关于android:深入详解-Jetpack-Compose-实现原理

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本文是 Compose 系列的第二篇文章。在 第一篇文章 中，我曾经论述了 Compose 的长处、Compose 所解决的问题、一些设计决策背地的起因，以及这些内容是如何帮忙开发者的。此外，我还探讨了 Compose 的思维模型、您应如何思考应用 Compose 编写代码，以及如何创立您本人的 API。
 
在本文中，我将着眼于 Compose 背地的工作原理。但在开始之前，我想要强调的是， 应用 Compose 并不一定须要您了解它是如何实现的 。接下来的内容纯正是为了满足您的求知欲而撰写的。

@Composable 注解意味着什么？

如果您曾经理解过 Compose，您大略曾经在一些代码示例中看到过 @Composable 注解。这里有件很重要的事件须要留神—— Compose 并不是一个注解处理器。Compose 在 Kotlin 编译器的类型检测与代码生成阶段依赖 Kotlin 编译器插件工作，所以无需注解处理器即可应用 Compose。

这一注解更靠近于一个语言关键字。作为类比，能够参考 Kotlin 的 suspend 要害 字：

// 函数申明    
suspend fun MyFun() { …}
    
// lambda 申明
val myLambda = suspend {…}
    
// 函数类型
fun MyFun(myParam: suspend () -> Unit) {…}

Kotlin 的 suspend 关键字 实用于处理函数类型：您能够将函数、lambda 或者函数类型申明为 suspend。Compose 与其工作形式雷同：它能够扭转函数类型。

// 函数申明
@Composable fun MyFun() { …}

// lambda 申明
val myLambda = @Composable {…}

// 函数类型
fun MyFun(myParam: @Composable () -> Unit) {…}

这里的重点是， 当您应用 @Composable 注解一个函数类型时，会导致它类型的扭转 ：未被注解的雷同函数类型与注解后的类型互不兼容。同样的，挂起 (suspend) 函数须要调用上下文作为参数，这意味着您只能在其余挂起函数中调用挂起函数：

fun Example(a: () -> Unit, b: suspend () -> Unit) {a() // 容许
   b() // 不容许}

suspend
fun Example(a: () -> Unit, b: suspend () -> Unit) {a() // 容许
   b() // 容许}

Composable 的工作形式与其雷同。这是因为咱们须要一个贯通所有的上下文调用对象。

fun Example(a: () -> Unit, b: @Composable () -> Unit) {a() // 容许
   b() // 不容许}

@Composable 

fun Example(a: () -> Unit, b: @Composable () -> Unit) {a() // 容许
   b() // 容许}

 

执行模式

所以，咱们正在传递的调用上下文到底是什么？还有，咱们为什么须要传递它？

咱们将其称之为“Composer”。Composer 的实现蕴含了一个与 Gap Buffer (间隙缓冲区) 密切相关的数据结构，这一数据结构通常利用于文本编辑器。

间隙缓冲区是一个含有以后索引或游标的汇合，它在内存中应用扁平数组 (flat array) 实现。这一扁平数组比它代表的数据汇合要大，而那些没有应用的空间就被称为间隙。

一个正在执行的 Composable 的层级构造能够应用这个数据结构，而且咱们能够在其中插入一些货色。

让咱们假如曾经实现了层级构造的执行。在某个时候，咱们会重新组合一些货色。所以咱们将游标重置回数组的顶部并再次遍历执行。在咱们执行时，能够抉择仅仅查看数据并且什么都不做，或是更新数据的值。

咱们兴许会决定扭转 UI 的构造，并且心愿进行一次插入操作。在这个时候，咱们会把间隙挪动至以后地位。

当初，咱们能够进行插入操作了。

在理解此数据结构时，很重要的一点是除了挪动间隙，它的所有其余操作包含获取 (get)、挪动 (move)、插入 (insert)、删除 (delete) 都是常数工夫操作。挪动间隙的工夫复杂度为 O(n)。咱们抉择这一数据结构是因为 UI 的构造通常不会频繁地扭转。当咱们解决动静 UI 时，它们的值尽管产生了扭转，却通常不会频繁地扭转构造。当它们的确须要扭转构造时，则很可能须要做出大块的改变，此时进行 O(n) 的间隙挪动操作便是一个很正当的衡量。

让咱们来看一个计数器示例：

@Composable
fun Counter() {var count by remember { mutableStateOf(0) }
 Button(
   text="Count: $count",
   onPress={count += 1}
 )
}

这是咱们编写的代码，不过咱们要看的是编译器做了什么。

当编译器看到 Composable 注解时，它会在函数体中插入额定的参数和调用。

首先，编译器会增加一个 composer.start 办法的调用，并向其传递一个编译时生成的整数 key。

fun Counter($composer: Composer) {$composer.start(123)
 var count by remember {mutableStateOf(0) }
 Button(
   text="Count: $count",
   onPress={count += 1}
 )
 $composer.end()}

编译器也会将 composer 对象传递到函数体里的所有 composable 调用中。

fun Counter($composer: Composer) {$composer.start(123)
 var count by remember($composer) {mutableStateOf(0) }
 Button(
   $composer,
   text="Count: $count",
   onPress={count += 1},
 )
 $composer.end()}

当此 composer 执行时，它会进行以下操作：

  • Composer.start 被调用并存储了一个组对象 (group object)
  • remember 插入了一个组对象
  • mutableStateOf 的值被返回，而 state 实例会被存储起来
  • Button 基于它的每个参数存储了一个分组

最初，当咱们达到 composer.end 时：

数据结构当初曾经持有了来自组合的所有对象，整个树的节点也曾经依照深度优先遍历的执行顺序排列。

当初，所有这些组对象曾经占据了很多的空间，它们为什么要占据这些空间呢？这些组对象是用来治理动静 UI 可能产生的挪动和插入的。编译器晓得哪些代码会扭转 UI 的构造，所以它能够有条件地插入这些分组。大部分状况下，编译器不须要它们，所以它不会向插槽表 (slot table) 中插入过多的分组。为了阐明一这点，请您查看以下条件逻辑：

@Composable fun App() {val result = getData()
 if (result == null) {Loading(...)
 } else {Header(result)
   Body(result)
 }
}

在这个 Composable 函数中，getData 函数返回了一些后果并在某个状况下绘制了一个 Loading composable 函数；而在另一个状况下，它绘制了 Header 和 Body 函数。编译器会在 if 语句的每个分支间插入分隔关键字。

fun App($composer: Composer) {val result = getData()
 if (result == null) {$composer.start(123)
   Loading(...)
   $composer.end()} else {$composer.start(456)
   Header(result)
   Body(result)
   $composer.end()}
}

让咱们假如这段代码第一次执行的后果是 null。这会使一个分组插入空隙并运行载入界面。

函数第二次执行时，让咱们假如它的后果不再是 null，这样一来第二个分支就会执行。这里便是它变得乏味的中央。

对 composer.start 的调用有一个 key 为 456 的分组。编译器会看到插槽表中 key 为 123 分组与之并不匹配，所以此时它晓得 UI 的构造产生了扭转。

于是编译器将缝隙挪动至以后游标位置并使其在以前 UI 的地位进行扩大，从而无效地打消了旧的 UI。

此时，代码曾经会像个别的状况一样执行，而且新的 UI —— header 和 body —— 也已被插入其中。

在这种状况下，if 语句的开销为插槽表中的单个条目。通过插入单个组，咱们能够在 UI 中任意实现控制流，同时启用编译器对 UI 的治理，使其能够在解决 UI 时利用这品种缓存的数据结构。

这是一种咱们称之为 Positional Memoization 的概念，同时也是自创立伊始便贯通整个 Compose 的概念。

Positional Memoization (地位记忆化)

通常，咱们所说的全局记忆化，指的是编译器基于函数的输出缓存了其后果。上面是一个正在执行计算的函数，咱们用它作为地位记忆化的示例：

@Composable
fun App(items: List<String>, query: String) {val results = items.filter { it.matches(query) }
 // ...
}

该函数接管一个字符串列表与一个要查找的字符串，并在接下来对列表进行了过滤计算。咱们能够将该计算包装至对 remember 函数的调用中——remember 函数晓得如何利用插槽列表。remember 函数会查看列表中的字符串，同时也会存储列表并在插槽表中对其进行查问。过滤计算会在之后运行，并且 remember 函数会在后果传回之前对其进行存储。

函数第二次执行时，remember 函数会查看新传入的值并将其与旧值进行比照，如果所有的值都没有产生扭转，过滤操作就会在跳过的同时将之前的后果返回。这便是地位记忆化。

乏味的是，这一操作的开销非常低廉：编译器必须存储一个先前的调用。这一计算能够产生在您的 UI 的各个中央，因为您是基于地位对其进行存储，因而只会为该地位进行存储。

上面是 remember 的函数签名，它能够接管任意多的输出与一个 calculation 函数。

@Composable
fun <T> remember(vararg inputs: Any?, calculation: () -> T): T

不过，这里没有输出时会产生一个乏味的进化状况。咱们能够成心误用这一 API，比方记忆一个像 Math.random 这样不输入稳固后果的计算：

@Composable fun App() {val x = remember { Math.random() }
 // ...
}

应用全局记忆化来进行这一操作将不会有任何意义，但如果换做应用地位记忆化，此操作将最终呈现出一种新的语义。每当咱们在 Composable 层级中应用 App 函数时，都将会返回一个新的 Math.random 值。不过，每次 Composable 被重新组合时，它将会返回雷同的 Math.random 值。这一个性使得长久化成为可能，而长久化又使得状态成为可能。

存储参数

上面，让咱们用 Google Composable 函数来阐明 Composable 是如何存储函数的参数的。这个函数接管一个数字作为参数，并且通过调用 Address Composable 函数来绘制地址。

@Composable fun Google(number: Int) {
 Address(
   number=number,
   street="Amphitheatre Pkwy",
   city="Mountain View",
   state="CA"
   zip="94043"
 )
}
 
@Composable fun Address(
 number: Int,
 street: String,
 city: String,
 state: String,
 zip: String
) {Text("$number $street")
 Text(city)
 Text(",")
 Text(state)
 Text(" ")
 Text(zip)
}

Compose 将 Composable 函数的参数存储在插槽表中。在本例中，咱们能够看到一些冗余：Address 调用中增加的“Mountain View”与“CA”会在上面的文本调用被再次存储，所以这些字符串会被存储两次。

咱们能够在编译器级为 Composable 函数增加 static 参数来打消这种冗余。

fun Google(
 $composer: Composer,
 $static: Int,
 number: Int
) {
 Address(
   $composer,
   0b11110 or ($static and 0b1),
   number=number,
   street="Amphitheatre Pkwy",
   city="Mountain View",
   state="CA"
   zip="94043"
 )
}

本例中，static 参数是一个用于批示运行时是否晓得参数不会扭转的位字段。如果已知一个参数不会扭转，则无需存储该参数。所以这一 Google 函数示例中，编译器传递了一个位字段来示意所有参数都不会产生扭转。

接下来，在 Address 函数中，编译器能够执行雷同的操作并将参数传递给 text。

fun Address(
  $composer: Composer,
  $static: Int,
  number: Int, street: String, 
  city: String, state: String, zip: String
) {Text($composer, ($static and 0b11) and (($static and 0b10) shr 1), "$number $street")
  Text($composer, ($static and 0b100) shr 2, city)
  Text($composer, 0b1, ",")
  Text($composer, ($static and 0b1000) shr 3, state)
  Text($composer, 0b1, " ")
  Text($composer, ($static and 0b10000) shr 4, zip)
}

这些位操作逻辑难以浏览且令人困惑，但咱们也没有必要了解它们：编译器擅长于此，而人类则不然。

在 Google 函数的实例中，咱们看到这里不仅有冗余，而且有一些常量。事实证明，咱们也不须要存储它们。这样一来，number 参数便能够决定整个层级，它也是惟一一个须要编译器进行存储的值。

有赖于此，咱们能够更进一步，生成能够了解 number 是惟一一个会产生扭转的值的代码。接下来这段代码能够在 number 没有产生扭转时间接跳过整个函数体，而咱们也能够领导 Composer 将以后索引挪动至函数曾经执行到的地位。

fun Google(
 $composer: Composer,
 number: Int
) {if (number == $composer.next()) {
   Address(
     $composer,
     number=number,
     street="Amphitheatre Pkwy",
     city="Mountain View",
     state="CA"
     zip="94043"
   )
 } else {$composer.skip()
 }
}

Composer 晓得快进至须要复原的地位的间隔。

重组

为了解释重组是如何工作的，咱们须要回到计数器的例子：

fun Counter($composer: Composer) {$composer.start(123)
 var count = remember($composer) {mutableStateOf(0) }
 Button(
   $composer,
   text="Count: ${count.value}",
   onPress={count.value += 1},
 )
 $composer.end()}

编译器为 Counter 函数生成的代码含有一个 composer.start 和一个 compose.end。每当 Counter 执行时，运行时就会了解：当它调用 count.value 时，它会读取一个 appmodel 实例的属性。在运行时，每当咱们调用 compose.end，咱们都能够抉择返回一个值。

$composer.end()?.updateScope { nextComposer ->
 Counter(nextComposer)
}

接下来，咱们能够在该返回值上应用 lambda 来调用 updateScope 办法，从而通知运行时在有须要时如何重启以后的 Composable。这一办法等同于 LiveData 接管的 lambda 参数。在这里应用问号的起因——可空的起因——是因为如果咱们在执行 Counter 的过程中不读取任何模型对象，则没有理由通知运行时如何更新它，因为咱们晓得它永远不会更新。

最初

您肯定要记得的重要一点是，这些细节中的绝大部分只是实现细节。与规范的 Kotlin 函数相比，Composable 函数具备不同的行为和性能。有时候了解如何实现非常有用，然而将来 Composable 函数的行为与性能不会扭转，而实现则有可能发生变化。

同样的，Compose 编译器在某些情况下能够生成更为高效的代码。随着工夫流逝，咱们也期待优化这些改良。

正文完
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发表至： android
2020-10-31
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