatas

    private final Map<String, SavingStateLiveData<?>> mLiveDatas = new HashMap<>();

	@MainThread
    @NonNull
    public <T> MutableLiveData<T> getLiveData(@NonNull String key) {
        return getLiveDataInternal(key, false, null);
    }

	@NonNull
    private <T> MutableLiveData<T> getLiveDataInternal(
            @NonNull String key,
            boolean hasInitialValue,
            @Nullable T initialValue) {
        MutableLiveData<T> liveData = (MutableLiveData<T>) mLiveDatas.get(key);
        if (liveData != null) {
            return liveData;
        }
        SavingStateLiveData<T> mutableLd;
        // double hashing but null is valid value
        //将 key-value 形式的数据转为 LiveData，以此进行数据监听
        if (mRegular.containsKey(key)) {
            mutableLd = new SavingStateLiveData<>(this, key, (T) mRegular.get(key));
        } else if (hasInitialValue) {
            mutableLd = new SavingStateLiveData<>(this, key, initialValue);
        } else {
            mutableLd = new SavingStateLiveData<>(this, key);
        }
        mLiveDatas.put(key, mutableLd);
        return mutableLd;
    }

    @MainThread
    public <T> void set(@NonNull String key, @Nullable T value) {
        validateValue(value);
        @SuppressWarnings("unchecked")
        MutableLiveData<T> mutableLiveData = (MutableLiveData<T>) mLiveDatas.get(key);
        if (mutableLiveData != null) {
            // it will set value;
            mutableLiveData.setValue(value);
        } else {
            mRegular.put(key, value);
        }
    }

我们在 ViewModel 层通过向 mRegular存取值，就是在决定一旦 Activity 被意外销毁后被重建时，需要恢复的数据有哪些。那么就再来看下 mRegular是如何最终被存到 Bundle 里的

SavedStateHandle 包含一个 mSavedStateProvider 成员变量，其内部就实现了遍历 mRegular包含的所有 Key 和 Value 并分别存到不同的 ArrayList 里，最终存到 Bundle 里的逻辑

public final class SavedStateHandle {
    
    private final SavedStateProvider mSavedStateProvider = new SavedStateProvider() {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        @NonNull
        @Override
        public Bundle saveState() {
            // Get the saved state from each SavedStateProvider registered with this
            // SavedStateHandle, iterating through a copy to avoid re-entrance
            Map<String, SavedStateProvider> map = new HashMap<>(mSavedStateProviders);
            for (Map.Entry<String, SavedStateProvider> entry : map.entrySet()) {
                Bundle savedState = entry.getValue().saveState();
                set(entry.getKey(), savedState);
            }
            // Convert the Map of current values into a Bundle
            Set<String> keySet = mRegular.keySet();
            ArrayList keys = new ArrayList(keySet.size());
            ArrayList value = new ArrayList(keys.size());
            for (String key : keySet) {
                //遍历过程中分别存到不同的 ArrayList
                keys.add(key);
                value.add(mRegular.get(key));
            }

            Bundle res = new Bundle();
            // "parcelable" arraylists - lol
            res.putParcelableArrayList("keys", keys);
            res.putParcelableArrayList("values", value);
            return res;
        }
    };
    
    @NonNull
    SavedStateProvider savedStateProvider() {
        return mSavedStateProvider;
    }

}

最终 mSavedStateProvider 又会被注册到 SavedStateRegistry 的 mComponents 对象里，在需要的时候通过调用 mSavedStateProvider.saveState() 拿到我们希望被保存的数据

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