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Kotlin教程笔记(80) - MVVM架构设计

2024-10-29 24
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简介： Kotlin教程笔记(80) - MVVM架构设计

本系列学习教程笔记属于详细讲解Kotlin语法的教程，需要快速学习Kotlin语法的小伙伴可以查看“简洁” 系列的教程

快速入门请阅读如下简洁教程：
Kotlin学习教程(一)
Kotlin学习教程(二)
Kotlin学习教程(三)
Kotlin学习教程(四)
Kotlin学习教程(五)
Kotlin学习教程(六)
Kotlin学习教程(七)
Kotlin学习教程(八)
Kotlin学习教程(九)
Kotlin学习教程(十)

Kotlin教程笔记(80) - MVVM架构设计

在Android应用开发中，MVVM（Model-View-ViewModel）架构是非常常见的一种设计模式，它通过ViewModel来管理UI相关的数据，并将这些数据与UI层分离，避免了Activity/Fragment与业务逻辑的强耦合。使用Kotlin实现MVVM模式，并结合ViewModel，可以有效地避免内存泄漏。下面我们就从设计思路和代码实现两个方面进行详细说明。

设计思路

  1. Model 层：
    • 负责数据的获取和处理，可能通过网络请求、数据库查询等。
    • 不与UI层直接交互，只与ViewModel进行数据的交互。
  2. ViewModel 层：
    • 持有Model层的数据并通过LiveData等可观察数据类型暴露给View层。
    • 负责业务逻辑处理，不持有View的引用，避免内存泄漏。
    • ViewModel的生命周期与Activity/Fragment绑定，能在配置变化（如旋转屏幕）时保持数据不丢失。
  3. View 层（Activity/Fragment）：
    • 负责展示UI和用户交互，但不直接处理业务逻辑。
    • 通过观察ViewModel中的数据（LiveData或StateFlow）来更新UI。

Kotlin MVVM 实现代码

1. Model 层

Model 层可以是一个普通的 Kotlin 类，负责获取数据。

kotlin复制代码data class User(val id: Int, val name: String, val age: Int)

class UserRepository {
    // 模拟从数据库或网络获取用户数据
    fun getUser(userId: Int): User {
        return User(userId, "John Doe", 25)
    }
}

2. ViewModel 层

ViewModel 持有Model数据，并通过 LiveData 暴露给 View 层。LiveData 是一个生命周期感知型数据容器，它能自动管理观察者，避免内存泄漏。

kotlin复制代码import androidx.lifecycle.LiveData
import androidx.lifecycle.MutableLiveData
import androidx.lifecycle.ViewModel
import androidx.lifecycle.viewModelScope
import kotlinx.coroutines.launch

class UserViewModel(private val userRepository: UserRepository) : ViewModel() {

    // 使用LiveData来保存用户数据
    private val _user = MutableLiveData<User>()
    val user: LiveData<User> = _user

    // 获取用户信息
    fun fetchUser(userId: Int) {
        viewModelScope.launch {
            // 模拟耗时操作
            val user = userRepository.getUser(userId)
            _user.value = user
        }
    }
}

设计说明：

  • MutableLiveData 是可变的数据容器，内部使用，LiveData 是只读的数据容器，暴露给外部使用。
  • viewModelScope 是ViewModel提供的协程作用域，能够与ViewModel的生命周期保持一致，自动在ViewModel销毁时取消协程，避免内存泄漏。

3. View 层（Activity/Fragment）

View 层通过观察 LiveData 来响应数据变化，并更新UI。

kotlin复制代码import android.os.Bundle
import androidx.activity.viewModels
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity
import androidx.lifecycle.Observer

class UserActivity : AppCompatActivity() {

    // 使用viewModels扩展函数获取ViewModel实例
    private val userViewModel: UserViewModel by viewModels {
        UserViewModelFactory(UserRepository())
    }

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_user)

        // 观察用户数据的变化
        userViewModel.user.observe(this, Observer { user ->
            // 更新UI
            // findViewById<TextView>(R.id.tvUserName).text = user.name
            // findViewById<TextView>(R.id.tvUserAge).text = user.age.toString()
        })

        // 模拟获取用户数据
        userViewModel.fetchUser(1)
    }
}

4. ViewModelFactory

如果 ViewModel 构造函数中需要传递参数，则可以通过 ViewModelFactory 来创建 ViewModel。

kotlin复制代码import androidx.lifecycle.ViewModel
import androidx.lifecycle.ViewModelProvider

class UserViewModelFactory(private val userRepository: UserRepository) : ViewModelProvider.Factory {
    override fun <T : ViewModel> create(modelClass: Class<T>): T {
        if (modelClass.isAssignableFrom(UserViewModel::class.java)) {
            return UserViewModel(userRepository) as T
        }
        throw IllegalArgumentException("Unknown ViewModel class")
    }
}

内存泄漏防范

  1. ViewModel 的使用：
    • ViewModel 不持有 Activity 或 Fragment 的引用，只通过 LiveData 进行数据的暴露和通知，这样可以有效避免 ViewModel 内存泄漏。
    • 通过 viewModelScope 来启动协程，避免手动管理协程生命周期的问题。
  2. LiveData 的使用：
    • LiveData 是生命周期感知型组件，它只在 Activity 或 Fragment 处于活跃状态时通知观察者，从而避免了因生命周期变化导致的内存泄漏。
  3. 观察者的移除：
    • 由于 LiveData 与 Activity/Fragment 的生命周期绑定，当 Activity/Fragment 销毁时，观察者会自动移除，无需手动清理。

结论

这个Kotlin实现的MVVM架构通过ViewModel来管理数据，避免了将业务逻辑和UI操作耦合在一起。同时，LiveData 和 viewModelScope 确保了内存管理的安全性。

MutableLiveData 是 LiveData 的一个子类，用于保存和管理可变的数据。它的作用是允许应用程序中的数据可以在运行时动态更改，并且通知所有观察它的数据变化的观察者（通常是UI层，比如Activity或Fragment）。LiveData 本身是只读的，而 MutableLiveData 提供了对数据的修改权限。

MutableLiveData 的主要作用：

  1. 数据存储和管理：
    • MutableLiveData 可以用来存储任意类型的数据（例如字符串、数字、对象等）。当数据发生变化时，LiveData 会通知所有相关的观察者进行更新。
  2. 数据的可变性：
    • 与 LiveData 不同，MutableLiveData 允许通过 setValue() 或 postValue() 方法来改变内部的数据。通常，ViewModel 通过 MutableLiveData 来修改数据，而暴露给外部的仍然是不可变的 LiveData，这样可以保证外部代码只能读取数据而无法修改，遵循数据封装的原则。
  3. 生命周期感知：
    • LiveData 是生命周期感知型的组件，只有当观察者处于活动状态（即 Activity 或 Fragment 处于 STARTED 或 RESUMED 状态）时，才会接收到数据更新。这样可以避免 Activity/Fragment 的生命周期变化（如屏幕旋转、销毁重建等）导致的内存泄漏和不必要的UI更新。

MutableLiveData 的常见用法

kotlin复制代码// 定义 ViewModel
class UserViewModel : ViewModel() {

    // 私有的 MutableLiveData，只允许内部修改
    private val _userName = MutableLiveData<String>()

    // 只读的 LiveData，暴露给外部观察
    val userName: LiveData<String> = _userName

    // 更新数据
    fun updateUserName(newName: String) {
        _userName.value = newName
    }
}

在 Activity 或 Fragment 中观察数据

kotlin复制代码class UserActivity : AppCompatActivity() {

    private val userViewModel: UserViewModel by viewModels()

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_user)

        // 观察 LiveData 的变化
        userViewModel.userName.observe(this, Observer { name ->
            // 当 userName 发生变化时，更新UI
            findViewById<TextView>(R.id.userNameTextView).text = name
        })

        // 更新用户数据
        userViewModel.updateUserName("John Doe")
    }
}

MutableLiveData 与 LiveData 的区别

  • MutableLiveData 允许数据的修改，外部可以通过 setValue() 或 postValue() 来更新数据。
  • LiveData 是只读的，通常通过暴露 LiveData 给外部，从而保护内部数据不被意外修改。

更新数据的两种方式：

  • setValue(T value)：在主线程中更新数据。
  • postValue(T value)：可以在任何线程中更新数据，适用于需要在工作线程更新UI时使用。

总结

MutableLiveData 主要用于在 ViewModel 内部修改和管理数据，同时保证外部只能读取 LiveData 的数据，从而实现数据的封装和状态管理。在Android开发中，它是实现MVVM架构的重要工具，特别是在配合ViewModel使用时，能有效防止内存泄漏和无效的UI更新。

MutableLiveData如何传递多个复杂的对象？

ChatGPT 说：

ChatGPT

MutableLiveData 可以存储和传递任意类型的数据，包括多个复杂的对象。你可以将这些复杂对象封装成一个数据类或者使用List、Map、Pair等数据结构来管理多个对象。下面详细说明如何使用 MutableLiveData 来传递多个复杂对象的几种常见方式。

方法一：使用数据类封装多个对象

如果你有多个相关的复杂对象，最好的方法是定义一个数据类，将这些对象封装在一起传递。

1. 定义数据类

kotlin复制代码data class UserInfo(
    val user: User,
    val address: Address,
    val preferences: Preferences
)

data class User(val id: Int, val name: String)
data class Address(val city: String, val street: String)
data class Preferences(val notificationsEnabled: Boolean)

2. 在ViewModel中使用 MutableLiveData

kotlin复制代码class UserViewModel : ViewModel() {

    // 定义 MutableLiveData 保存 UserInfo 对象
    private val _userInfo = MutableLiveData<UserInfo>()
    val userInfo: LiveData<UserInfo> = _userInfo

    // 更新数据
    fun updateUserInfo(user: User, address: Address, preferences: Preferences) {
        val newUserInfo = UserInfo(user, address, preferences)
        _userInfo.value = newUserInfo
    }
}

3. 在 Activity 或 Fragment 中观察和使用

kotlin复制代码class UserActivity : AppCompatActivity() {

    private val userViewModel: UserViewModel by viewModels()

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_user)

        // 观察 userInfo 数据的变化
        userViewModel.userInfo.observe(this, Observer { userInfo ->
            // 使用 userInfo 数据更新 UI
            val user = userInfo.user
            val address = userInfo.address
            val preferences = userInfo.preferences

            findViewById<TextView>(R.id.userNameTextView).text = user.name
            findViewById<TextView>(R.id.userAddressTextView).text = "${address.street}, ${address.city}"
            findViewById<TextView>(R.id.userPreferencesTextView).text = 
                if (preferences.notificationsEnabled) "Notifications ON" else "Notifications OFF"
        })

        // 更新数据
        userViewModel.updateUserInfo(
            User(1, "John Doe"),
            Address("New York", "5th Avenue"),
            Preferences(true)
        )
    }
}

方法二：使用 List 或 Map 传递多个对象

如果你需要传递一个动态数量的对象（如用户列表），可以使用 List 或 Map 等集合类型。

1. 使用 List

kotlin复制代码class UserViewModel : ViewModel() {

    // 使用 MutableLiveData 保存用户列表
    private val _userList = MutableLiveData<List<User>>()
    val userList: LiveData<List<User>> = _userList

    // 更新用户列表
    fun updateUserList(users: List<User>) {
        _userList.value = users
    }
}

2. 使用 Map

kotlin复制代码class UserViewModel : ViewModel() {

    // 使用 MutableLiveData 保存 ID 到 User 对象的映射
    private val _userMap = MutableLiveData<Map<Int, User>>()
    val userMap: LiveData<Map<Int, User>> = _userMap

    // 更新用户映射
    fun updateUserMap(userMap: Map<Int, User>) {
        _userMap.value = userMap
    }
}

方法三：使用 Pair 或 Triple

如果你只有两到三个对象需要传递，并且不想创建单独的数据类，可以使用 Pair 或 Triple 这样的容器。

1. 使用 Pair

kotlin复制代码class UserViewModel : ViewModel() {

    // 使用 MutableLiveData 保存两个对象的 Pair
    private val _userAndAddress = MutableLiveData<Pair<User, Address>>()
    val userAndAddress: LiveData<Pair<User, Address>> = _userAndAddress

    // 更新数据
    fun updateUserAndAddress(user: User, address: Address) {
        _userAndAddress.value = Pair(user, address)
    }
}

2. 使用 Triple

kotlin复制代码class UserViewModel : ViewModel() {

    // 使用 MutableLiveData 保存三个对象的 Triple
    private val _userAddressPreferences = MutableLiveData<Triple<User, Address, Preferences>>()
    val userAddressPreferences: LiveData<Triple<User, Address, Preferences>> = _userAddressPreferences

    // 更新数据
    fun updateUserAddressPreferences(user: User, address: Address, preferences: Preferences) {
        _userAddressPreferences.value = Triple(user, address, preferences)
    }
}

总结

  • 如果对象之间有明确的关联，使用 数据类 封装多个对象是最好的选择，能增强代码的可读性和可维护性。
  • 如果是需要传递多个同类对象（如多个用户），可以使用 List 或 Map。
  • 当仅有少数对象（如2到3个）并且不需要定义数据类时，可以使用 Pair 或 Triple 来简化代码。

这些方法都可以通过 MutableLiveData 管理和传递复杂对象，并且可以通过 LiveData 的观察机制让 UI 及时响应数据变化。

上面的MVVM架构模式有什么缺点吗？平时写代码如何规避这些缺点？

ChatGPT

MVVM 架构模式虽然在 Android 开发中非常流行，能有效地将 UI 层与业务逻辑分离，但它并非完美无缺，存在一些潜在的缺点。了解这些缺点并在开发中尽量规避它们，可以提高项目的可维护性和性能。

MVVM 架构的常见缺点

  1. ViewModel 过于臃肿：

    • 在实际开发中，业务逻辑、数据处理和状态管理等都可能会集中在 ViewModel 中，导致 ViewModel 代码过于复杂和臃肿。这会使得 ViewModel 变得难以维护和测试。

    解决方案：

    • 拆分业务逻辑： 使用 UseCase 或 Interactor 类，将复杂的业务逻辑放到独立的模块中，而不是堆积在 ViewModel 内。
    • 单一职责原则： 遵循单一职责原则，确保 ViewModel 只负责数据的管理和状态的维护，不要将所有的业务逻辑放入其中。
    • 层次化设计： 可以将某些与数据处理相关的逻辑放入 Repository 或 Service 中，避免 ViewModel 承担过多责任。

  2. 难以管理复杂的 UI 逻辑：

    • 在 MVVM 中，UI 的状态通常通过 LiveData 或 StateFlow 等可观察对象驱动。如果 UI 状态过于复杂，比如有多个不同的状态组合，可能会导致复杂的逻辑控制，甚至难以调试。

    解决方案：

    • 状态机模式：对于复杂的 UI 状态管理，可以引入状态机模式（State Machine），将不同的 UI 状态进行清晰的定义，减少状态间的混乱。
    • View 层处理 UI 逻辑：虽然 MVVM 强调将逻辑与 UI 分离，但部分复杂的 UI 控制逻辑可以适当留在 View 层，避免过度复杂的状态传递。

  3. LiveData 更新逻辑不明确：

    • 在 MVVM 中，LiveData 的更新逻辑分布在 ViewModel 的多个方法中，有时可能会导致难以追踪状态的变化。特别是在并发操作中，LiveData 的更新顺序和时机可能不太容易控制。

    解决方案：

    • 避免滥用 MutableLiveData：严格限制 MutableLiveData 的使用范围，确保只有特定的操作可以修改数据。
    • 使用单一入口修改数据：可以通过定义统一的更新方法或事件处理方法，确保数据的修改和状态变化有清晰的触发点。
    • 使用 StateFlow 或 SharedFlow：相比于 LiveData，StateFlow 提供了更强的线程安全性和对数据流的明确控制，特别适合并发环境。

  4. 过多的观察者导致性能问题：

    • 在复杂的应用中，过多的观察者可能会导致性能问题，尤其是当观察的数据量很大时，频繁的 UI 更新可能会拖慢渲染性能。

    解决方案：

    • 谨慎添加观察者：只在必要的生命周期内添加观察者，避免在不必要的生命周期中对 LiveData 进行订阅。
    • 使用 DistinctUntilChanged：在 LiveData 中使用 DistinctUntilChanged，可以避免多次相同数据的更新，从而减少不必要的 UI 刷新。
    • 懒加载：对于不经常使用的 UI 数据，可以延迟订阅 LiveData，避免过早创建大量的观察者。

  5. ViewModel 的生命周期管理：

    • ViewModel 的生命周期比 Activity 和 Fragment 更长，当 Activity/Fragment 销毁时，ViewModel 仍然可能持有某些状态或逻辑，可能会导致意想不到的问题。例如，UI已经销毁但数据仍然在更新。

    解决方案：

    • 正确管理协程和异步任务：使用 viewModelScope 来确保协程与 ViewModel 的生命周期一致，避免 ViewModel 持有长期异步任务导致内存泄漏。
    • 取消无效的观察：在 Activity 或 Fragment 销毁时，确保观察者能够正确解除订阅，避免 LiveData 仍然持有 UI 的引用。
    • 考虑 ViewModel 的清理工作：对于需要手动清理的资源（如某些回调、订阅等），在 onCleared() 中进行清理，避免资源泄漏。

  6. 难以测试复杂的 UI 交互：

    • MVVM 通过 LiveData 或其他可观察的数据流来驱动 UI，这有时会增加 UI 交互的测试难度。特别是当存在多个观察者或复杂的状态管理时，编写单元测试会变得复杂。

    解决方案：

    • Mock LiveData 和协程：在测试中，使用 Mockito 或类似的框架来模拟 LiveData 和协程行为，简化 ViewModel 的测试。
    • 使用 StateFlow 测试：相比于 LiveData，StateFlow 更容易测试，因为它可以在不依赖 Android 的环境中测试数据流和状态管理。

  7. 数据绑定的复杂性：

    • 如果结合 DataBinding 使用 MVVM，在处理复杂的绑定表达式时，代码可能会变得难以维护，特别是在XML文件中书写复杂逻辑时，容易引发调试和维护难题。

    解决方案：

    • 减少复杂绑定表达式：尽量避免在 XML 中写过于复杂的表达式，将逻辑尽可能地移到 ViewModel 或辅助类中。
    • 使用 BindingAdapter：对于重复和复杂的UI更新逻辑，使用 BindingAdapter 自定义UI的绑定逻辑，避免在XML中堆砌大量表达式。

总结

MVVM 模式虽然能很好地实现业务逻辑和 UI 层的解耦，但它在实际使用中也会带来一些复杂性，如 ViewModel 变得臃肿、状态管理混乱等问题。通过遵循以下实践可以有效规避这些缺点：

  • 遵循单一职责原则，合理拆分业务逻辑。
  • 使用合适的数据流工具（如 StateFlow）替代 LiveData 以更好管理状态。
  • 对复杂的 UI 状态引入状态机等模式，简化状态管理。
  • 确保 ViewModel 的生命周期管理得当，避免内存泄漏和状态不一致问题。
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前端开发
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