Android性能优化之ViewPagers + Fragment缓存优化

2024-04-02 19:55

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前言

大家看标题，可能会有点儿懵，什么是ViewPagers，因为在很久之前，我们使用的都是ViewPager，但是现在更多的是在用ViewPager2，因此用ViewPagers（ViewPager、ViewPager2）来代替两者，主要介绍两者的区别。

ViewPagers嵌套Fragment架构，在我们常用的App中随处可见，抖音的首页、各大电商app首页（淘宝、京东、拼多多）等，通过左右滑动切换Tab；但因为ViewPager的预加载机制存在，

我们先看下ViewPager的源码：

public void setOffscreenPageLimit(int limit) {
    if (limit < DEFAULT_OFFSCREEN_PAGES) {
        Log.w(TAG, "Requested offscreen page limit " + limit + " too small; defaulting to "
                + DEFAULT_OFFSCREEN_PAGES);
        limit = DEFAULT_OFFSCREEN_PAGES;
    }
    if (limit != mOffscreenPageLimit) {
        mOffscreenPageLimit = limit;
        populate();
    }
}

当我们设置offscreenPageLimit（离屏加载）的数值时，我们可以看到limit的值是有限制，不能小于DEFAULT_OFFSCREEN_PAGES

private static final int DEFAULT_OFFSCREEN_PAGES = 1;

那么就意味着ViewPager默认支持预加载，我们看下面这张图

如果红色区域默认为首页，根据ViewPager默认预加载的阈值，那么左右两边的页面同样也会被加载，如果有网络请求，也就是说，我们没有打开左边的页面，它已经默认进行了网络请求，这种体验是非常差的，因为会在暗地里消耗流量。

理想情况下，我们需要的是打开某个页面的时候才去加载，这里就需要通过懒加载的方式优化。

1 ViewPager懒加载优化

1.1 ViewPager的缓存机制

很多时候，我们在使用Fragment的时候，发现打开过的页面再回来，页面没有重建刷新，很多人觉得是Fragment是有缓存的，其实并不是Fragment有缓存，而是ViewPager具备缓存能力；

如果有小伙伴使用过单Activity + 多Fragment架构的时候就会发现，打开过的页面再次返回的时候，Fragment会被重建，所以两种架构都有利弊，关键看我们怎么选择，下面我们看下ViewPager的缓存机制。

public void setAdapter(@Nullable PagerAdapter adapter) {
    if (mAdapter != null) {
        ①
        mAdapter.setViewPagerObserver(null);
        mAdapter.startUpdate(this);
        for (int i = 0; i < mItems.size(); i++) {
            final ItemInfo ii = mItems.get(i);
            mAdapter.destroyItem(this, ii.position, ii.object);
        }
        mAdapter.finishUpdate(this);
        mItems.clear();
        removeNonDecorViews();
        mCurItem = 0;
        scrollTo(0, 0);
    }
    ②
    final PagerAdapter oldAdapter = mAdapter;
    mAdapter = adapter;
    mExpectedAdapterCount = 0;

    ③
    if (mAdapter != null) {
        if (mObserver == null) {
            mObserver = new PagerObserver();
        }
        mAdapter.setViewPagerObserver(mObserver);
        mPopulatePending = false;
        final boolean wasFirstLayout = mFirstLayout;
        mFirstLayout = true;
        mExpectedAdapterCount = mAdapter.getCount();
        if (mRestoredCurItem >= 0) {
            mAdapter.restoreState(mRestoredAdapterState, mRestoredClassLoader);
            setCurrentItemInternal(mRestoredCurItem, false, true);
            mRestoredCurItem = -1;
            mRestoredAdapterState = null;
            mRestoredClassLoader = null;
        } else if (!wasFirstLayout) {
            ④
            populate();
        } else {
            ⑤
            requestLayout();
        }
    }

    // Dispatch the change to any listeners
    if (mAdapterChangeListeners != null && !mAdapterChangeListeners.isEmpty()) {
        for (int i = 0, count = mAdapterChangeListeners.size(); i < count; i++) {
            mAdapterChangeListeners.get(i).onAdapterChanged(this, oldAdapter, adapter);
        }
    }
}

核心方法就是setAdapter，像RecyclerView一样，因为会有缓存，所以当页面滑动的时候，如果缓存中存在页面，那么就会从缓存中取，如果没有，就需要去创建新的页面，所以我们先来关注一下PagerAdapter

public abstract class PagerAdapter {
    private final DataSetObservable mObservable = new DataSetObservable();
    private DataSetObserver mViewPagerObserver;

    public static final int POSITION_UNCHANGED = -1;
    public static final int POSITION_NONE = -2;

    public abstract int getCount();
    //开始更新
    public void startUpdate(@NonNull ViewGroup container) {
        startUpdate((View) container);
    }
    //初始化页面
    @NonNull
    public Object instantiateItem(@NonNull ViewGroup container, int position) {
        return instantiateItem((View) container, position);
    }
    //销毁页面
    public void destroyItem(@NonNull ViewGroup container, int position, @NonNull Object object) {
        destroyItem((View) container, position, object);
    }
    //结束刷新
    public void finishUpdate(@NonNull ViewGroup container) {
        finishUpdate((View) container);
    }
}

PagerAdapter是一个抽象类，那么这些方法肯定是具体实现类实现，如果我们在使用ViewPager嵌套Fragment的时候，使用的是FragmentPageAdapter

接着回到setAdapter方法中：

①：有一个全局变量 mAdapter，如果是第一个加载进来，那么mAdapter是空的，走到②
②：这里就是将我们传入的adapter给mAdapter赋值
③：这个时候mAdapter不为空，这里需要关注几个参数：

wasFirstLayout = true
mRestoredCurItem = -1

所以这里直接走到⑤，调用requestLayout方法，会执行到onMeasure，在这个方法中，会执行populate方法（这个大家自己去爬楼）

populate干了什么呢？代码太多了就不贴出来了，直接上图：

如果是默认缓存（mOffscreenPageLimit = 1），那么在mItems就会缓存3个Fragment

private final ArrayList<ItemInfo> mItems = new ArrayList<ItemInfo>();

当页面滑动时，page2成为了当前页，那么ViewPager的populate做了什么操作呢？

（1）首先page3会被预加载，这个时候调用了PagerAdapter的instantiateItem方法新建页面，并放在mItems集合中，并且设置为不可见的状态（setUserVisibleHint(false)）,所有缓存中不可见的页面同理（2）page1就会从缓存中移除，调用了PagerAdapter的destroyItem方法，curPage会成为mItems中第一个缓存对象；
（3）将page2设置为当前展示的Fragment

因此populate干的主要工作就是，随着页面的滑动，将Page从缓存中移除销毁，或者将新页面新建加入缓存中。

1.2 ViewPager懒加载方案

如上所述，ViewPager默认就是开启预加载的，而且默认最多能够缓存3个Fragment页面，那么为了避免流量的消耗，需要我们针对预加载这种情况进行页面懒加载，只有当页面可见的时候，才能加载数据。

class MainLazyLoadAdapter(
    fragmentManager: FragmentManager,
    val fragments:MutableList<Fragment>
) : FragmentPagerAdapter(fragmentManager) {
    override fun getCount(): Int {
        return fragments.size
    }

    override fun getItem(position: Int): Fragment {
        return fragments[position]
    }
}

class LazyFragment(val index:Int) : Fragment() {

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        Log.e("TAG","LazyFragment $index onCreate")
    }

    override fun onCreateView(
        inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?,
        savedInstanceState: Bundle?
    ): View? {
        Log.e("TAG","LazyFragment $index onCreateView")
        return inflater.inflate(R.layout.fragment_lazy, container, false)
    }

}

val fragments = mutableListOf<Fragment>()
for (index in 0..5) {
    fragments.add(LazyFragment(index))
}
vp_lazy_load.adapter = MainLazyLoadAdapter(supportFragmentManager, fragments)

首先我们先看默认预加载状态，验证之前源码中的原理：

//第一次进来
2022-08-28 13:41:15.759 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 13:41:15.760 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView
2022-08-28 13:41:15.783 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreate
2022-08-28 13:41:15.784 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView

我们看到第一次进来，第二个Fragment被加载进来，然后右滑，第三个Fragment被加载

2022-08-28 13:41:15.759 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 13:41:15.760 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView
2022-08-28 13:41:15.783 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreate
2022-08-28 13:41:15.784 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView
2022-08-28 13:48:45.248 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreate
2022-08-28 13:48:45.250 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreateView

当我们滑到第4个Fragment的时候，左滑回到第3个Fragment，发现并没有重建是因为缓存的原因，因为滑到第4个Fragment的时候，第2个Fragment已经被销毁了，再回到第3个Fragment的时候，第2个Fragment被重建，走了onCreateView方法

2022-08-28 13:41:15.759 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 13:41:15.760 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView
2022-08-28 13:41:15.783 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreate
2022-08-28 13:41:15.784 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView
2022-08-28 13:48:45.248 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreate
2022-08-28 13:48:45.250 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreateView
2022-08-28 13:50:00.439 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 3 onCreate
2022-08-28 13:50:00.440 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 3 onCreateView
2022-08-28 13:50:01.344 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 4 onCreate
2022-08-28 13:50:01.345 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 4 onCreateView
2022-08-28 13:50:03.315 12677-12677/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView

首先我们先看下，Adapter重建Fragment的时候的核心代码

public Object instantiateItem(@NonNull ViewGroup container, int position) {
    if (mCurTransaction == null) {
        mCurTransaction = mFragmentManager.beginTransaction();
    }

    final long itemId = getItemId(position);

    // Do we already have this fragment?
    String name = makeFragmentName(container.getId(), itemId);
    Fragment fragment = mFragmentManager.findFragmentByTag(name);
    if (fragment != null) {
        if (DEBUG) Log.v(TAG, "Attaching item #" + itemId + ": f=" + fragment);
        mCurTransaction.attach(fragment);
    } else {
        fragment = getItem(position);
        if (DEBUG) Log.v(TAG, "Adding item #" + itemId + ": f=" + fragment);
        mCurTransaction.add(container.getId(), fragment,
                makeFragmentName(container.getId(), itemId));
    }
    if (fragment != mCurrentPrimaryItem) {
        fragment.setMenuVisibility(false);
        if (mBehavior == BEHAVIOR_RESUME_ONLY_CURRENT_FRAGMENT) {
            mCurTransaction.setMaxLifecycle(fragment, Lifecycle.State.STARTED);
        } else {
            //关键代码
            fragment.setUserVisibleHint(false);
        }
    }

    return fragment;
}

我们可以看到，当前Fragment如果被创建但是没有在当前页面展示的时候，调用了fragment.setUserVisibleHint(false)，也就是说setUserVisibleHint能够监听当前Fragment是否可见

所以我们对Fragment进行改造：

class LazyFragment(val index:Int) : Fragment() {

    //判断当前页面是否可见
    private var isShow = false
    //判断页面是否创建成功
    private var isViewCreated = false

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        Log.e("TAG","LazyFragment $index onCreate")
    }
    override fun onCreateView(
        inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?,
        savedInstanceState: Bundle?
    ): View? {
        Log.e("TAG","LazyFragment $index onCreateView")
        return inflater.inflate(R.layout.fragment_lazy, container, false)
    }
    override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onViewCreated(view, savedInstanceState)
        isViewCreated = true
        lazyLoad()
    }
    override fun setUserVisibleHint(isVisibleToUser: Boolean) {
        super.setUserVisibleHint(isVisibleToUser)
        Log.e("TAG","LazyFragment $index isVisibleToUser $isVisibleToUser")
        if(isVisibleToUser){
            isShow = true
            //才有资格去懒加载
            lazyLoad()
        }else{
            isShow = false
        }
    }
    private fun lazyLoad() {
        if(isViewCreated && isShow){
            Log.e("TAG","Fragment $index loadData")
        }
    }
    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        isViewCreated = false
        isShow = false
    }
}

如果按照之前的方式，当调用onViewCreated方法的时候，我们就会加载数据；做了懒加载处理之后，重写了setUserVisibleHint方法，当前页面可见的时候，才有资格去加载数据，这样即便创建了Fragment，但是如果不可见就不会加载数据

2022-08-28 14:06:29.776 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 isVisibleToUser false
2022-08-28 14:06:29.776 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 isVisibleToUser false
2022-08-28 14:06:29.776 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 isVisibleToUser true
2022-08-28 14:06:29.782 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 14:06:29.783 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView
2022-08-28 14:06:29.796 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: Fragment 0 loadData
2022-08-28 14:06:29.805 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreate
2022-08-28 14:06:29.805 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView
2022-08-28 14:06:59.395 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 isVisibleToUser false
2022-08-28 14:06:59.396 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 isVisibleToUser false
2022-08-28 14:06:59.396 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 isVisibleToUser true
2022-08-28 14:06:59.396 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: Fragment 1 loadData
2022-08-28 14:06:59.399 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreate
2022-08-28 14:06:59.400 25904-25904/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreateView

通过日志我们可以看到，当首次进入的时候，虽然Fragment 1 被创建了，但是并没有加载数据。

这里有个问题，既然可见之后就能加载数据，那么我只在setUserVisibleHint的时候，判断是否可见来去加载数据？

其实是不可以的，通过日志我们能够发现，setUserVisibleHint是早于onCreate方法调用的，也就是说在页面还没有创建时，去加载数据有可能导致页面元素找不到发生空指针异常。

2 ViewPager2与ViewPager的区别

上一小节，我们介绍了ViewPager的加载机制和缓存机制，那么我们把整套页面搬过来，唯一发生变化的就是将ViewPager转换为ViewPager2

class MainLazyLoadAdapter2(
    activity: FragmentActivity,
    val fragments: MutableList<Fragment>
) : FragmentStateAdapter(activity) {
    override fun getItemCount(): Int {
        return fragments.size
    }
    override fun createFragment(position: Int): Fragment {
        return fragments[position]
    }

}

ViewPager2的适配器使用的是FragmentStateAdapter，因为FragmentStateAdapter继承了RecyclerView.Adapter，因此支持了横向滑动和竖向滑动

val fragments = mutableListOf<Fragment>()
for (index in 0..5) {
    fragments.add(LazyFragment(index))
}
vp_lazy_load = findViewById(R.id.vp_lazy_load)
vp_lazy_load.adapter = MainLazyLoadAdapter2(this, fragments)

用同样的方式设置了适配器，我们看下日志输出，就会发现，咦？怎么跟ViewPager不一样了

2022-08-28 14:47:11.790 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 14:47:11.792 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView

刚进来的时候，只有Fragment 1 加载了页面，并没有新建缓存页面，当我滑动到下一页的时候，也只有下一页的页面进行了重建

2022-08-28 14:47:11.790 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 14:47:11.792 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView
2022-08-28 14:47:13.948 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreate
2022-08-28 14:47:13.948 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView

ViewPager2没有预加载机制吗？这里我们就需要看源码了，直接奔向setOffscreenPageLimit方法，我们看到跟ViewPager的setOffscreenPageLimit方法是不一样的

public void setOffscreenPageLimit(@OffscreenPageLimit int limit) {
    if (limit < 1 && limit != OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT) {
        throw new IllegalArgumentException(
                "Offscreen page limit must be OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT or a number > 0");
    }
    mOffscreenPageLimit = limit;
    // Trigger layout so prefetch happens through getExtraLayoutSize()
    mRecyclerView.requestLayout();
}

public static final int OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT = -1;

这里的判断条件 limit < 1 && limit != OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT，有一个数值能够通过，就是-1，这就意味着，ViewPager2默认是不支持预加载的

但是ViewPager2的缓存策略还是存在，因为继承了RecyclerView的Adapter，所以缓存复用机制是跟RecyclerView一致的，默认mViewCaches缓存池的大小是3

2022-08-28 15:30:00.579 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 15:30:00.579 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView
2022-08-28 15:30:03.883 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreate
2022-08-28 15:30:03.884 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 1 onCreateView
2022-08-28 15:30:05.064 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreate
2022-08-28 15:30:05.064 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 2 onCreateView
2022-08-28 15:30:08.997 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 3 onCreate
2022-08-28 15:30:08.997 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 3 onCreateView
2022-08-28 15:30:20.005 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreate
2022-08-28 15:30:20.005 15514-15514/com.lay.image_process E/TAG: LazyFragment 0 onCreateView

当我们滑动到第4个Fragment的时候，注意这里跟ViewPager不一样的是，ViewPager的缓存是缓存当前页的左右两边，但是ViewPager2就是RecyclerView的缓存机制，顺序缓存；

当滑动到第4个Fragment的时候，因为缓存池大小为3，因此LazyFragment 0 就会从缓存池中移除，当再次滑动到LazyFragment 0的时候，就会重建！

所以当我们还在思考如何针对ViewPager的预加载机制做懒加载操作时，请将项目中的ViewPager迁移至ViewPager2

附录：

当你的项目中还在使用ViewPager时，建议使用当前这个懒加载框架

abstract class BaseLazyFragment<VM : ViewModel, VB : ViewBinding> : Fragment() {
    private lateinit var viewModel: VM
    private lateinit var binding: VB

    private var isShow = false
    private var isViewCreated = false
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        viewModel = getViewModelInstance()
        binding = getLayoutInflate(layoutInflater)
    }

    override fun onCreateView(
        inflater: LayoutInflater,
        container: ViewGroup?,
        savedInstanceState: Bundle?
    ): View? {
        return binding.root
    }
    override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onViewCreated(view, savedInstanceState)
        initView()
        isViewCreated = true
        lazyLoad()
    }
    override fun setUserVisibleHint(isVisibleToUser: Boolean) {
        super.setUserVisibleHint(isVisibleToUser)
        if (isVisibleToUser) {
            isShow = true
            lazyLoad()
        } else {
            isShow = false
        }
    }
    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        isShow = false
        isViewCreated = false
    }
    private fun lazyLoad() {
        if (isShow && isViewCreated) {
            initData()
        }
    }
    open fun initData() {}
    open fun initView() {}
    abstract fun getViewModelInstance(): VM
    abstract fun getLayoutInflate(layoutInflater: LayoutInflater): VB
}

使用方式：

class LazyFragment(val index:Int) : BaseLazyFragment<MainVM,FragmentLazy2Binding>() {
    override fun initData() {
        super.initData()
        Log.e("TAG","LazyFragment $index initData -- ")
    }
    override fun getViewModelInstance(): MainVM {
        return MainVM()
    }
    override fun getLayoutInflate(layoutInflater: LayoutInflater): FragmentLazy2Binding {
        return FragmentLazy2Binding.inflate(layoutInflater)
    }
}

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