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DesignPatternsInsideAndroid.md

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《Android源码设计模式解析与实战》一书

面向对象的六大原则

单例模式

  • 建议实现方式
  • 无参数时，static inner holder class方式：
public class Singleton {
    private Singleton() {
  	  // singleton
    }
    
    public static getInstance() {
  	  return InstanceHolder.sInstance;
    }
    
    private static class InstanceHolder {
  	  private static final Singleton sInstance = new Singleton();
    }
}
  • 有参数时，优化的double check lock (DCL)方式，注意volatile关键字，在JDK1.5及以后，用于解决this指针逃逸问题：
public class Singleton {
    private static volatile Singleton sInstance;
  
    private final Context mContext;
  
    private Singleton(Context context) {
  	    mContext = context;
    }
    
    public static getInstance(Context context) {
          if (sInstance == null) {
              synchronized(Singleton.class) {
                  if (sInstance == null) {
                      sInstance = new Singleton(context);
                  }
              }
          }
          
          return sInstance;
    }
}
在DCL单例实现中，`sInstance = new Singleton(context);`实际上大致会进行三个操作：

1. 为`Singleton`的实例分配内存；
2. 调用`Singleton`的构造函数，初始化成员变量；
3. 把`sInstance`指向新分配的内存空间（此时`sInstance`就不是`null`了）；

由于Java memory model的内存缓存模型（寄存器，cache，主存），以及允许指令重排，在缓存层面，上述三步中后两步顺序是无法保证的，有可能是`1-2-3`，也有可能是`1-3-2`。如果是`1-3-2`，在A线程执行，第三步执行完之后，切换到B线程，则B线程执行`getInstance`时将直接返回`sInstance`，因为B线程将直接命中缓存，但是它的成员变量仍未初始化，一旦使用就会出现问题。

而`volatile`关键字则能保证每次读数据都从主存读取，不会受到缓存的影响，所以B线程从主存读到的仍是null，就不会出现问题了。
  • 安卓系统的实践（部分）
  • 各种system service就是单例，虽然他们使用binder机制和真正的service跨进程通信，但是在本地的proxy就是单例的（APP进程中的单例）；
  • 每个APP都有各种各样的Context，它的实现类是ComtextImpl，它在static代码块中初始化各种system service，并保存在一个map中，后续获取的时候将直接从map中获取；android 23起，初始化system service、缓存、单例逻辑的代码从ContextImpl转移到了SystemServiceRegistry中；
  • LayoutInflater工作原理 + 实现类是PhoneLayoutInflater + 内置view，在xml定义时不用声明完整包名，因为PhoneLayoutInflater在onCreateView函数中会自动为其添加包名前缀 + 最终view的创建都是通过createView函数完成，在其中通过反射创建view实例 + inflate函数会解析xml布局文件，深度优先遍历，逐层创建view（通过createViewFromTag函数），并最终形成一棵view的树

Builder模式

  • AutoValue及其在Android平台的版本AutoParcel，不仅支持immutable，还支持builder模式
  • WindowManager
  • 实现类为WindowManagerImpl
  • Activity, Fragment, Dialog等组建的view显示，都是通过的Window::setContentView()方法来实现的
  • Window是抽象类，其实现类为PhoneWindow，它的setContentView方法，怎么和WindowManager关联起来的？？
  • WindowManager添加、移除view的实现工作在WindowManagerGlobal类中
  • ViewRootImpl是framework层与native层通信的桥梁，继承自Handler
  • WMS只负责管理手机屏幕上View的z-order，即View的图层顺序，WMS管理的是属于某个window下的view

原型模式

  • 在已有对象的基础上构造新对象，通常是clone；clone的效率通常比new的效率高，但不绝对；需要注意深浅拷贝的问题。
  • Intent的查找与匹配
  • 系统启动之后，PackageManagerService会扫描系统内所有的APP，解析其manifest文件，得到所有APP注册的所有各类组件，保存在系统中（内存）；后续使用Intent进行跳转时，通过查找保存的组件信息，得知应该启动哪个APP（组件）；
  • 显式Intent：直接指定了响应Activity；隐式Intent：只指定了Action；
  • 启动Activity时，会向PackageManagerService查询intent对应的activity，在PackageManagerService::queryIntentActivities(...)方法中；

工厂方法

  • 用工厂去创建产品（对象），工厂和产品都可以提供抽象类，具体类，以达到实现解耦的目的
  • Activity的启动过程
  • ActivityThread::main()是app的执行起点 ==>
  • thread.attach(false)把ActivityThread绑定到ActivityManagerService，它调用了ActivityManagerService::attachApplication方法 ==>
  • ActivityManagerService::attachApplication方法中间接调用了ActivityThread.ApplicationThread::bindApplication和ActivityManagerService::attachApplicationLocked，前者把ApplicationThread对象绑定到ActivityManagerService ==>
  • ActivityManagerService::attachApplicationLocked ==>
  • ActivityManagerService::realStartActivityLocked ==>
  • ActivityThread.ApplicationThread::scheduleLaunchActivity ==>
  • ActivityThread.H::handleMessage ==>
  • ActivityThread::handleLaunchActivity ==>
  • ActivityThread::performLaunchActivity ==>
  • Instrumentation::callActivityOnCreate ==>
  • Activity::performCreate ==>
  • Activity::onCreate

抽象工厂

四种角色：抽象的工厂类，定义工厂的接口；具体的工厂类，实现生产产品；抽象的产品类，定义产品的接口；具体的产品类，实现产品的功能；

策略模式

  • 某一需求可以有多种实现算法，将每种算法独立封装，且它们之间可以相互替换（实现相同的接口）。策略模式让算法独立于使用它们的客户端而独立变化。
  • 安卓系统动画原理
  • view.startAnimation()，动画是怎么实现的？随时间改变view属性的值；
  • 整个过程是怎样的？绘制时利用TimeInterpolator获取绘制的时间百分比，再利用TypeEvaluator把百分比计算为属性值，设置给view；
  • 怎么做到随时间流逝持续进行上述过程？ + View::startAnimation(Animation animation)在设置了animation之后，调用invalidate，invalidate最终调用到ViewGroup::drawChild(Canvas canvas, View child, long drawingTime) ==> + View::draw(Canvas canvas, ViewGroup parent, long drawingTime) ==> + View::applyLegacyAnimation(ViewGroup parent, long drawingTime, Animation a, boolean scalingRequired) ==> + applyLegacyAnimation函数中，完成了动画初始化、动画操作、界面刷新（本次动画操作完成后，再次invalidate） + 动画操作在Animator::getTransformation(long currentTime, Transformation outTransformation)函数中实现
  • ValueAnimator原理 + 动画属性都保存在PropertyValuesHolder类中 + ValueAnimator::start()调用后，将会把动画指令发送给内部的ValueAnimator.AnimationHandler类，而handler则使用Choreographer来进行定时的刷新 + 刷新时调用了ValueAnimator::doAnimationFrame(long frameTime) ==> + ValueAnimator::animationFrame(long currentTime) ==> + ValueAnimator::animateValue(float fraction) ==> + 具体实现类（例如ObjectAnimator）的重载中，ObjectAnimator::animateValue(float fraction) ==> + PropertyValuesHolder::setAnimatedValue(Object target)，在其中通过反射，为view设置属性
  • ValueAnimator的代码使用反射工作，设置动画属性时传入的是字符串，容易产生错误，有两个不错的库对这一点进行了优化：ViewAnimator, AnimatorCompat

状态模式

一个对象的行为取决于它的状态，最直接的实现是各个函数中对状态进行判断（if-else或switch），采取不同的行为。状态模式则是把状态抽象为一个类，不同状态下的行为封装为不同的状态实现类。改变对象的状态时，只需要修改其状态对象，即可达到修改其行为的目的。

安卓事件输入系统

  • InputReader，从硬件的事件（CPU中断）中，读取输入事件，并封装为Event对象，然后分发给InputDispatcher
  • InputDispatcher负责接收来自InputReader的事件，并分发给合适的窗口，同时监控ANR
  • InputReaderThread，InputDispatcherThread，InputManager，InputManagerService，WindowManagerService

观察者模式

又称订阅模式，定义了对象间一对多的依赖关系，当特定的对象（subject）变化时，所有依赖它的对象（observer）都会得到通知并自动更新。

  • ListView中的观察者模式
  • 更改adapter数据集之后，会调用notifyDataSetChanged
  • 会调用其内部的observer的onChanged方法
  • 内部的observer是AdapterView的内部类（非静态），其onChanged方法会触发AdapterView重新布局，达到刷新UI的目的
  • BroadcastReceiver中的观察者模式
  • 代码注册receiver过程：registerReceiver ==> ContextWrapper::registerReceiver ==>
  • ContextImpl::registerReceiver ==> ContextImpl::registerReceiverInternal + LoadedApk::getReceiverDispatcher函数创建了一个IIntentReceiver对象（Binder对象） + ActivityManagerNative.getDefault().registerReceiver向ActivityManagerService注册receiver，并把IIntentReceiver传递进去，用于ActivityManagerService通知activity接收广播 ==>
  • ActivityManagerProxy::registerReceiver ===>
  • ActivityManagerService::registerReceiver + sticky处理：如果是sticky intent，最后一次发送此广播的时候，ActivityManagerService会把这个intent保存起来，后面注册相同action的接收器时，就会得到最后一次的广播，并重放 + receiver会保存在ActivityManagerService中，并且会把receiver和filter进行关联
  • 发送广播
  • sendBroadcast会把广播通过binder发送给ActivityManagerService，后者通难过广播的action找到相应的接收器，然后把广播放进自己的消息队列中
  • ActivityManagerService的消息队列循环中会处理这个广播，通过binder分发给注册的ReceiverDispatcher，后者把这个广播放到注册Activity所在线程的消息队列中
  • ReceiverDispatcher的内部类Args在注册Activity所在线程的消息队列循环中处理这个广播，即调用receiver.onReceive
  • ActivityManagerService使用一个map保存了filter与receiver，注册就是加入map，发送就是查询map并完成分发