前言
之前寫專案的時候，對於資料庫的操作不是特別多，能避免就儘量避免，並且一直想不到比較好的方法去組織網路資料、本地資料的邏輯。所以在最近的面試中時，問及專案中的資料庫實現，以及比較好用的資料庫的框架及其實現原理時，我就只答道之前在《第一行程式碼》中看到了的LitePal，但原始碼就...所以這次來惡補一次資料庫。幾經搜尋，雲比較，比較青睞官方Jetpack元件中的Room。
Room簡介
Room框架是使用生成程式碼的方式在編譯時生成CRUD的程式碼，因此效能是遠遠好過通過反射實現的ORM框架。但是事實上，Room最吸引我的地方不止是效能，Room對架構元件（LiveData）、RxJava等流行框架做了適配。例如，Room中的查詢操作可以返回一個LiveData，並且，每一次RUD操作，都會更新LiveData。這可以大大簡化本地、記憶體、網路多級快取的實現，具體官方也給出了一系列Demo，並且隨時都在隨著框架或者根據PR更新，強烈推薦研究這些Demo！
注
本文主要是對Room中與LiveData的聯動作出分析，閱讀本文前建議先熟悉Room的基本使用，建議看一下與LiveData配合使用的Demo。
正文
建立相關類
AppDatabase.kt
@Database(entities = [Book::class], version = 1)
abstract class AppDatabase : RoomDatabase() {
abstract fun bookDao(): BookDao
}
複製程式碼Book.kt
@Dao
interface BookDao {
@Insert
fun insert(book: Book): Long
@Delete
fun delete(book: Book)
@Query("select * from book where id = :id")
fun queryById(id: Long): LiveData<Book>
}
複製程式碼使用資料庫：
val db = Room.databaseBuilder(applicationContext, AppDatabase::class.java, "test.db")
.build()
db.bookDao().queryById(1).observe(this, Observer {
// do something when book update
})
複製程式碼這樣在Observer裡面就可以接收到任何時候資料庫id=1的資料修改操作了。
生成程式碼並分析
Build -> Make Project 編譯，會生成Room相關程式碼，如果是kapt的話，生成程式碼目錄應該是{專案目錄}/app/build/generated/source/kapt/debug/{包路徑}/下。 我們可以看到生成了AppDatabase_Impl和BookDao_Impl兩個程式碼檔案，分別對應前面貼出來的AppDatabase的實現類和BookDao的實現類。
@Override
public LiveData<Book> queryById(final long id) {
final String _sql = "select * from book where id = ?";
final RoomSQLiteQuery _statement = RoomSQLiteQuery.acquire(_sql, 1);
int _argIndex = 1;
_statement.bindLong(_argIndex, id);
return __db.getInvalidationTracker().createLiveData(new String[]{"book"}, new Callable<Book>() {
@Override
public Book call() throws Exception {
final Cursor _cursor = DBUtil.query(__db, _statement, false);
try {
final int _cursorIndexOfId = CursorUtil.getColumnIndexOrThrow(_cursor, "id");
final int _cursorIndexOfName = CursorUtil.getColumnIndexOrThrow(_cursor, "name");
final int _cursorIndexOfAuthor = CursorUtil.getColumnIndexOrThrow(_cursor, "author");
final int _cursorIndexOfPrice = CursorUtil.getColumnIndexOrThrow(_cursor, "price");
final Book _result;
if (_cursor.moveToFirst()) {
final long _tmpId;
_tmpId = _cursor.getLong(_cursorIndexOfId);
final String _tmpName;
_tmpName = _cursor.getString(_cursorIndexOfName);
final String _tmpAuthor;
_tmpAuthor = _cursor.getString(_cursorIndexOfAuthor);
final float _tmpPrice;
_tmpPrice = _cursor.getFloat(_cursorIndexOfPrice);
_result = new Book(_tmpId, _tmpName, _tmpAuthor, _tmpPrice);
} else {
_result = null;
}
return _result;
} finally {
_cursor.close();
}
}
@Override
protected void finalize() {
_statement.release();
}
});
}
複製程式碼注意這一行
return __db.getInvalidationTracker().createLiveData(...);
複製程式碼我們跟進去，最終建立的是一個RoomTrackingLiveData，是一個繼承了LiveData的類。下面是它的構造方法。從構造方法來看，比較可疑的物件的是InvalidationTracker.Observer這個類，並且實現十有八九是觀察者模式。而最後的回撥也多半是onInvalidated方法。
@SuppressLint("RestrictedApi")
RoomTrackingLiveData(
RoomDatabase database,
InvalidationLiveDataContainer container,
Callable<T> computeFunction,
String[] tableNames) {
mDatabase = database;
mComputeFunction = computeFunction;
mContainer = container;
mObserver = new InvalidationTracker.Observer(tableNames) {
@Override
public void onInvalidated(@NonNull Set<String> tables) {
ArchTaskExecutor.getInstance().executeOnMainThread(mInvalidationRunnable);
}
};
}
複製程式碼而在RoomTrackingLiveData中，重寫了onActive方法。其中mContainer是InvalidationLiveDataContainer，文件上有寫僅僅是維護LiveData的強引用，防止正在使用的LiveData被回收，跟本文目標沒關係，可忽略。而後面的就有意思了，通過Excutor執行了一個任務，所以，我們來看一下這個任務把。
@Override
protected void onActive() {
super.onActive();
mContainer.onActive(this);
mDatabase.getQueryExecutor().execute(mRefreshRunnable);
}
複製程式碼mRefreshRunnable#run()
// mRegisteredObserver是否註冊的標誌
if (mRegisteredObserver.compareAndSet(false, true)) {
mDatabase.getInvalidationTracker().addWeakObserver(mObserver);
}
boolean computed;
do {
computed = false;
if (mComputing.compareAndSet(false, true)) {
try {
T value = null;
while (mInvalid.compareAndSet(true, false)) {
computed = true;
try {
// Dao實現類中返回LiveData時傳入的一個引數，用於查詢，並將資料組裝成一個實體類
value = mComputeFunction.call();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException("Exception while computing database"
+ " live data.", e);
}
}
if (computed) {
postValue(value);
}
} finally {
mComputing.set(false);
}
}
} while (computed && mInvalid.get());
複製程式碼這段程式碼後段通過CAS去完成一次資料庫的查詢，組裝成實體類並postValue，即更新LiveData。 注意到這個程式碼前段呼叫了InvalidationTracker的addWeakObserver，這個方法就應該就是訂閱了。
InvalidationTracker#addWeakObserver
public void addWeakObserver(Observer observer) {
addObserver(new WeakObserver(this, observer));
}
複製程式碼InvalidationTracker#addObserver
public void addObserver(@NonNull Observer observer) {
final String[] tableNames = resolveViews(observer.mTables);
int[] tableIds = new int[tableNames.length];
final int size = tableNames.length;
for (int i = 0; i < size; i++) {
Integer tableId = mTableIdLookup.get(tableNames[i].toLowerCase(Locale.US));
if (tableId == null) {
throw new IllegalArgumentException("There is no table with name " + tableNames[i]);
}
tableIds[i] = tableId;
}
ObserverWrapper wrapper = new ObserverWrapper(observer, tableIds, tableNames);
ObserverWrapper currentObserver;
synchronized (mObserverMap) {
currentObserver = mObserverMap.putIfAbsent(observer, wrapper);
}
if (currentObserver == null && mObservedTableTracker.onAdded(tableIds)) {
syncTriggers();
}
}
複製程式碼InvalidationTracker$WeakObserver
static class WeakObserver extends Observer {
final InvalidationTracker mTracker;
final WeakReference<Observer> mDelegateRef;
WeakObserver(InvalidationTracker tracker, Observer delegate) {
super(delegate.mTables);
mTracker = tracker;
mDelegateRef = new WeakReference<>(delegate);
}
@Override
public void onInvalidated(@NonNull Set<String> tables) {
final Observer observer = mDelegateRef.get();
if (observer == null) {
mTracker.removeObserver(this);
} else {
observer.onInvalidated(tables);
}
}
}
複製程式碼可以看到，WeakObserver就是對Observer一個弱引用的包裝。而在addObserver中，根據observer中tableNames，對更新了InvalidationTracker的訂閱記錄。新增成功後，最後會呼叫onAdded。
boolean onAdded(int... tableIds) {
boolean needTriggerSync = false;
synchronized (this) {
for (int tableId : tableIds) {
final long prevObserverCount = mTableObservers[tableId];
mTableObservers[tableId] = prevObserverCount + 1;
if (prevObserverCount == 0) {
mNeedsSync = true;
needTriggerSync = true;
}
}
}
return needTriggerSync;
}
複製程式碼這裡mTableObservers是對每個table的observer進行計數。為什麼要計數呢？我們接著看。在發現了訂閱數從0->1的table時，這個方法會返回true，如果它返回true，會執行syncTriggers()方法，經過呼叫會執行這一段程式碼：
final int[] tablesToSync = mObservedTableTracker.getTablesToSync();
if (tablesToSync == null) {
return;
}
final int limit = tablesToSync.length;
try {
database.beginTransaction();
for (int tableId = 0; tableId < limit; tableId++) {
switch (tablesToSync[tableId]) {
case ObservedTableTracker.ADD:
startTrackingTable(database, tableId);
break;
case ObservedTableTracker.REMOVE:
stopTrackingTable(database, tableId);
break;
}
}
database.setTransactionSuccessful();
} finally {
database.endTransaction();
}
複製程式碼InvalidationTracker#getTablesToSync()
int[] getTablesToSync() {
synchronized (this) {
if (!mNeedsSync || mPendingSync) {
return null;
}
final int tableCount = mTableObservers.length;
for (int i = 0; i < tableCount; i++) {
final boolean newState = mTableObservers[i] > 0;
if (newState != mTriggerStates[i]) {
mTriggerStateChanges[i] = newState ? ADD : REMOVE;
} else {
mTriggerStateChanges[i] = NO_OP;
}
mTriggerStates[i] = newState;
}
mPendingSync = true;
mNeedsSync = false;
return mTriggerStateChanges;
}
}
複製程式碼這個getTablesToSync方法很短，但這裡就體現了observer計數的作用，它遍歷這個表，找出計數與之前不一樣的，如果由一個大於0的數變為->0，表明現在沒有observer訂閱它，返回REMOVE，0->n，返回ADD，否則NO_OP。對於返回ADD的表，就應該是會監聽變化的表了。它會執行startTrackingTable方法。
private void startTrackingTable(SupportSQLiteDatabase writableDb, int tableId) {
final String tableName = mTableNames[tableId];
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
for (String trigger : TRIGGERS) {
stringBuilder.setLength(0);
stringBuilder.append("CREATE TEMP TRIGGER IF NOT EXISTS ");
appendTriggerName(stringBuilder, tableName, trigger);
stringBuilder.append(" AFTER ")
.append(trigger)
.append(" ON `")
.append(tableName)
.append("` BEGIN INSERT OR REPLACE INTO ")
.append(UPDATE_TABLE_NAME)
.append(" VALUES(null, ")
.append(tableId)
.append("); END");
writableDb.execSQL(stringBuilder.toString());
}
}
複製程式碼到這裡我們就很清楚了：實現監聽修改的方法是觸發器。 （不過我之前僅僅是聽說過觸發器，很少用過，如果不瞭解，這裡有一份簡易的教程）。而觸發器關心的操作是這一些：
private static final String[] TRIGGERS = new String[]{"UPDATE", "DELETE", "INSERT"};
複製程式碼對應著更新、刪除、插入。當有這些操作時，根據上述觸發器語句，會更新一個由InvalidationTracker維護的表"UPDATE_TABLE_NAME"。 InvalidationTracker#UPDATE_TABLE_NAME
private static final String UPDATE_TABLE_NAME = "room_table_modification_log";
複製程式碼InvalidationTracker#internalInit
void internalInit(SupportSQLiteDatabase database) {
synchronized (this) {
if (mInitialized) {
Log.e(Room.LOG_TAG, "Invalidation tracker is initialized twice :/.");
return;
}
database.beginTransaction();
try {
database.execSQL("PRAGMA temp_store = MEMORY;");
database.execSQL("PRAGMA recursive_triggers='ON';");
database.execSQL(CREATE_TRACKING_TABLE_SQL);
database.setTransactionSuccessful();
} finally {
database.endTransaction();
}
syncTriggers(database);
mCleanupStatement = database.compileStatement(RESET_UPDATED_TABLES_SQL);
mInitialized = true;
}
}
複製程式碼注意到表中有這樣一列：
INVALIDATED_COLUMN_NAME + " INTEGER NOT NULL DEFAULT 0
複製程式碼在觸發器設定的是更新操作時會被設定為1。所以，應該就是檢驗這個值來判斷表是否有更新。那麼是哪裡進行判斷呢？我們可以從一個更新操作開始找，例如BookDao_Impl#insert()
@Override
public long insert(final Book book) {
__db.beginTransaction();
try {
long _result = __insertionAdapterOfBook.insertAndReturnId(book);
__db.setTransactionSuccessful();
return _result;
} finally {
__db.endTransaction();
}
}
複製程式碼最後發現在endTransaction中呼叫了InvalidationTracker的refreshVersionsAsync方法。而在這個方法中，最終會執行InvalidationTracker的mRefreshRunnable物件的run方法。（注意，和上文的mRefreshRunnbale屬於不同類，不是同一個物件。） RoomDatabase#endTransaction()
public void endTransaction() {
mOpenHelper.getWritableDatabase().endTransaction();
if (!inTransaction()) {
// enqueue refresh only if we are NOT in a transaction. Otherwise, wait for the last
// endTransaction call to do it.
mInvalidationTracker.refreshVersionsAsync();
}
}
複製程式碼InvalidationTracker#mRefreshRunnable#run()
inal Lock closeLock = mDatabase.getCloseLock();
boolean hasUpdatedTable = false;
try {
... 省略
if (mDatabase.mWriteAheadLoggingEnabled) {
// This transaction has to be on the underlying DB rather than the RoomDatabase
// in order to avoid a recursive loop after endTransaction.
SupportSQLiteDatabase db = mDatabase.getOpenHelper().getWritableDatabase();
db.beginTransaction();
try {
hasUpdatedTable = checkUpdatedTable();
db.setTransactionSuccessful();
} finally {
db.endTransaction();
}
} else {
hasUpdatedTable = checkUpdatedTable();
}
} catch (IllegalStateException | SQLiteException exception) {
// may happen if db is closed. just log.
Log.e(Room.LOG_TAG, "Cannot run invalidation tracker. Is the db closed?",
exception);
} finally {
closeLock.unlock();
}
if (hasUpdatedTable) {
// 分發給Observer，最終會更新LiveData
synchronized (mObserverMap) {
for (Map.Entry<Observer, ObserverWrapper> entry : mObserverMap) {
entry.getValue().notifyByTableVersions(mTableInvalidStatus);
}
}
// Reset invalidated status flags.
mTableInvalidStatus.clear();
}
複製程式碼注意，hasUpdatedTable = checkUpdatedTable();
private boolean checkUpdatedTable() {
boolean hasUpdatedTable = false;
Cursor cursor = mDatabase.query(new SimpleSQLiteQuery(SELECT_UPDATED_TABLES_SQL));
//noinspection TryFinallyCanBeTryWithResources
try {
while (cursor.moveToNext()) {
final int tableId = cursor.getInt(0);
mTableInvalidStatus.set(tableId);
hasUpdatedTable = true;
}
} finally {
cursor.close();
}
if (hasUpdatedTable) {
mCleanupStatement.executeUpdateDelete();
}
return hasUpdatedTable;
}
複製程式碼@VisibleForTesting
static final String SELECT_UPDATED_TABLES_SQL = "SELECT * FROM " + UPDATE_TABLE_NAME
+ " WHERE " + INVALIDATED_COLUMN_NAME + " = 1;";
複製程式碼果然，是查詢"UPDATE_TABLE_NAME"這個表中"INVALIDATED_COLUMN_NAME"這列為1的記錄，然後設定自己的狀態。完成這個過程就分發給自己的Observers。
void notifyByTableVersions(BitSet tableInvalidStatus) {
...
if (invalidatedTables != null) {
mObserver.onInvalidated(invalidatedTables);
}
}
複製程式碼而在前文中有說到，註冊的Observer實際上是RoomTrackingLiveData的mObserver的包裝，最終會呼叫到它的onInvalidated。
mObserver = new InvalidationTracker.Observer(tableNames) {
@Override
public void onInvalidated(@NonNull Set<String> tables) {
ArchTaskExecutor.getInstance().executeOnMainThread(mInvalidationRunnable);
}
}
複製程式碼final Runnable mInvalidationRunnable = new Runnable() {
@MainThread
@Override
public void run() {
boolean isActive = hasActiveObservers();
if (mInvalid.compareAndSet(false, true)) {
if (isActive) {
mDatabase.getQueryExecutor().execute(mRefreshRunnable);
}
}
}
};
複製程式碼可見，最後會線上程池中執行RoomTrackingLiveData的mRefreshRunnable任務。這個任務前文已經分析過了，通過CAS的方式查詢資料，並post給LiveData，這樣就實現了資料更新的通知。到這裡，Room和LiveData聯動的工作原理就大致分析完畢。