让你彻底掌握RecyclerView的缓存机制
前言
RecyclerView这个控件几乎所有的Android开发者都使用过（甚至不用加几乎），它是真的很好用，完美取代了ListView和GridView，而RecyclerView之所以好用，得益于它优秀的缓存机制。关于RecyclerView缓存机制，更是需要我们开发者来掌握的。本文就将先从整体流程看RecyclerView的缓存，再带你从源码角度分析，跳过读源码的坑，最后用一个简单的demo的形式展示出来。在开始RecyclerView的缓存机制之前我们先学习关于ViewHolder的知识。
RecyclerView为什么强制我们实现ViewHolder模式？
关于这个问题，我们首先看一下ListView。ListView是不强制我们实现ViewHolder的，但是后来google建议我们实现ViewHolder模式。我们先分别看一下这两种不同的方式。
不使用ViewHolder的模式
使用ViewHolder的模式
其实这里我已经用红框标出来了，ListView使用ViewHolder的好处就在于可以避免每次getView都进行findViewById()操作，因为findViewById()利用的是DFS算法（深度优化搜索），是非常耗性能的。而对于RecyclerView来说，强制实现ViewHolder的其中一个原因就是避免多次进行findViewById（）的处理，另一个原因就是因为ItemView和ViewHolder的关系是一对一，也就是说一个ViewHolder对应一个ItemView。这个ViewHolder当中持有对应的ItemView的所有信息，比如说：position；view；width等等，拿到了ViewHolder基本就拿到了ItemView的所有信息，而ViewHolder使用起来相比itemView更加方便。RecyclerView缓存机制缓存的就是ViewHolder（ListView缓存的是ItemView），这也是为什么RecyclerView为什么强制我们实现ViewHolder的原因。
Listview的缓存机制
在正式讲RecyclerView的缓存机制之前还需要提一嘴ListView的缓存机制，不多BB，先上图
listview缓存页面.png
ListView的缓存有两级，在ListView里面有一个内部类 RecycleBin，RecycleBin有两个对象Active View和Scrap View来管理缓存，Active View是第一级，Scrap View是第二级。
- Active View：是缓存在屏幕内的ItemView，当列表数据发生变化时，屏幕内的数据可以直接拿来复用，无须进行数据绑定。
-
Scrap view：缓存屏幕外的ItemView，这里所有的缓存的数据都是"脏的"，也就是数据需要重新绑定，也就是说屏幕外的所有数据在进入屏幕的时候都要走一遍getView（）方法。
再来一张图，看看ListView的缓存流程
lisview.png
当Active View和Scrap View中都没有缓存的时候就会直接create view。
小结
ListView的缓存机制相对比较好理解，它只有两级缓存，一级缓存Active View是负责屏幕内的ItemView快速复用，而Scrap View是缓存屏幕外的数据，当该数据从屏幕外滑动到屏幕内的时候需要走一遍getView（）方法。
RecyclerView的缓存机制
先上图
RecyclerView缓存.png
RecyclerView的缓存分为四级
- Scrap
- Cache
- ViewCacheExtension
- RecycledViewPool
Scrap对应ListView 的Active View，就是屏幕内的缓存数据，就是相当于换了个名字，可以直接拿来复用。
Cache 刚刚移出屏幕的缓存数据，默认大小是2个，当其容量被充满同时又有新的数据添加的时候，会根据FIFO原则，把优先进入的缓存数据移出并放到下一级缓存中，然后再把新的数据添加进来。Cache里面的数据是干净的，也就是携带了原来的ViewHolder的所有数据信息，数据可以直接来拿来复用。需要注意的是，cache是根据position来寻找数据的，这个postion是根据第一个或者最后一个可见的item的position以及用户操作行为（上拉还是下拉）。
举个栗子：当前屏幕内第一个可见的item的position是1，用户进行了一个下拉操作，那么当前预测的position就相当于（1-1=0），也就是position=0的那个item要被拉回到屏幕，此时RecyclerView就从Cache里面找position=0的数据，如果找到了就直接拿来复用。
ViewCacheExtension是google留给开发者自己来自定义缓存的，这个ViewCacheExtension我个人建议还是要慎用，因为我扒拉扒拉网上其他的博客，没有找到对应的使用场景，而且这个类的api设计的也有些奇怪，只有一个public abstract View getViewForPositionAndType(@NonNull Recycler recycler, int position, int type);让开发者重写通过position和type拿到ViewHolder的方法，却没有提供如何产生ViewHolder或者管理ViewHolder的方法，给人一种只出不进的赶脚，还是那句话慎用。
RecycledViewPool刚才说了Cache默认的缓存数量是2个，当Cache缓存满了以后会根据FIFO（先进先出）的规则把Cache先缓存进去的ViewHolder移出并缓存到RecycledViewPool中，RecycledViewPool默认的缓存数量是5个。RecycledViewPool与Cache相比不同的是，从Cache里面移出的ViewHolder再存入RecycledViewPool之前ViewHolder的数据会被全部重置，相当于一个新的ViewHolder，而且Cache是根据position来获取ViewHolder，而RecycledViewPool是根据itemType获取的，如果没有重写getItemType（）方法，itemType就是默认的。因为RecycledViewPool缓存的ViewHolder是全新的，所以取出来的时候需要走onBindViewHolder（）方法。
再来张图看看整体流程
RecyclerView流程.png
这里大家先记住主要流程，并且记住各级缓存是根据什么拿到ViewHolder以及ViewHolder能否直接拿来复用，先有一个整体的认识，下面我会带着大家再简单分析一下RecyclerView缓存机制的源码。
阅读RecyclerView的缓存机制源码
由于篇幅和内容的关系，我不可能带大家一行一行读，这里我只列出关键点，还有哪些需要重点看，哪些可以直接略过，避免大家陷入读源码一个劲儿钻进去出不来的误区。
当RecyclerView绘制的时候，会走到LayoutManager里面的next()方法，在next()里面是正式开始使用缓存机制，这里以LinearLayoutManager为例子
/**
* Gets the view for the next element that we should layout.
* Also updates current item index to the next item, based on {@link #mItemDirection}
*
* @return The next element that we should layout.
*/
View next(RecyclerView.Recycler recycler) {
if (mScrapList != null) {
return nextViewFromScrapList();
}
final View view = recycler.getViewForPosition(mCurrentPosition);
mCurrentPosition += mItemDirection;
return view;
}
在next方法里传入了Recycler对象，这个对象是RecyclerView的内部类。我们先去看一眼这个类
public final class Recycler {
final ArrayList<ViewHolder> mAttachedScrap = new ArrayList<>();
ArrayList<ViewHolder> mChangedScrap = null;
final ArrayList<ViewHolder> mCachedViews = new ArrayList<ViewHolder>();
private final List<ViewHolder>
mUnmodifiableAttachedScrap = Collections.unmodifiableList(mAttachedScrap);
private int mRequestedCacheMax = DEFAULT_CACHE_SIZE;
int mViewCacheMax = DEFAULT_CACHE_SIZE;
RecycledViewPool mRecyclerPool;
private ViewCacheExtension mViewCacheExtension;
static final int DEFAULT_CACHE_SIZE = 2;
}
再看一眼RecycledViewPool的源码
public static class RecycledViewPool {
private static final int DEFAULT_MAX_SCRAP = 5;
static class ScrapData {
final ArrayList<ViewHolder> mScrapHeap = new ArrayList<>();
int mMaxScrap = DEFAULT_MAX_SCRAP;
long mCreateRunningAverageNs = 0;
long mBindRunningAverageNs = 0;
}
SparseArray<ScrapData> mScrap = new SparseArray<>();
其中mAttachedScrap对应Scrap；mCachedViews对应Cache；mViewCacheExtension对应ViewCacheExtension；mRecyclerPool对应RecycledViewPool。
注意：mAttachedScrap、mCachedViews和RecycledViewPool里面的mScrapHeap都是ArrayList，缓存被加入到这三个对象里面实际上就是调用的ArrayList.add()方法，复用缓存呢，这里要注意一下不是调用的ArrayList.get（）而是ArrayList.remove(),其实这里也很好理解，因为当缓存数据被取出来展示到了屏幕内，自然就应该被移除。
我们现在回到刚才的next（）方法里，recycler.getViewForPosition(mCurrentPosition); 直接去看getViewForPosition这个方法，接着跟到了这里
View getViewForPosition(int position, boolean dryRun) {
return tryGetViewHolderForPositionByDeadline(position, dryRun, FOREVER_NS).itemView;
}
接着跟进去
ViewHolder tryGetViewHolderForPositionByDeadline(int position,
boolean dryRun, long deadlineNs) {
if (position < 0 || position >= mState.getItemCount()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid item position " + position
+ "(" + position + "). Item count:" + mState.getItemCount()
+ exceptionLabel());
}
boolean fromScrapOrHiddenOrCache = false;
ViewHolder holder = null;
// 0) If there is a changed scrap, try to find from there
if (mState.isPreLayout()) {
holder = getChangedScrapViewForPosition(position);
fromScrapOrHiddenOrCache = holder != null;
}
// 1) Find by position from scrap/hidden list/cache
if (holder == null) {
holder = getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(position, dryRun);
}
if (holder == null) {
final int type = mAdapter.getItemViewType(offsetPosition);
// 2) Find from scrap/cache via stable ids, if exists
if (mAdapter.hasStableIds()) {
holder = getScrapOrCachedViewForId(mAdapter.getItemId(offsetPosition),
type, dryRun);
if (holder != null) {
// update position
holder.mPosition = offsetPosition;
fromScrapOrHiddenOrCache = true;
}
}
if (holder == null && mViewCacheExtension != null) {
// We are NOT sending the offsetPosition because LayoutManager does not
// know it.
final View view = mViewCacheExtension
.getViewForPositionAndType(this, position, type);
if (view != null) {
holder = getChildViewHolder(view);
}
}
if (holder == null) { // fallback to pool
if (DEBUG) {
Log.d(TAG, "tryGetViewHolderForPositionByDeadline("
+ position + ") fetching from shared pool");
}
holder = getRecycledViewPool().getRecycledView(type);
if (holder != null) {
holder.resetInternal();
if (FORCE_INVALIDATE_DISPLAY_LIST) {
invalidateDisplayListInt(holder);
}
}
}
if (holder == null) {
long start = getNanoTime();
if (deadlineNs != FOREVER_NS
&& !mRecyclerPool.willCreateInTime(type, start, deadlineNs)) {
// abort - we have a deadline we can't meet
return null;
}
holder = mAdapter.createViewHolder(RecyclerView.this, type);
if (ALLOW_THREAD_GAP_WORK) {
// only bother finding nested RV if prefetching
RecyclerView innerView = findNestedRecyclerView(holder.itemView);
if (innerView != null) {
holder.mNestedRecyclerView = new WeakReference<>(innerView);
}
}
}
}
boolean bound = false;
if (mState.isPreLayout() && holder.isBound()) {
// do not update unless we absolutely have to.
holder.mPreLayoutPosition = position;
} else if (!holder.isBound() || holder.needsUpdate() || holder.isInvalid()) {
if (DEBUG && holder.isRemoved()) {
throw new IllegalStateException("Removed holder should be bound and it should"
+ " come here only in pre-layout. Holder: " + holder
+ exceptionLabel());
}
final int offsetPosition = mAdapterHelper.findPositionOffset(position);
bound = tryBindViewHolderByDeadline(holder, offsetPosition, position, deadlineNs);
}
return holder;
}
终于到了缓存机制最核心的地方，为了方便大家阅读，我对这部分源码进行了删减，直接从官方给的注释里面看。
// (0) If there is a changed scrap, try to find from there
if (mState.isPreLayout()) {
holder = getChangedScrapViewForPosition(position);
fromScrapOrHiddenOrCache = holder != null;
}
这里面只有设置动画以后才会为true，跟咱们讲的缓存也没有多大关系，直接略过。
// 1) Find by position from scrap/hidden list/cache
if (holder == null) {
holder = getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(position, dryRun);
}
这里就开始拿第一级和第二级缓存了getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition（）这个方法可以深入去看以下，注意这里传的参数是position（dryRun这个参数不用管），就跟我之前说的，Scrap和Cache是根据position拿到缓存。
if (holder == null && mViewCacheExtension != null) {
// We are NOT sending the offsetPosition because LayoutManager does not
// know it.
final View view = mViewCacheExtension
.getViewForPositionAndType(this, position, type);
if (view != null) {
holder = getChildViewHolder(view);
}
}
这里开始拿第三级缓存了，这里我们不自定义ViewCacheExtension就不会进入判断条件，还是那句话慎用。
if (holder == null) { // fallback to pool
if (DEBUG) {
Log.d(TAG, "tryGetViewHolderForPositionByDeadline("
+ position + ") fetching from shared pool");
}
holder = getRecycledViewPool().getRecycledView(type);
if (holder != null) {
holder.resetInternal();
if (FORCE_INVALIDATE_DISPLAY_LIST) {
invalidateDisplayListInt(holder);
}
}
}
这里到了第四级缓存RecycledViewPool，getRecycledViewPool().getRecycledView(type);通过type拿到ViewHolder，接着holder.resetInternal();重置ViewHolder，让其变成一个全新的ViewHolder
if (holder == null) {
long start = getNanoTime();
if (deadlineNs != FOREVER_NS
&& !mRecyclerPool.willCreateInTime(type, start, deadlineNs)) {
// abort - we have a deadline we can't meet
return null;
}
holder = mAdapter.createViewHolder(RecyclerView.this, type);
if (ALLOW_THREAD_GAP_WORK) {
// only bother finding nested RV if prefetching
RecyclerView innerView = findNestedRecyclerView(holder.itemView);
if (innerView != null) {
holder.mNestedRecyclerView = new WeakReference<>(innerView);
}
}
}
到这里如果ViewHolder还为null的话，就会create view了，创建一个新的ViewHolder
boolean bound = false;
if (mState.isPreLayout() && holder.isBound()) {
// do not update unless we absolutely have to.
holder.mPreLayoutPosition = position;
} else if (!holder.isBound() || holder.needsUpdate() || holder.isInvalid()) {
if (DEBUG && holder.isRemoved()) {
throw new IllegalStateException("Removed holder should be bound and it should"
+ " come here only in pre-layout. Holder: " + holder
+ exceptionLabel());
}
final int offsetPosition = mAdapterHelper.findPositionOffset(position);
bound = tryBindViewHolderByDeadline(holder, offsetPosition, position, deadlineNs);
}
这里else if (!holder.isBound() || holder.needsUpdate() || holder.isInvalid())是判断这个ViewHolder是不是有效的，也就是可不可以复用，如果不可以复用就会进入tryBindViewHolderByDeadline(holder, offsetPosition, position, deadlineNs);这个方法，在这里面调用了bindViewHolder（）方法。
点进去看一眼
private boolean tryBindViewHolderByDeadline(@NonNull ViewHolder holder, int offsetPosition,
int position, long deadlineNs) {
....................
mAdapter.bindViewHolder(holder, offsetPosition);
....................
return true;
}
在点进去就到了我们熟悉的onBindViewHolder（）
public final void bindViewHolder(@NonNull VH holder, int position) {
.......................
onBindViewHolder(holder, position, holder.getUnmodifiedPayloads());
.........................
}
至此，缓存机制的整体流程就全部分析完毕了。
小结
ListView有两级缓存，分别是Active View和Scrap View，缓存的对象是ItemView；而RecyclerView有四级缓存，分别是Scrap、Cache、ViewCacheExtension和RecycledViewPool，缓存的对象是ViewHolder。Scrap和Cache分别是通过position去找ViewHolder可以直接复用；ViewCacheExtension自定义缓存，目前来说应用场景比较少却需慎用；RecycledViewPool通过type来获取ViewHolder，获取的ViewHolder是个全新，需要重新绑定数据。当你看到这里的时候，面试官再问RecyclerView的性能比ListView优化在哪里，我想你已经有答案。
通过Demo再理解一遍
担心你看完上面的内容，倒头就忘，我们写个简单的demo通过打印log的方式来巩固一下学到的知识。
简单说一下Demo里面需要注意的代码，下面是对RecyclerView的一个包装
public class RecyclerViewWrapper extends RecyclerView {
private LayoutListener layoutListener;
public RecyclerViewWrapper(@NonNull Context context) {
super(context);
}
public RecyclerViewWrapper(@NonNull Context context, @Nullable AttributeSet attrs) {
super(context, attrs);
}
public RecyclerViewWrapper(@NonNull Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyle) {
super(context, attrs, defStyle);
}
public void setLayoutListener(LayoutListener layoutListener) {
this.layoutListener = layoutListener;
}
@Override
protected void onLayout(boolean changed, int l, int t, int r, int b) {
if (layoutListener != null) {
layoutListener.onBeforeLayout();
}
super.onLayout(changed, l, t, r, b);
if (layoutListener != null) {
layoutListener.onAfterLayout();
}
}
public interface LayoutListener {
void onBeforeLayout();
void onAfterLayout();
}
}
其实很简单，在RecyclerView执行onLayout（）方法前后执行一下咱们打印缓存变化的方法
再看一眼打印缓存变化的方法，利用反射的技术
/**
* 利用java反射机制拿到RecyclerView内的缓存并打印出来
* */
private void showMessage(RecyclerViewWrapper rv) {
try {
Field mRecycler =
Class.forName("androidx.recyclerview.widget.RecyclerView").getDeclaredField("mRecycler");
mRecycler.setAccessible(true);
RecyclerView.Recycler recyclerInstance = (RecyclerView.Recycler) mRecycler.get(rv);
Class<?> recyclerClass = Class.forName(mRecycler.getType().getName());
Field mViewCacheMax = recyclerClass.getDeclaredField("mViewCacheMax");
Field mAttachedScrap = recyclerClass.getDeclaredField("mAttachedScrap");
Field mChangedScrap = recyclerClass.getDeclaredField("mChangedScrap");
Field mCachedViews = recyclerClass.getDeclaredField("mCachedViews");
Field mRecyclerPool = recyclerClass.getDeclaredField("mRecyclerPool");
mViewCacheMax.setAccessible(true);
mAttachedScrap.setAccessible(true);
mChangedScrap.setAccessible(true);
mCachedViews.setAccessible(true);
mRecyclerPool.setAccessible(true);
int mViewCacheSize = (int) mViewCacheMax.get(recyclerInstance);
ArrayListWrapper<RecyclerView.ViewHolder> mAttached =
(ArrayListWrapper<RecyclerView.ViewHolder>) mAttachedScrap.get(recyclerInstance);
ArrayList<RecyclerView.ViewHolder> mChanged =
(ArrayList<RecyclerView.ViewHolder>) mChangedScrap.get(recyclerInstance);
ArrayList<RecyclerView.ViewHolder> mCached =
(ArrayList<RecyclerView.ViewHolder>) mCachedViews.get(recyclerInstance);
RecyclerView.RecycledViewPool recycledViewPool =
(RecyclerView.RecycledViewPool) mRecyclerPool.get(recyclerInstance);
Class<?> recyclerPoolClass = Class.forName(mRecyclerPool.getType().getName());
Log.e(TAG, "mAttachedScrap（一缓） size is:" + mAttached.maxSize + ", \n" + "mCachedViews（二缓） max size is:" + mViewCacheSize + ","
+ getMCachedViewsInfo(mCached) + getRVPoolInfo(recyclerPoolClass, recycledViewPool));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
核心的代码呢就这两块，文章的最后我会把我的demo上传到github上。
注意：本文使用的RecyclerView的版本是androidx，在调onAttachedToWindow()方法的时候会进行版本判断，如果是5.0以及以上的系统（即大于等于21），GapWorker会把RecyclerView自己加入到GapWorker。在RenderThread线程执行预取操作的时候会mPrefetchMaxCountObserved = 1，这就会导致你使用5.0以及以上系统的手机打印缓存数量的时候会比你预想的多一个。这里为了不造成这种问题，本文使用4.4系统的Android模拟器来演示Demo。
Demo演示效果截图
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启动App，第一次加载的情况
第一次启动app加载
初始化加载只有屏幕内的一级缓存7个
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把position = 0 和position=1 两个item移除屏幕
前两个item移除屏幕
看蓝色框出来的，position = 0 和position = 1的item被加入到了Cache缓存中，Cache的缓存数量我没有修改，默认2个，也就说现在已经满了
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再把position = 2的item也移除屏幕
position = 2的item也移除屏幕
因为上一步Cache里面的缓存已经慢了，此时position = 2又被加入缓存，根据FIFO的原则，cache里面position = 0 被remove掉并加入到了四级缓存RecycledView里面，此时RecycledView也有了缓存并且该缓存没有任何有效数据信息。
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再上一步的基础上下拉一下，把position = 2的item显示出来
把position = 2的item显示出来
此时position = 2的item将要被显示出来，会先从cache里面找，发现Cache正好有position = 2的缓存就直接拿出来复用了，并且原来在屏幕里的position= 9 的item被移除了，就会加入到Cache的缓存里
-----------------------------------分割线-------------------------------------------
现在看一下onCreateViewHolder（）和onBindViewHolder（）的情况 -
还是启动App，第一次加载后，再把position = 0和position =1的item移除屏幕再移回来
显示效果
onBindViewHolder（）方法没有被重复执行（静态图显示的效果不是很好，gif录制的质量太差了，还是建议下载demo自己尝试一下）
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最后留一个问题给大家
onCreateViewHolder不再执行
为什么在第10次onCreateViewHolder（）执行以后就再也没有执行过onCreateViewHolder（）方法了？
总结
关于RecyclerView的缓存分为四级，Scrap、Cache、ViewCacheExtension和RecycledViewPool。Scrap是屏幕内的缓存一般我们不怎么需要特别注意；Cache可直接拿来复用的缓存，性能高效；ViewCacheExtension需要开发者自定义的缓存，API设计比较奇怪，慎用；RecycledViewPool四级缓存，可以避免用户调用onCreateViewHolder（）方法，提高性能，在ViewPager+RecyclerView的应用场景下可以大有作为。以上就是关于RecyclerView缓存的所有内容，另外要备注一下，就是文章的图片上有些单词打错了，实在是懒得重画了，以文本的内容为准，请大家见谅。
最后是github的地址:RecyclerViewCacheDemo
