前言

在之前的文章里有分析过Activity、Fragment、View之间的关联，也简单分析了Fragment的原理。
本篇将对Fragment被高频使用的场景以及一些坑点作分析，通过本篇文章，你将了解到：

1. 老生常谈：为什么需要Fragment?
2. Fragment 的生命周期与重建流程
3. Fragment add/remove/replace/hide/show的快速理解
4. Fragment与ViewModel的结合
5. DialogFragment(Dialog和Fragment的结晶)
6. ViewPager2(Fragment与RecyclerView的结晶)

1. 老生常谈：为什么需要Fragment?

先看Activity、Fragment、View三者的关系：

Activity 拥有生命周期，但是需要和AMS通信(跨进程)，比较臃肿。
View 不需要和AMS通信，但没有生命周期，不好处理复杂的逻辑(如网络请求数据渲染到View上)。
而Fragment介于两者之间，它拥有生命周期(借助于Activity)，无需与AMS通信，速度快。

Fragment更多时候充当着中介的作用：

将Activity里复杂的UI逻辑分离出来放到Fragment里，将对View复杂的操作分离到Fragment里。

一言蔽之，使用Fragment的理由：

1. 无需跨进程，轻量级
2. 拥有生命周期

2. Fragment 的生命周期与重建流程

与Activity生命周期对比

Fragment创建分为动态和静态，以动态创建Fragment为例分析：

这么看Fragment生命周期的回调方法比Activity更多，还好大部分是成对出现有迹可循。
通常情况下，我们只需要重写onCreateView()，提供自定义界面就好。

Fragment 重建流程

现象

先看简单Demo：在Activity的onCreate里添加Fragment:

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.layout_fragment )
        val fragment = FishPureFragment()
        fragment.arguments = Bundle().apply {
            putString("hello", "fragment:${count++}")
        }
        supportFragmentManager.beginTransaction().add(R.id.root, fragment).commitNow()
    }

Activity 显示的同时Fragment也显示了，一切看起来很正常，此时我们将手机横竖屏切换一下：

可以看出，随着横竖屏的切换，创建的Fragment越来越多。
此种重建现象在很多场景下并不符合需求，比如进入Activity后拉取接口并显示弹窗，若使用DialogFragment展示弹窗，则Activity重建后会出现多个弹窗。

原理

我们知道，Fragment的生命周期依赖于Activity，当横竖屏切换时候Activity进行了重建，同时会查看关联该Activity的所有Fragment是否需要重建，若是则进行重建。
第一次显示Fragment后，横竖屏切换导致Activity重建，此时也会重建Fragment，而在Activity.onCreate()里又新建了Fragment，因此此时Activity里关联了2个Fragment。

核心点在于红色部分：

1. Activity 销毁时保存Fragment状态
2. Activity 重建时根据状态恢复并展示Fragment

除了横竖屏会导致Activity重建，其它配置项变更、系统内存紧张kill掉Activity等也会引起Activity重建
更详细请移步：Android onSaveInstanceState/onRestoreInstanceState 原来要这么理解

Fragment重建引发的Crash

和Activity等四大组件不一样的是：我们可以直接创建Fragment实例。
若是我们重写了Fragment默认构造函数：

class FishPureFragment(val str:String):Fragment() 

在Fragment重建的时候会Crash：

    java.lang.RuntimeException: Unable to start activity ComponentInfo{com.fish.kotlindemo/com.fish.kotlindemo.fragment.dialogFragment.FishFragmentActivity}: androidx.fragment.app.Fragment$InstantiationException: Unable to instantiate fragment com.fish.kotlindemo.fragment.dialogFragment.FishPureFragment: could not find Fragment constructor

原因是Fragment重建时会去寻找默认构造函数构造新的实例，而我们重写了构造函数，此时已经不存在默认的无参构造函数，当然会Crash。
因此，通常来说无需重写Fragment构造函数，若是想要传递参数给Fragment，可使用Fragment.setArguments()。

如何禁止Fragment重建

有以下几种方式：
第一种：
既然是Activity重建引发的Fragment重建，那么釜底抽薪，禁止Activity重建。
比如禁止屏幕旋转时重建Activity，可以在AndroidManifest.xml里配置：

android:configChanges="orientation|screenSize"

第二种：
不想改配置，也可以从Activity保存的状态入手，Frament重建依赖于恢复状态：

    //FragmentActivity.java
    private void init() {
        addOnContextAvailableListener(new OnContextAvailableListener() {
            @Override
            public void onContextAvailable(@NonNull Context context) {
                //Activity.onCreate里会调用此方法
                mFragments.attachHost(null /*parent*/);
                //找到需要恢复的Fragment状态
                Bundle savedInstanceState = getSavedStateRegistry()
                        .consumeRestoredStateForKey(FRAGMENTS_TAG);

                if (savedInstanceState != null) {
                    //不为空则进行Fragment恢复，重建
                    Parcelable p = savedInstanceState.getParcelable(FRAGMENTS_TAG);
                    mFragments.restoreSaveState(p);
                }
            }
        });
    }

也就是说只要恢复状态为空，那么Fragment就不会进行重建，而该状态是从Activity.onCreate(Bundle)里传递过来的，因此只需要在Activity里进行如下设置：

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
//        super.onCreate(savedInstanceState)
        //状态置空
        super.onCreate(null)
        setContentView(R.layout.layout_fragment )
        val fragment = FishPureFragment()
        fragment.arguments = Bundle().apply {
            putString("hello", "fragment:${count++}")
        }
        supportFragmentManager.beginTransaction().add(R.id.root, fragment).commitNow()
    }

从super.onCreate(savedInstanceState)替换为super.onCreate(null)。

第三种：
将Activity下的所有恢复状态置空有点粗暴了，会影响到其它组件如View的恢复，而我们仅仅只需要禁止Fragment重建，使用如下方式：

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        savedInstanceState?.let {
            it.getBundle("androidx.lifecycle.BundleSavedStateRegistry.key")?.remove("android:support:fragments");
        }
    }

注：此种方式与系统实现版本有关，有些版本取不到value

3. Fragment add/remove/replace/hide/show的快速理解

add

添加一个Fragment实例到Fragment管理栈里，此间Fragment生命周期经历了从onAttach()逐渐到onActivityCreated()。
此时Fragment所绑定的布局(View)已经添加到指定的父布局里了。

当管理栈里已有一个Fragment实例：Fragment1，此时再往里面添加Fragment2，Fragment2入栈并将其绑定的布局添加到父布局里。
依据父布局属性不同，有不同的展示方式：

1. 若父布局是FrameLayout，则Fragment2绑定的布局将会覆盖Fragment1绑定的布局。
2. 若父布局是LinearLayout，则Fragment2绑定的布局将会添加到Fragment1绑定的布局左边/右边。

remove

将一个Fragment实例从Fragment管理栈里移除，此间Fragment生命周期经历了从onDestroyView()逐渐到onDetach()。
此时Fragment所绑定的布局(View)已经从指定的父布局里移除了。

replace

当Fragment管理栈里没有Fragment实例时，replace与add效果一致。
当Fragment管理栈里有Fragment1实例时，replace(Fragment2)将触发Fragment1的生命周期从onDestroyView()逐渐到onDetach()，而Fragment2生命周期从onAttach()逐渐到onActivityCreated()，最终展示Fragment2。
replace 可简单理解为remove+add。

hide

不会触发Fragment生命周期，仅仅只是把Fragment绑定的布局隐藏(GONE)。

show

hide的反向操作，不会触发Fragment生命周期，仅仅只是把Fragment绑定的布局显示(VISIBLE)。

4. Fragment与ViewModel的结合

Activity ViewModel与FragmentManagerViewModel

如上图，Activity ViewModelStore里存储着不同的ViewModel实例，其中FragmentManagerViewModel是与Fragment有关的。
当Activity销毁重建时，在Activity销毁阶段ViewModelStore并没有被释放，而是被保留下来，等到Activity重建时继续使用，而ViewModelStore实例不变，其内部的ViewModel也不变，这就是ViewModel的原理。

那么FragmentManagerViewModel 是什么时候添加到ViewModelStore里的呢？
入口在这：

    #FragmentActivity.java
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        //绑定FragmentManager
        mFragments.attachHost(null /*parent*/);
    }

最终调用到：

    #FragmentManager.java
    void attachController(@NonNull FragmentHostCallback<?> host,
                          @NonNull FragmentContainer container, @Nullable final Fragment parent) {
        //...
        if (parent != null) {
            mNonConfig = parent.mFragmentManager.getChildNonConfig(parent);
        } else if (host instanceof ViewModelStoreOwner) {
            //host 即为承载的Activity
            //取出Activity ViewModelStore
            ViewModelStore viewModelStore = ((ViewModelStoreOwner) host).getViewModelStore();
            mNonConfig = FragmentManagerViewModel.getInstance(viewModelStore);
        } else {
            mNonConfig = new FragmentManagerViewModel(false);
        }
    }

    #FragmentManagerViewModel.java
    static FragmentManagerViewModel getInstance(ViewModelStore viewModelStore) {
        ViewModelProvider viewModelProvider = new ViewModelProvider(viewModelStore,
                FACTORY);
        //从Activity的ViewModelStore 取出FragmentManagerViewModel
        //若没有，则创建FragmentManagerViewModel实例
        return viewModelProvider.get(FragmentManagerViewModel.class);
    }

答案是：Activity.onCreate()将FragmentManagerViewModel添加到Activity ViewModelStore里。

FragmentManagerViewModel与Fragment的ViewModel

现在FragmentManagerViewModel可以在Activity重建时恢复，那么它和Fragment里的ViewModel又是如何关联的呢？

FragmentManagerViewModel 里有个成员变量：

private final HashMap<String, ViewModelStore> mViewModelStores = new HashMap<>();

在Fragment里声明ViewModel：

private val vm by viewModels<MyViewModel2>()

查看viewModels调用链，关键要找到对应的ViewModelStore，而Fragment的ViewModelStore获取方式如下：

#Fragment.java
    public ViewModelStore getViewModelStore() {
        if (mFragmentManager == null) {
            throw new IllegalStateException("Can't access ViewModels from detached fragment");
        }
        return mFragmentManager.getViewModelStore(this);
    }

    #FragmentManagerViewModel.java
    ViewModelStore getViewModelStore(@NonNull Fragment f) {
        //mViewModelStores 是Map，key 是Fragment唯一标识符 value 为Fragment对应的ViewModelStore
        ViewModelStore viewModelStore = mViewModelStores.get(f.mWho);
        if (viewModelStore == null) {
            //不存在则创建
            viewModelStore = new ViewModelStore();
            //放入map
            mViewModelStores.put(f.mWho, viewModelStore);
        }
        return viewModelStore;
    }

到此，流程就比较清晰了：

FragmentManagerViewModel里的mViewModelStores里存储着所有Fragment的ViewModelStore。也即是Fragment的ViewModel实际上是存储在FragmentManagerViewModel里的。

接着来整体捋一下Fragment的ViewModel是如何在重建时保持的。

显而易见，Fragment ViewModel实际上是间接依赖Activity ViewModeStore。
更详细的请移步：Jetpack ViewModel 抽丝剥茧

Fragment 关联的lifecycleScope

lifecycleScope 监听着Fragment生命周期，若是Fragment被销毁，则lifecycleScope也会被取消。

Fragment ViewModel关联的viewModelScope

viewModelScope 与ViewModel 生命周期保持一致，若是ViewModel被销毁(Fragment被销毁而非重建)，则viewModelScope也会被取消。

5. DialogFragment(Dialog和Fragment的结晶)

DialogFragment 使用

普通的Dialog并没有生命周期，而不关联生命周期的Dialog处理异步请求比较麻烦，此时DialogFragment出现了。

class MyDialogFragment : DialogFragment() { 
    override fun onCreateView(
        inflater: LayoutInflater,
        container: ViewGroup?,
        savedInstanceState: Bundle?
    ): View? {
        val tv = TextView(context).apply {
            text = "hello world"
            setTextColor(Color.RED)
            textSize = 30f
        }
        return tv
    }
}

显示DialogFragment：

       MyDialogFragment().show(supportFragmentManager, "dd")

我们只需要定义Fragment所绑定的布局，最终布局将会显示在Dialog里。

DialogFragment 原理

Dialog 显示Fragment绑定的布局

你也许比较好奇：之前添加的Fragment都是指定父布局，将Fragment所绑定的布局添加到父布局里，那此时的DialogFragment所指定的父布局在哪呢？
从show方法入手：

    #DialogFragment.java
    public void show(@NonNull FragmentManager manager, @Nullable String tag) {
        //就是添加普通的Fragment流程
        FragmentTransaction ft = manager.beginTransaction();
        ft.add(this, tag);
        ft.commit();
    }

    #FragmentTransaction.java
    public FragmentTransaction add(@NonNull Fragment fragment, @Nullable String tag)  {
        //没有指定父布局
        doAddOp(0, fragment, tag, OP_ADD);
        return this;
    }

与添加普通Fragment不同的是此时并没有指定Fragment的父布局。

Dialog会监听Fragment生命周期：

    #DialogFragment.java
    private Observer<LifecycleOwner> mObserver = new Observer<LifecycleOwner>() {
        public void onChanged(LifecycleOwner lifecycleOwner) {
            if (lifecycleOwner != null && mShowsDialog) {
                //拿到Fragment绑定的View
                View view = requireView();
                if (mDialog != null) {
                    //将View添加到Dialog里
                    mDialog.setContentView(view);
                }
            }
        }
    };

当生命周期回调后拿到Fragment绑定的View添加到Dialog里。
如此一来，Fragment就完成了和Dialog的配合显示界面。

Dialog的创建时机

    public Dialog onCreateDialog(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        return super.onCreateDialog(savedInstanceState);
    }

重写该方法可以自定义Dialog或是监听默认Dialog的创建。
值得注意的是：在onAttach()/onCreate()里是拿不到Dialog对象的，因为那时候还没有创建Dialog，它在onCreateView()之前创建的。

6. ViewPager2(Fragment与RecyclerView的结晶)

ViewPager2使用

除了DialogFragment，Fragment也与RecyclerView配合，形成了ViewPager2。
创建Adapter：

public class VPAdapter extends FragmentStateAdapter {

    private List<FishPureFragment> list = new ArrayList<>();

    public VPAdapter(@NonNull FragmentActivity fragmentActivity, List<FishPureFragment> list) {
        super(fragmentActivity);
        this.list = list;
    }

    @NonNull
    @Override
    public Fragment createFragment(int position) {
        return list.get(position);
    }

    @Override
    public int getItemCount() {
        return list.size();
    }
}

ViewPager2绑定Adapter：

        VPAdapter vpAdapter = new VPAdapter(this, list);
        viewPager2.setAdapter(vpAdapter);

可以看出，使用起来很简洁，ViewPager2的显示依靠着Fragment。

ViewPager2原理

RecyclerView缓存

在此之前先简单介绍一下RecyclerView(简称RV)的缓存设计。
RV缓存的是什么呢？
缓存的是ViewHolder(简称VH)，VH里持有待显示的子布局(View)。

RecyclerView里有个内部类：Recycler，里面有5个缓存变量，归为3种缓存，分别为：
一级缓存(默认2个+1个预拉取)、二级缓存、三级缓存(默认5个，区分itemType)。
当RecyclerView渲染布局显示item时，先分别从一、二、三级缓存寻找可用的VH，若没有找到则重新创建子布局及其所属的VH，最终渲染。

VH有两种状态：

1. VH保持着当前的数据状态，此种状态下当VH复用时可直接使用，对应一级缓存。
2. VH仅仅保持着View，没有绑定数据，此种状态下当VH复用时需要重新绑定数据，也就是走onBindViewHolder()方法，对应三级缓存。

二级缓存是暴露给调用者设置自定义缓存的，此处先忽略。
先看看一、三级缓存是如何填充数据的。

再看RV是如何从缓存取数据的：

RecyclerView与Fragment联动

核心代码在FragmentStateAdapter.java里。
RecyclerView关键动作与Fragment的联动：

本质上还是将Fragment的View添加到RV提前构造的ItemView内。

我们来梳理一下ViewPager2(简称VP2)的滑动场景。

1. VP2展示第一个元素，实际展示的是RV的第一个元素，此时RV回调了onCreateViewHolder、onBindViewHolder等回调，Fragment也走了生命周期，最终Fragment绑定的View添加到了RV的子Item里
2. 当滑动VP2到第二个元素(下标为1)时，RV的第一个元素被放到一级缓存，此时RV触发移除子Item，注意这个时候并没有销毁Fragment
3. 当滑动VP2回到第一个元素时，RV仅仅只需要addView即可，不会触发Fragment生命周期
4. 当滑动VP2到后面几个元素时，此时一级缓存已满，将放到三级缓存里，然后触发子Item的回收，这个时候会移除对应的Fragment，Frament走生命周期里的销毁流程
5. RV的预取元素时，会走onCreateViewHolder、onBindViewHolder回调，但不会触发addView，也就是不会触发Fragment的生命周期

VP2的缓存

public void setOffscreenPageLimit(@OffscreenPageLimit int limit)

设置VP2左右缓存的数量，默认是没有缓存的，也不能将缓存设置为0，只能是>=1。

VP2的缓存和RV的缓存是什么关系呢？
假设VP2缓存limit=1，再来梳理一下ViewPager2(简称VP2)的滑动场景。

1. VP2展示第一个元素，实际展示的是RV的第一个元素，此时RV回调了onCreateViewHolder、onBindViewHolder等回调，Fragment也走了生命周期，最终Fragment绑定的View添加到了RV的子Item里。与此同时，VP2继续渲染第二个元素，与第一个元素步骤一致
2. 当VP2滑动到第二个元素时，由于之前已经渲染过，此时是直接展示(RV无需addView)。于此同时会继续提前缓存第三个元素。
3. 当VP2滑动到第一个元素时，，由于之前已经渲染过，此时是直接展示。

可以看出VP2的缓存实际上是提前将RV的元素渲染了，若设置了limit=1，那么此时RV活跃的Item有三个：当前1个+左右各一个。
当设置了VP2的缓存后，意味着多缓存了Fragment实例。

以上是Fragment实际应用与原理的相关内容。
本文基于Android 10.0

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