Jetpack-Lifecycle源码分析

Lifecycle简介

Lifecycle类持有相关组件（Activity或者Fragment）生命周期状态的信息，通过Event和State来体现关联的生命周期的状态，允许业务组件观察此生命周期状态，从而达到业务组件分别处理生命周期相关的业务。
Lifecyle是LiveData的基石，充分理解Lifecycle实现机制对于后续研究Jetpack其他组件很有必要。

特点

感知Activity或者Fragment的生命周期，利用这点我们更好的组织业务组件，更轻量级的代码。

职责

Lifecycle UML关系图

LifecycleObserver
实现LifecycleObserver接口的类，使用注解OnLifecycleEvent修饰方法。LifecycleOwner类addObserver方法注册后，LifecycleObserver便可以观察到LifecycleOwner的生命周期变化。
LifecycleObserver派生接口有GenericLifecycleObserver和DefaultLifecycleObserver。由于DefaultLifecycleObserver使用接口default实现接口，所以只能在java 8环境下使用。

LifecycleOwner
实现LifecycleOwner接口的类持有Lifecycle对象，会把自身的生命周期变化同步给Lifecycle对象，Lifecycle对象通知已注册观察者LifecycleObserver，从而观察者触发对应的事件。

LifecycleRegistryOwner
继承LifecycleOwner，alpha版本引入，目前已过时，分析源码时，可以掉过。

Lifecycle
实现Lifecycle接口的类可以注册和注销LifecycleObserver对象，同时获取当前State。

LifecycleRegistry
LifecycleRegistry是一个成熟的 Lifecycle 实现类，是LifecycleObserver和LifecycleOwner连接的桥梁。实现注册和注销LifecycleObserver对象，同时可以接受LifecycleOwner生命周期变化，通知已注册的LifecycleObserver对象对象。
Activity和Fragment中都是使用LifecycleRegistry，如果我们需要自定义LifecycleOwner 并实现接口需要返回一个Lifecycle实例，Google推荐直接使用LifecycleRegistry实例。

源码分析

所有源码分析都是基于lifecyce 1.1.1版本，1.1.1版本中存留一部分对之前alpha版本的兼容支持，阅读源码时，一般会忽略，特殊情况下会添加说明。

基础知识

在解释Lifecycle如何实现监听Activity的生命周期变化之前需要了解一些基础知识。

区分android.app.和android.support.

android.app.* 属于android bundle sdk，apk中不包含sdk源码生成的class，而是依赖Android设备出厂是内置sdk实现；

android.support.*属于Google Android Support Library，在编译和打包时与自研或者第三方sdk没有区别，会把源码生成的class生成到apk中；

Activity与Fragment

常用Activity继承关系如下：
AppCompatActivity extends FragmentActivity extends SupportAcitivity extends Activity。

AppCompatActivity和FragmentActivity的FragmentManager实现是android.support.v4.app.FragmentManager，只支持add， remove, replace等Support Library库中的Fragment操作;

SupportActivity和Activity的FragmentManager实现是android.app.FragmentManager；只支持add， remove, replace等android.app.Fragment操作;

Headless Fragment

无UI Fragment，生命周期与FragmentManager关联，FragmentManager生命周期与Activity关联，所以Headless Fragment生命周期与Activity一致。

Retained Fragment

无UI Fragment，添加setRetainInstance(true)，数据不会因为Activity configurationChanged丢失。

Google工作人员表示开发Lifecycle并没有针对android.app.* Activity和Fragment，近期也未打算支持android.app.*。具体参见官方解释。这里推荐大家更多的使用support包，不同版本platform中Activity和Fragment还存在大量support包中已修复的bug。

如何监听生命周期事件

android.support.v4.Fragment

android.support.v4.Fragment实现了LifecycleOwner接口，意味着Fragment对象持有Lifecycle对象，可以通过getLifecycle()方法获取Lifecycle对象完成注册和注销LifecycleObserver对象。

public class Fragment implements LifecycleOwner {
    LifecycleRegistry mLifecycleRegistry = new LifecycleRegistry(this);

    public Lifecycle getLifecycle() {
        return this.mLifecycleRegistry;
    }
    ...
}

源码中Lifecycle对象的具体实现是LifecycleRegistry。
Fragment在生命周期相关方法中使用LifecycleRegistry完成生命周期同步给LifecycleObserver对象。

public class Fragment implements LifecycleOwner {
    void performResume() {
        if (this.mChildFragmentManager != null) {
            this.mChildFragmentManager.dispatchResume();
            this.mChildFragmentManager.execPendingActions();
        }
        this.mLifecycleRegistry.handleLifecycleEvent(Event.ON_RESUME);
    }

    void performPause() {
        this.mLifecycleRegistry.handleLifecycleEvent(Event.ON_PAUSE);
        if (this.mChildFragmentManager != null) {
            this.mChildFragmentManager.dispatchPause();
        }
    }
}

同时发现Fragment中performCreate()、performStart()、performResume()会先调用自身的onXXX()方法，然后再调用LifecycleRegistry的handleLifecycleEvent()方法；而在performPause()、performStop()、performDestroy()中会先LifecycleRegistry的handleLifecycleEvent()方法 ，然后调用自身的onXXX()方法。

以上基本解释清楚Lifecycle如何实现监听Fragment(extends android.support.v4.Fragment)的生命周期变化。

android.support.v4.SupportAcitivity

我们常用Support Library下的Activity（AppCompatActivity， FragmentActivity）继承 android.support.v4.SupportAcitivity，我们分析清楚SupportActivity，便了解Lifecycle如何实现监听Support Library下的Activity生命周期。

public class SupportActivity extends Activity implements LifecycleOwner, XXX {
    private LifecycleRegistry mLifecycleRegistry = new LifecycleRegistry(this);
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        ReportFragment.injectIfNeededIn(this);
    }
    public Lifecycle getLifecycle() {
        return this.mLifecycleRegistry;
    }
    @CallSuper
    protected void onSaveInstanceState(Bundle outState) {
        this.mLifecycleRegistry.markState(State.CREATED);
        super.onSaveInstanceState(outState);
    }
}

ReportFragment源码：

import android.app.Fragment;
public class ReportFragment extends Fragment {
    private static final String REPORT_FRAGMENT_TAG = "android.arch.lifecycle"
            + ".LifecycleDispatcher.report_fragment_tag";

    public static void injectIfNeededIn(Activity activity) {
        android.app.FragmentManager manager = activity.getFragmentManager();
        if (manager.findFragmentByTag(REPORT_FRAGMENT_TAG) == null) {
            manager.beginTransaction().add(new ReportFragment(), REPORT_FRAGMENT_TAG).commit();
            manager.executePendingTransactions();
        }
    }
    @Override
    public void onStart() {
        super.onStart();
        dispatch(Lifecycle.Event.ON_START);
    }
    ...
    @Override
    public void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        dispatch(Lifecycle.Event.ON_DESTROY);
    }
    private void dispatch(Lifecycle.Event event) {
        Activity activity = getActivity();
        if (activity instanceof LifecycleOwner) {
            Lifecycle lifecycle = ((LifecycleOwner) activity).getLifecycle();
            if (lifecycle instanceof LifecycleRegistry) {
                ((LifecycleRegistry) lifecycle).handleLifecycleEvent(event);
            }
        }
    }
}

ReportFragment继承android.app.Fragment，虽然SupportActivity在Support Library中，继承android.app.Activity，可以切只能使用android.app.FragmentManager操作android.app.Fragment。
AppCompatActivity，FragmentActivity和SupportActivity通过ReportFragment使用Headless Fragment机制完成把生命周期同步给LifecyceObserver。

以上基本分析清楚LifecyceObserver如何监听Support Library下Activity和Fragment的生命周期。如何支持监听android.app.Activity和android.app.Fragment的生命周期，后面详细赘述。

应用前后台变化

在我们开发工作中，应用前后台变化时，需要完成某些业务处理。同样Lifecycle也支持LifecycleObserver监听应用前后台变化。

ProcessLifecycleOwner.get().lifecycle.addObserver(this)

应用前后台变化，与应用每个Activity的生命周期变化相关，通过前面的分析，我们可以监听到Support Library所有Activity的生命周期变化，但是没有监听到android.app.Activity的生命周期。接下来，再来分析Lifecycle如何实现监听应用前后台变化。

extensions包下存在ProcessLifecycleOwnerInitializer类：

public class ProcessLifecycleOwnerInitializer extends ContentProvider {
    @Override
    public boolean onCreate() {
        LifecycleDispatcher.init(getContext());
        ProcessLifecycleOwner.init(getContext());
        return true;
    }
    ...
}

ProcessLifecycleOwnerInitializer利用ConentProvider生命周期完成LifecycleDispatcher和ProcessLifecycleOwner初始化。

LivecycleDispatcher源码：

class LifecycleDispatcher {
    private static final String REPORT_FRAGMENT_TAG = "android.arch.lifecycle"
            + ".LifecycleDispatcher.report_fragment_tag";
    private static AtomicBoolean sInitialized = new AtomicBoolean(false);
    static void init(Context context) {
        if (sInitialized.getAndSet(true)) {
            return;
        }
        ((Application) context.getApplicationContext())
                .registerActivityLifecycleCallbacks(new DispatcherActivityCallback());
    }
    static class DispatcherActivityCallback extends EmptyActivityLifecycleCallbacks {
        DispatcherActivityCallback() { }
        @Override
        public void onActivityCreated(Activity activity, Bundle savedInstanceState) {
            ReportFragment.injectIfNeededIn(activity);
        }
    }
}

去除alpha版本兼容和过时API LifecycleRegistryOwner相关代码后，代码非常简洁。如果Activity内不存在ReportFragment，动态添加一个Headless Fragment ReportFragment。之前分析过Support Library 中的Activity已经在创建时自行的添加ReportFragment，所以这里主要是为android.app.Activity添加ReportFragment。

ProcessLifecycleOwner源码：

public class ProcessLifecycleOwner implements LifecycleOwner {
    private ActivityInitializationListener mInitializationListener =
            new ActivityInitializationListener() {
                @Override
                public void onCreate() {
                }
                @Override
                public void onStart() {
                    activityStarted();
                }
                @Override
                public void onResume() {
                    activityResumed();
                }
            };
    void attach(Context context) {
        mRegistry.handleLifecycleEvent(Lifecycle.Event.ON_CREATE);
        Application app = (Application) context.getApplicationContext();
        app.registerActivityLifecycleCallbacks(new EmptyActivityLifecycleCallbacks() {
            @Override
            public void onActivityCreated(Activity activity, Bundle savedInstanceState) {
                ReportFragment.get(activity).setProcessListener(mInitializationListener);
            }
            @Override
            public void onActivityPaused(Activity activity) {
                activityPaused();
            }
            @Override
            public void onActivityStopped(Activity activity) {
                activityStopped();
            }
        });
    }
}

所有Activity都已经添加了ReportFragment后，ProcessLifecycleOwner通过ReportFragment监听Activity的onStart,OnResume,通过ActivityLifecycleCallback监听onPause，onStop。

疑问：为什么使用ActivityLifecycleCallback只监听onPause，onStop，onStart,OnResume交给ReportFragment实现监听？

如何通知LifecycleObserver生命周期变化

通过如何监听生命周期变化，我们把生命周期变化收集在LifecycleRegistry的handleLifecycleEvent统一处理。
在深入handleLifecycleEvent实现之前，我们需要搞定State和Event的设计和实现。

我们需要弄清楚两个问题：

  1. 发生Event后更新State规则是什么？

  2. 更新State后针对每个的LifecyceObserver分发Event的规则是什么？


    Event State关系图

上图是Lifecycle官方State和Event关系图，State自左向右依次递增，Event分为向左Event和向右Event两类。
向左Event包含ON_CREATE,ON_START,ON_RESUME;
向右Event包含ON_PAUSE,ON_STOP,ON_DESTROY;

从上图可以直接得到发生Event后更新State规则如下：

发生Event 发生Event后State
ON_CREATE,ON_STOP CREATED
ON_START,ON_PAUSE STARTED
ON_RESUME RESUMED
ON_DESTROY DESTROYED

在介绍更新State后针对每个的LifecyceObserver分发Event的规则是什么前，我们需要了解LifecycleRegistry如何持有LifecycleObser类。

/**
    * Custom list that keeps observers and can handle removals / additions during traversal.
    *
    * Invariant: at any moment of time for observer1 & observer2:
    * if addition_order(observer1) < addition_order(observer2), then
    * state(observer1) >= state(observer2),
    */
private FastSafeIterableMap<LifecycleObserver, ObserverWithState> mObserverMap =
        new FastSafeIterableMap<>();
        
public void addObserver(@NonNull LifecycleObserver observer) {
    State initialState = mState == DESTROYED ? DESTROYED : INITIALIZED;
    ObserverWithState statefulObserver = new ObserverWithState(observer, initialState);
    ObserverWithState previous = mObserverMap.putIfAbsent(observer, statefulObserver);
    ...
}

在addObserver时，把LifecycleObserver和State包装成ObserverWithState，添加到mObserverMap中。
回去看Event State关系图，当Event发生后，通过发生Event后更新State规则获得最新state，根据最新State与mObserverMap中的每个state对比，针对对应的LifecycleObserver决定分发哪些Event。

下面来分析下核心代码，代码中只保留核心部分，后面会针对复杂场景详述细节，具体见注释。

/*
* mObserverMap双向链表规则：无论何时，先加入的observer的state要大于后加入的observer的state，决定sync实现
*/
private FastSafeIterableMap<LifecycleObserver, ObserverWithState> mObserverMap =
    new FastSafeIterableMap<>();
    
public void handleLifecycleEvent(@NonNull Lifecycle.Event event) {
    //根据发生Event后更新State规则获得最新state
    State next = getStateAfter(event);
    moveToState(next);
}

private void moveToState(State next) {
    //更新最新state
    mState = next;
    sync();
}

//分发给LifecycleObserver
private void sync() {
    // 根据mObserverMap双向链表规则eldest的state最大
    // 如果最新state比eldest的state小，需要从eldest反向遍历mObserverMap中的LifecycleObserver分发同步Event
    // 具体细节见backwardPass注释
    if (mState.compareTo(mObserverMap.eldest().getValue().mState) < 0) {
        backwardPass(lifecycleOwner);
    }

    Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState> newest = mObserverMap.newest();
    // 根据mObserverMap双向链表规则newest的state最小
    // 如果最新state比newest的state大，需要从newest正向遍历mObserverMap中的LifecycleObserver分发同步Event
    // 具体细节见backwardPass注释
    if (newest != null && mState.compareTo(newest.getValue().mState) > 0) {
        forwardPass(lifecycleOwner);
}

private void backwardPass(LifecycleOwner lifecycleOwner) {
    //获得反向遍历Iterator
    Iterator<Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState>> descendingIterator =
            mObserverMap.descendingIterator();

    while (descendingIterator.hasNext()) {
        //反向获得ObserverWithState
        Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState> entry = descendingIterator.next();
        ObserverWithState observer = entry.getValue();
        //不断对比ObserverWithState的state和最新state，直到相等
        while (observer.mState.compareTo(mState) > 0) {
            //根据ObserverWithState的state获得反向Event，
            Event event = downEvent(observer.mState);
            //分发event,同时observer内部state减小
            observer.dispatchEvent(lifecycleOwner, event);
        }
    }
}

private void forwardPass(LifecycleOwner lifecycleOwner) {
    //获得正向遍历Iterator
    Iterator<Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState>> ascendingIterator =
            mObserverMap.iteratorWithAdditions();

    while (ascendingIterator.hasNext()) {
        // 正向获得ObserverWithState
        Entry<LifecycleObserver, ObserverWithState> entry = ascendingIterator.next();
        ObserverWithState observer = entry.getValue();
        //不断对比ObserverWithState的state和最新state，直到相等
        while (observer.mState.compareTo(mState) < 0) {
            //根据ObserverWithState的state获得正向Event，
            observer.dispatchEvent(lifecycleOwner, upEvent(observer.mState));
        }
    }
}

static class ObserverWithState {
    State mState;
    GenericLifecycleObserver mLifecycleObserver;

    ObserverWithState(LifecycleObserver observer, State initialState) {
        mLifecycleObserver = Lifecycling.getCallback(observer);
        mState = initialState;
    }

    void dispatchEvent(LifecycleOwner owner, Event event) {
        //根据分发event获得最新newState,
        State newState = getStateAfter(event);
        mState = min(mState, newState);
        //分发event
        mLifecycleObserver.onStateChanged(owner, event);
        //更新为最新state
        mState = newState;
    }
}

简单罗列下核心点：

  1. mObserverMap双向链表规则：无论何时，先加入的observer的state要大于后加入的observer的state，决定sync实现；
  2. forwardPass，根据最新state和ObserverWithState内部state对比，分发正向Event，即ON_CREATE,ON_START,ON_RESUME;
  3. backwardPass，根据最新state和ObserverWithState内部state对比，分发反向Event，即ON_PAUSE,ON_STOP,ON_DESTROY;
  4. 分发Event抽象的定义是GenericLifecycleObserver，我们后面详细分析。

相信通过上面的核心点介绍，大家已经了解更新State后针对每个的LifecyceObserver分发Event的规则；

LifecycleRegistry 本来要做的事其实是很简单的，但由于他需要执行客户的代码不在Lifecycle的控制之下，引入了很多额外的复杂处理。列举几个LifecycleRegistry处理的复杂场景：

  1. 同步Event过程中，添加或者移除LifecycleObserver;
  2. 添加新LifecycleObserver过程中，收到同步Event请求；
  3. 同步Event 或者 添加新的LifecycleObserver过程中，收到新的同步Event请求；
    为了处理和兼容以上场景可能出现的问题，LifecyRegsitry中引入以下变量来协调处理。
//!=-表示正在添加observer
private int mAddingObserverCounter = 0;
//true表示正在同步Event
private boolean mHandlingEvent = false;
//true表示正在同步同步或者添加observer过程中，收到新的同步Event请求；
private boolean mNewEventOccurred = false;
// we have to keep it for cases:
// void onStart() {
//     mRegistry.removeObserver(this);
//     mRegistry.add(newObserver);
// }
// 假定现在我们要从 CREATED 转到 STARTED 状态（也就是说，mState 现在是 STARTED）。
// 这种情况下，只有将新的 observer 设置为 CREATED 状态，它的 onStart 才会被调用
// 为了得到这个 CREATED，在这里才引入了 mParentStates。
private ArrayList<State> mParentStates = new ArrayList<>();

总结

整体分析Lifecycle时，其中应用到很多比较基础的知识，利用这些基础知识巧妙的解决生命周期监听问题。LifecycleRegistry中思路比较简单，实现细节考虑到复杂场景处理还是有些复杂的，阅读分析源码可以先抓重点问题理解，再针对复杂场景逐一分析。
深入了解Lifecycle后，会对后续我们灵活使用JetPack和分析具体问题相当收益。

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