深入理解Android RecyclerView的缓存机制

我们知道，RecyclerView在大量数据时依然可以丝滑般顺畅的滑动，那它究竟是怎么实现的呢，而RecyclerView之所以好用得益于它优秀的缓存机制。

我们知道，RecyclerView本身是一个ViewGroup，因此在滑动时就避免不了添加或移除子View(子View通过RecyclerView#Adapter中的onCreateViewHolder创建)，如果每次使用子View都要去重新创建，肯定会影响滑动的流畅性，所以RecyclerView通过Recycler来缓存的是ViewHolder(内部包含子View)，这样在滑动时可以复用子View，某些条件下还可以复用子View绑定的数据。所以本质上来说，RecyclerView之所以能够实现顺畅的滑动效果，是因为缓存机制，因为缓存减少了重复绘制View和绑定数据的时间，从而提高了滑动时的性能。

一、缓存

1.1、四级缓存

Recycler缓存ViewHolder对象有4个等级，优先级从高到底依次为：

• mAttachedScrap：缓存屏幕中可见范围的ViewHolder；
• mCachedViews：缓存滑动时即将与RecyclerView分离的ViewHolder，默认最大2个；
• ViewCacheExtension：自定义实现的缓存；
• RecycledViewPool ：ViewHolder缓存池，可以支持不同的ViewType；

1.1.1 mAttachedScrap

mAttachedScrap存储的是当前屏幕中的ViewHolder，mAttachedScrap的对应数据结构是ArrayList，在调用LayoutManager#onLayoutChildren方法时对views进行布局，此时会将RecyclerView上的Views全部暂存到该集合中，该缓存中的ViewHolder的特性是，如果和RV上的position或者itemId匹配上了那么可以直接拿来使用的，无需调用onBindViewHolder方法。

1.1.2 mChangedScrap

mChangedScrap和mAttachedScrap属于同一级别的缓存，不过mChangedScrap的调用场景是notifyItemChanged和notifyItemRangeChanged，只有发生变化的ViewHolder才会放入到mChangedScrap中。mChangedScrap缓存中的ViewHolder是需要调用onBindViewHolder方法重新绑定数据的。

1.1.3 mCachedViews

mCachedViews缓存滑动时即将与RecyclerView分离的ViewHolder，按子View的position或id缓存，默认最多存放2个。mCachedViews对应的数据结构是ArrayList，但是该缓存对集合的大小是有限制的。

该缓存中ViewHolder的特性和mAttachedScrap中的特性是一样的，只要position或者itemId对应就无需重新绑定数据。开发者可以调用setItemViewCacheSize(size)方法来改变缓存的大小，该层级缓存触发的一个常见的场景是滑动RecyclerView。当然调用notify()也会触发该缓存。

1.1.4 ViewCacheExtension

ViewCacheExtension是需要开发者自己实现的缓存，基本上页面上的所有数据都可以通过它进行实现。

1.1.5 RecyclerViewPool

ViewHolder缓存池，本质上是一个SparseArray，其中key是ViewType(int类型)，value存放的是 ArrayList< ViewHolder>，默认每个ArrayList中最多存放5个ViewHolder。

1.2 四级缓存对比

缓存级别	涉及对象	说明	是否重新创建视图View	是否重新绑定数据
一级缓存	mAttachedScrap mChangedScrap	缓存屏幕中可见范围的ViewHolder	false	false
二级缓存	mCachedViews	缓存滑动时即将与RecyclerView分离的ViewHolder，按子View的position或id缓存	false	false
三级缓存	mViewCacheExtension	开发者自行实现的缓存
四级缓存	mRecyclerPool	ViewHolder缓存池，本质上是一个SparseArray，其中key是ViewType(int类型)，value存放的是 ArrayList< ViewHolder>，默认每个ArrayList中最多存放5个ViewHolder	false	true

1.3 调用过程

通常，RecyclerView滑动时会触发onTouchEvent#onMove，回收及复用ViewHolder在这里就会开始。我们知道设置RecyclerView时需要设置LayoutManager,LayoutManager负责RecyclerView的布局，包含对ItemView的获取与复用。以LinearLayoutManager为例，当RecyclerView重新布局时会依次执行下面几个方法：

• onLayoutChildren()：对RecyclerView进行布局的入口方法
• fill(): 负责对剩余空间不断地填充，调用的方法是layoutChunk()
• layoutChunk()：负责填充View,该View最终是通过在缓存类Recycler中找到合适的View的

上述的整个调用链：onLayoutChildren()->fill()->layoutChunk()->next()->getViewForPosition(),getViewForPosition()即是是从RecyclerView的回收机制实现类Recycler中获取合适的View。

二、复用流程

RecyclerView对ViewHolder的复用是从LayoutState的next()方法开始的。LayoutManager在布局itemView时，需要获取一个ViewHolder对象，如下所示。

        View next(RecyclerView.Recycler recycler) {
            if (mScrapList != null) {
                return nextViewFromScrapList();
            }
            final View view = recycler.getViewForPosition(mCurrentPosition);
            mCurrentPosition += mItemDirection;
            return view;
        }

next方法调用RecyclerView的getViewForPosition方法来获取一个View，而getViewForPosition方法最终会调用到RecyclerView的tryGetViewHolderForPositionByDeadline方法，而RecyclerView真正复用的核心就在这里。

    @Nullable
    ViewHolder tryGetViewHolderForPositionByDeadline(int position, boolean dryRun, long deadlineNs) {
        ViewHolder holder = null;
        // 0) 如果它是改变的废弃的ViewHolder，在scrap的mChangedScrap找
        if (mState.isPreLayout()) {
            holder = getChangedScrapViewForPosition(position);
            fromScrapOrHiddenOrCache = holder != null;
        }
        // 1)根据position分别在scrap的mAttachedScrap、mChildHelper、mCachedViews中查找
        if (holder == null) {
            holder = getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(position, dryRun);
        }

        if (holder == null) {
            final int type = mAdapter.getItemViewType(offsetPosition);
            // 2)根据id在scrap的mAttachedScrap、mCachedViews中查找
            if (mAdapter.hasStableIds()) {
                holder = getScrapOrCachedViewForId(mAdapter.getItemId(offsetPosition), type, dryRun);
            }
            if (holder == null && mViewCacheExtension != null) {
                //3)在ViewCacheExtension中查找，一般不用到，所以没有缓存
                final View view = mViewCacheExtension
                        .getViewForPositionAndType(this, position, type);
                if (view != null) {
                    holder = getChildViewHolder(view);
                }
            }
            //4)在RecycledViewPool中查找
            holder = getRecycledViewPool().getRecycledView(type);
            if (holder != null) {
                holder.resetInternal();
                if (FORCE_INVALIDATE_DISPLAY_LIST) {
                    invalidateDisplayListInt(holder);
                }
            }
        }
        //5)到最后如果还没有找到复用的ViewHolder，则新建一个
        holder = mAdapter.createViewHolder(RecyclerView.this, type);
    }

可以看到，tryGetViewHolderForPositionByDeadline()方法分别去scrap、CacheView、ViewCacheExtension、RecycledViewPool中获取ViewHolder，如果没有则创建一个新的ViewHolder。

2.1 getChangedScrapViewForPosition

一般情况下，当我们调用adapter的notifyItemChanged()方法，数据发生变化时，item缓存在mChangedScrap中，后续拿到的ViewHolder需要重新绑定数据。此时查找ViewHolder就会通过position和id分别在scrap的mChangedScrap中查找。

   ViewHolder getChangedScrapViewForPosition(int position) {
        //通过position
        for (int i = 0; i < changedScrapSize; i++) {
            final ViewHolder holder = mChangedScrap.get(i);
            return holder;
        }
        // 通过id
        if (mAdapter.hasStableIds()) {
            final long id = mAdapter.getItemId(offsetPosition);
            for (int i = 0; i < changedScrapSize; i++) {
                final ViewHolder holder = mChangedScrap.get(i);
                return holder;
            }
        }
        return null;
    }

2.2 getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition

如果没有找到视图，根据position分别在scrap的mAttachedScrap、mChildHelper、mCachedViews中查找，涉及的方法如下。

    ViewHolder getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(int position, boolean dryRun) {
        final int scrapCount = mAttachedScrap.size();

        // 首先从mAttachedScrap中查找，精准匹配有效的ViewHolder
        for (int i = 0; i < scrapCount; i++) {
            final ViewHolder holder = mAttachedScrap.get(i);
            return holder;
        }
        //接着在mChildHelper中mHiddenViews查找隐藏的ViewHolder
        if (!dryRun) {
            View view = mChildHelper.findHiddenNonRemovedView(position);
            if (view != null) {
                final ViewHolder vh = getChildViewHolderInt(view);
                scrapView(view);
                return vh;
            }
        }
        //最后从我们的一级缓存中mCachedViews查找。
        final int cacheSize = mCachedViews.size();
        for (int i = 0; i < cacheSize; i++) {
            final ViewHolder holder = mCachedViews.get(i);
            return holder;
        }
    }

可以看到，getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition查找ViewHolder的顺序如下：

• 首先，从mAttachedScrap中查找，精准匹配有效的ViewHolder；
• 接着，在mChildHelper中mHiddenViews查找隐藏的ViewHolder；
• 最后，从一级缓存中mCachedViews查找。

2.3 getScrapOrCachedViewForId

如果在getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition没有找到视图，泽通过id在scrap的mAttachedScrap、mCachedViews中查找，代码如下。

  ViewHolder getScrapOrCachedViewForId(long id, int type, boolean dryRun) {
        //在Scrap的mAttachedScrap中查找
        final int count = mAttachedScrap.size();
        for (int i = count - 1; i >= 0; i--) {
            final ViewHolder holder = mAttachedScrap.get(i);
            return holder;
        }

        //在一级缓存mCachedViews中查找
        final int cacheSize = mCachedViews.size();
        for (int i = cacheSize - 1; i >= 0; i--) {
            final ViewHolder holder = mCachedViews.get(i);
            return holder;
        }
    }        

getScrapOrCachedViewForId()方法查找的顺序如下：

• 首先， 从mAttachedScrap中查找，精准匹配有效的ViewHolder；
• 接着， 从一级缓存中mCachedViews查找；

2.4 mViewCacheExtension

mViewCacheExtension是由开发者定义的一层缓存策略，Recycler并没有将任何view缓存到这里。

if (holder == null && mViewCacheExtension != null) {
        final View view = mViewCacheExtension.getViewForPositionAndType(this, position, type);
        if (view != null) {
            holder = getChildViewHolder(view);
        }
    }

这里没有自定义缓存策略，那么就找不到对应的view。

2.5 RecycledViewPool

在ViewHolder的四级缓存中，我们有提到过RecycledViewPool，它是通过itemType把ViewHolder的List缓存到SparseArray中的，在getRecycledViewPool().getRecycledView(type)根据itemType从SparseArray获取ScrapData ，然后再从里面获取ArrayList<ViewHolder>，从而获取到ViewHolder。

    @Nullable
    public ViewHolder getRecycledView(int viewType) {
        final ScrapData scrapData = mScrap.get(viewType);//根据viewType获取对应的ScrapData 
        if (scrapData != null && !scrapData.mScrapHeap.isEmpty()) {
            final ArrayList<ViewHolder> scrapHeap = scrapData.mScrapHeap;
            for (int i = scrapHeap.size() - 1; i >= 0; i--) {
                if (!scrapHeap.get(i).isAttachedToTransitionOverlay()) {
                    return scrapHeap.remove(i);
                }
            }
        }
        return null;
    }

2.6 创建新的ViewHolder

如果还没有获取到ViewHolder，则通过mAdapter.createViewHolder()创建一个新的ViewHolder返回。

  // 如果还没有找到复用的ViewHolder，则新建一个
  holder = mAdapter.createViewHolder(RecyclerView.this, type);

下面是寻找ViewHolder的一个完整的流程图：

三、回收流程

RecyclerView回收的入口有很多， 但是不管怎么样操作，RecyclerView 的回收或者复用必然涉及到add View 和 remove View 操作， 所以我们从onLayout的流程入手分析回收和复用的机制。

首先，在LinearLayoutManager中，我们来到itemView布局入口的方法onLayoutChildren()，如下所示。

    @Override
    public void onLayoutChildren(RecyclerView.Recycler recycler, RecyclerView.State state) {
        if (mPendingSavedState != null || mPendingScrollPosition != RecyclerView.NO_POSITION) {
            if (state.getItemCount() == 0) {
                removeAndRecycleAllViews(recycler);//移除所有子View
                return;
            }
        }
        ensureLayoutState();
        mLayoutState.mRecycle = false;//禁止回收
        //颠倒绘制布局
        resolveShouldLayoutReverse();
        onAnchorReady(recycler, state, mAnchorInfo, firstLayoutDirection);

        //暂时分离已经附加的view，即将所有child detach并通过Scrap回收
        detachAndScrapAttachedViews(recycler);
    }

在onLayoutChildren()布局的时候，先根据实际情况是否需要removeAndRecycleAllViews()移除所有的子View，哪些ViewHolder不可用；然后通过detachAndScrapAttachedViews()暂时分离已经附加的ItemView，并缓存到List中。

detachAndScrapAttachedViews()的作用就是把当前屏幕所有的item与屏幕分离，将他们从RecyclerView的布局中拿下来，保存到list中，在重新布局时，再将ViewHolder重新一个个放到新的位置上去。

将屏幕上的ViewHolder从RecyclerView的布局中拿下来后，存放在Scrap中，Scrap包括mAttachedScrap和mChangedScrap，它们是一个list，用来保存从RecyclerView布局中拿下来ViewHolder列表，detachAndScrapAttachedViews()只会在onLayoutChildren()中调用，只有在布局的时候，才会把ViewHolder detach掉，然后再add进来重新布局，但是大家需要注意，Scrap只是保存从RecyclerView布局中当前屏幕显示的item的ViewHolder，不参与回收复用，单纯是为了现从RecyclerView中拿下来再重新布局上去。对于没有保存到的item，会放到mCachedViews或者RecycledViewPool缓存中参与回收复用。

   public void detachAndScrapAttachedViews(@NonNull Recycler recycler) {
        final int childCount = getChildCount();
        for (int i = childCount - 1; i >= 0; i--) {
            final View v = getChildAt(i);
            scrapOrRecycleView(recycler, i, v);
        }
    }

上面代码的作用是，遍历所有view，分离所有已经添加到RecyclerView的itemView。

   private void scrapOrRecycleView(Recycler recycler, int index, View view) {
        final ViewHolder viewHolder = getChildViewHolderInt(view);
        if (viewHolder.isInvalid() && !viewHolder.isRemoved()
                && !mRecyclerView.mAdapter.hasStableIds()) {
            removeViewAt(index);//移除VIew
            recycler.recycleViewHolderInternal(viewHolder);//缓存到CacheView或者RecycledViewPool中
        } else {
            detachViewAt(index);//分离View
            recycler.scrapView(view);//scrap缓存
            mRecyclerView.mViewInfoStore.onViewDetached(viewHolder);
        }
    }

然后，我们看detachViewAt()方法分离视图，再通过scrapView()缓存到scrap中。

    void scrapView(View view) {
        final ViewHolder holder = getChildViewHolderInt(view);
        if (holder.hasAnyOfTheFlags(ViewHolder.FLAG_REMOVED | ViewHolder.FLAG_INVALID)
                || !holder.isUpdated() || canReuseUpdatedViewHolder(holder)) {
            holder.setScrapContainer(this, false);
            mAttachedScrap.add(holder);//保存到mAttachedScrap中
        } else {
            if (mChangedScrap == null) {
                mChangedScrap = new ArrayList<ViewHolder>();
            }
            holder.setScrapContainer(this, true);
            mChangedScrap.add(holder);//保存到mChangedScrap中
        }
    }

然后，我们回到scrapOrRecycleView()方法中，进入if()分支。如果viewHolder是无效、未被移除、未被标记的则放到recycleViewHolderInternal()缓存起来，同时removeViewAt()移除了viewHolder。

   void recycleViewHolderInternal(ViewHolder holder) {
           ·····
        if (forceRecycle || holder.isRecyclable()) {
            if (mViewCacheMax > 0
                    && !holder.hasAnyOfTheFlags(ViewHolder.FLAG_INVALID
                    | ViewHolder.FLAG_REMOVED
                    | ViewHolder.FLAG_UPDATE
                    | ViewHolder.FLAG_ADAPTER_POSITION_UNKNOWN)) {

                int cachedViewSize = mCachedViews.size();
                if (cachedViewSize >= mViewCacheMax && cachedViewSize > 0) {//如果超出容量限制，把第一个移除
                    recycleCachedViewAt(0);
                    cachedViewSize--;
                }
                     ·····
                mCachedViews.add(targetCacheIndex, holder);//mCachedViews回收
                cached = true;
            }
            if (!cached) {
                addViewHolderToRecycledViewPool(holder, true);//放到RecycledViewPool回收
                recycled = true;
            }
        }
    }

如果符合条件，会优先缓存到mCachedViews中时，如果超出了mCachedViews的最大限制，通过recycleCachedViewAt()将CacheView缓存的第一个数据添加到终极回收池RecycledViewPool后再移除掉，最后才会add()新的ViewHolder添加到mCachedViews中。

剩下不符合条件的则通过addViewHolderToRecycledViewPool()缓存到RecycledViewPool中。

    void addViewHolderToRecycledViewPool(@NonNull ViewHolder holder, boolean dispatchRecycled) {
        clearNestedRecyclerViewIfNotNested(holder);
        View itemView = holder.itemView;
        ······
        holder.mOwnerRecyclerView = null;
        getRecycledViewPool().putRecycledView(holder);//将holder添加到RecycledViewPool中
    }

最后，就是在填充布局调用fill()方法的时候，它会回收移出屏幕的view到mCachedViews或者RecycledViewPool中。

 int fill(RecyclerView.Recycler recycler, LayoutState layoutState,
            RecyclerView.State state, boolean stopOnFocusable) {
        if (layoutState.mScrollingOffset != LayoutState.SCROLLING_OFFSET_NaN) {
              recycleByLayoutState(recycler, layoutState);//回收移出屏幕的view
        }
    }

而recycleByLayoutState()方法就是用来回收移出屏幕的view，完整的流程如下图。