Android 进阶：Fragment 源码深入理解

上周预热的文章，结果自己打脸了，实在抱歉  (｡ŏ_ŏ)。

日常开发中我们经常使用 Fragment 管理布局，使用起来非常方便，但是在简单的 API 背后隐藏了什么操作，很多人恐怕不了解。

如果你回答不出这些问题，那这篇文章可能就对你有些帮助：

• Fragment FragmentManager FragmentTransaction 的关系和作用

• Fragment 如何实现布局的添加替换

• 嵌套 Fragment 的原理

Fragment 的使用

Fragment 的使用大家应该都熟悉，这里举个例子，要实现这样的类似饿了么点餐效果：

界面丑了点，但意思是差不多的哈，左边一个列表，点击后切换右边的布局。我们就可以使用 Fragment 来实现。

实现也很简单，创建一个的布局，然后在 Activity 里点击时替换 Fragment。

代码很简单，核心就三步：

1. 创建 Fragment

2. 获取 FragmentManager

3. 调用事务，添加、替换

我们一步步来了解这背后的故事。

Fragment 大家应该比较熟悉，放到最后。

先来看看 FragmentManager。

FragmentManager

public abstract class FragmentManager {...}

FragmentManager 是一个抽象类，定义了一些和 Fragment 相关的操作和内部类/接口。

定义的操作

FragmentManager 中定义的方法如下：

//开启一系列对 Fragments 的操作public abstract FragmentTransaction beginTransaction();//根据 ID 找到从 XML 解析出来的或者事务中添加的 Fragment//首先会找添加到 FragmentManager 中的，找不到就去回退栈里找public abstract Fragment findFragmentById(@IdRes int id);//跟上面的类似，不同的是使用 tag 进行查找public abstract Fragment findFragmentByTag(String tag);//弹出回退栈中栈顶的 Fragment，异步执行的public abstract void popBackStack();//立即弹出回退栈中栈顶的，直接执行哦public abstract boolean popBackStackImmediate();//返回栈顶符合名称的，如果传入的 name 不为空，在栈中间找到了 Fragment，那将弹出这个 Fragment 上面的所有 Fragment//有点类似启动模式的 singleTask 的感觉//异步执行public abstract void popBackStack(String name, int flags);//...//获取 manager 中所有添加进来的 Fragmentpublic abstract List<Fragment> getFragments();

可以看到，定义的方法有很多是异步执行的，后面看看它究竟是如何实现的异步。

内部类/接口：

• BackStackEntry：Fragment 后退栈中的一个元素

• onBackStackChangedListener：后退栈变动监听器

• FragmentLifecycleCallbacks: FragmentManager 中的 Fragment 生命周期监听

//后退栈中的一个元素public interface BackStackEntry {    //栈中该元素的唯一标识    public int getId();    //获取 FragmentTransaction#addToBackStack(String) 设置的名称    public String getName();    //...}

可以看到 BackStackEntry 的接口比较简单，关键信息就是 ID 和 Name。

//在 Fragment 回退栈中有变化时回调public interface OnBackStackChangedListener {    public void onBackStackChanged();}

//FragmentManager 中的 Fragment 生命周期监听    public abstract static class FragmentLifecycleCallbacks {      //...    }}

熟悉 Fragment 生命周期的同学一定觉得很面熟，这个接口就是为我们提供一个 FragmentManager 所有 Fragment 生命周期变化的回调。

小结：

可以看到，FragmentManager 是一个抽象类，它定义了对一个 Activity/Fragment 中 添加进来的 Fragment 列表、Fragment 回退栈的操作、管理。

实现类 FragmentManagerImpl

FragmentManager 定义的任务是由 FragmentManagerImpl 实现的。

主要成员：

final class FragmentManagerImpl extends FragmentManager implements LayoutInflaterFactory {    ArrayList<OpGenerator> mPendingActions;    Runnable[] mTmpActions;    boolean mExecutingActions;    ArrayList<Fragment> mActive;    ArrayList<Fragment> mAdded;    ArrayList<Integer> mAvailIndices;    ArrayList<BackStackRecord> mBackStack;    ArrayList<Fragment> mCreatedMenus;// Must be accessed while locked.    ArrayList<BackStackRecord> mBackStackIndices;    ArrayList<Integer> mAvailBackStackIndices;    ArrayList<OnBackStackChangedListener> mBackStackChangeListeners;    private CopyOnWriteArrayList<Pair<FragmentLifecycleCallbacks, Boolean>> mLifecycleCallbacks;//...}

可以看到，FragmentManagerImpl 中定义了 添加的、活跃的。以及回退栈的列表，这和 FragmentManager 的要求一致。

int mCurState = Fragment.INITIALIZING;FragmentHostCallback mHost;FragmentContainer mContainer;Fragment mParent;static Field sAnimationListenerField = null;boolean mNeedMenuInvalidate;boolean mStateSaved;boolean mDestroyed;String mNoTransactionsBecause;boolean mHavePendingDeferredStart;

接着还有当前的状态，当前 Fragment 的起始 mParent，以及 FragmentManager 的 mHost 和 mContainer。

FragmentContainer 就是一个接口，定义了关于布局的两个方法：

public abstract class FragmentContainer {    @Nullable    public abstract View onFindViewById(@IdRes int id);    public abstract boolean onHasView();}

而 FragmentHostCallback 就复杂一点了，它提供了 Fragment 需要的信息，也定义了 Fragment 宿主应该做的操作：

public abstract class FragmentHostCallback<E> extends FragmentContainer {    private final Activity mActivity;    final Context mContext;    private final Handler mHandler;    final int mWindowAnimations;    final FragmentManagerImpl mFragmentManager = new FragmentManagerImpl();    //...}

我们知道，一般来说 Fragment 的宿主就两种：

1. Activity

2. Fragment

我们再看看他对 FragmentManager 定义的关键方法是如何实现的。

@Overridepublic FragmentTransaction beginTransaction() {    return new BackStackRecord(this);}

beginTransaction() 返回一个新的 BackStackRecord ，我们后面介绍。

前面提到了，popBackStack() 是一个异步操作，它是如何实现异步的呢？

@Overridepublic void popBackStack() {    enqueueAction(new PopBackStackState(null, -1, 0), false);}public void enqueueAction(OpGenerator action, boolean allowStateLoss) {    if (!allowStateLoss) {        checkStateLoss();    }    synchronized (this) {        if (mDestroyed || mHost == null) {            throw new IllegalStateException("Activity has been destroyed");        }        if (mPendingActions == null) {            mPendingActions = new ArrayList<>();        }        mPendingActions.add(action);        scheduleCommit();    }}private void scheduleCommit() {    synchronized (this) {        boolean postponeReady =                mPostponedTransactions != null && !mPostponedTransactions.isEmpty();        boolean pendingReady = mPendingActions != null && mPendingActions.size() == 1;        if (postponeReady || pendingReady) {            mHost.getHandler().removeCallbacks(mExecCommit);            mHost.getHandler().post(mExecCommit);        }    }}

可以看到，调用到最后，是调用宿主中的 Handler 来发送任务的，so easy 嘛。其他的异步执行也是类似，就不赘述了。

后退栈相关方法：

ArrayList<BackStackRecord> mBackStack;@Overridepublic int getBackStackEntryCount() {    return mBackStack != null ? mBackStack.size() : 0;}@Overridepublic BackStackEntry getBackStackEntryAt(int index) {    return mBackStack.get(index);}

可以看到，开始事务和后退栈，返回/操作的都是 BackStackRecord，我们来了解了解它是何方神圣。

事务

BackStackRecord 继承了 FragmentTransaction：

final class BackStackRecord extends FragmentTransaction implements        FragmentManager.BackStackEntry, FragmentManagerImpl.OpGenerator {...}

先来看看 FragmentTransaction。

FragmentTransaction

FragmentTransaction 定义了一系列对 Fragment 的操作方法：

//它会调用 add(int, Fragment, String)，其中第一个参数传的是 0public abstract FragmentTransaction add(Fragment fragment, String tag);//它会调用 add(int, Fragment, String)，其中第三个参数是 nullpublic abstract FragmentTransaction add(@IdRes int containerViewId, Fragment fragment);//添加一个 Fragment 给 Activity 的最终实现//第一个参数表示 Fragment 要放置的布局 id//第二个参数表示要添加的 Fragment，【注意】一个 Fragment 只能添加一次//第三个参数选填，可以给 Fragment 设置一个 tag，后续可以使用这个 tag 查询它public abstract FragmentTransaction add(@IdRes int containerViewId, Fragment fragment,        @Nullable String tag);//调用 replace(int, Fragment, String)，第三个参数传的是 nullpublic abstract FragmentTransaction replace(@IdRes int containerViewId, Fragment fragment);//...

对 fragment 的操作基本就这几步，我们知道，要完成对 fragment 的操作，最后还需要提交一下：

事务的四种提交方式

事务最终的提交方法有四种：

1. commit()

2. commitAllowingStateLoss()

3. commitNow()

4. commitNowAllowingStateLoss()

它们之间的特点及区别如下：

public abstract int commit();

commit() 在主线程中异步执行，其实也是 Handler 抛出任务，等待主线程调度执行。

注意：
commit() 需要在宿主 Activity 保存状态之前调用，否则会报错。
这是因为如果 Activity 出现异常需要恢复状态，在保存状态之后的 commit() 将会丢失，这和调用的初衷不符，所以会报错。

public abstract int commitAllowingStateLoss();

commitAllowingStateLoss() 也是异步执行，但它的不同之处在于，允许在 Activity 保存状态之后调用，也就是说它遇到状态丢失不会报错。

因此我们一般在界面状态出错是可以接受的情况下使用它。

public abstract void commitNow();

commitNow() 是同步执行的，立即提交任务。

前面提到 FragmentManager.executePendingTransactions() 也可以实现立即提交事务。但我们一般建议使用 commitNow(), 因为另外那位是一下子执行所有待执行的任务，可能会把当前所有的事务都一下子执行了，这有可能有副作用。

此外，这个方法提交的事务可能不会被添加到 FragmentManger 的后退栈，因为你这样直接提交，有可能影响其他异步执行任务在栈中的顺序。

和 commit() 一样，commitNow() 也必须在 Activity 保存状态前调用，否则会抛异常。

public abstract void commitNowAllowingStateLoss();

同步执行的 commitAllowingStateLoss()。

OK，了解了 FragmentTransaction 定义的操作，去看看我们真正关心的、 beginTransaction() 中返回的 BackStackRecord:

@Overridepublic FragmentTransaction beginTransaction() {    return new BackStackRecord(this);}

事务真正实现/回退栈 BackStackRecord

BackStackRecord 既是对 Fragment 进行操作的事务的真正实现，也是 FragmentManager 中的回退栈的实现：

final class BackStackRecord extends FragmentTransaction implements        FragmentManager.BackStackEntry, FragmentManagerImpl.OpGenerator {...}

它的关键成员：

可以看到 Op 就是添加了状态和动画信息的 Fragment， mOps 就是栈中所有的 Fragment。

事务定义的方法它是如何实现的呢。

先看添加一个 Fragment 到布局 add() 的实现：

@Overridepublic FragmentTransaction add(int containerViewId, Fragment fragment) {    doAddOp(containerViewId, fragment, null, OP_ADD);    return this;}private void doAddOp(int containerViewId, Fragment fragment, String tag, int opcmd) {    //...    //1.修改添加的 fragmentManager 为当前栈的 manager    fragment.mFragmentManager = mManager;    //...        //2.设置宿主 ID 为布局 ID        fragment.mContainerId = fragment.mFragmentId = containerViewId;    }    //3.构造 Op    Op op = new Op();    op.cmd = opcmd;    //状态    op.fragment = fragment;    //4.添加到数组列表中    addOp(op);}void addOp(Op op) {    mOps.add(op);    op.enterAnim = mEnterAnim;    op.exitAnim = mExitAnim;    op.popEnterAnim = mPopEnterAnim;    op.popExitAnim = mPopExitAnim;}

可以看到添加一个 Fragment 到布局很简单，概况一下就是：
修改 fragmentManager 和 ID，构造成 Op，设置状态信息，然后添加到列表里。

添加完了看看替换 replace 的实现：

@Overridepublic FragmentTransaction replace(int containerViewId, Fragment fragment) {    return replace(containerViewId, fragment, null);}@Overridepublic FragmentTransaction replace(int containerViewId, Fragment fragment, String tag) {    if (containerViewId == 0) {        throw new IllegalArgumentException("Must use non-zero containerViewId");    }    doAddOp(containerViewId, fragment, tag, OP_REPLACE);    return this;}

太可怕了，也是调用上面刚提到的 doAddOp()，不同之处在于第四个参数为 OP_REPLACE，看来之前小看了这个状态值！

再看其他方法的实现就很简单了，无非就是构造一个 Op，设置对应的状态值。

@Overridepublic FragmentTransaction remove(Fragment fragment) {    Op op = new Op();    op.cmd = OP_REMOVE;    op.fragment = fragment;    addOp(op);    return this;}@Overridepublic FragmentTransaction hide(Fragment fragment) {    Op op = new Op();    op.cmd = OP_HIDE;    op.fragment = fragment;    addOp(op);    return this;}    //...}

那这些状态值的不同是什么时候起作用的呢？

别忘了我们操作 Fragment 还有最后一步，提交。

看看这两个是怎么实现的：

@Overridepublic int commit() {    return commitInternal(false);}@Overridepublic int commitAllowingStateLoss() {    return commitInternal(true);}int commitInternal(boolean allowStateLoss) {    //...    mManager.enqueueAction(this, allowStateLoss);    //异步任务入队    return mIndex;}public void enqueueAction(OpGenerator action, boolean allowStateLoss) {    //...        mPendingActions.add(action);        scheduleCommit();    //发送任务    }}private void scheduleCommit() {    synchronized (this) {        //...        if (postponeReady || pendingReady) {            mHost.getHandler().removeCallbacks(mExecCommit);            mHost.getHandler().post(mExecCommit);        }    }}

前面已经介绍过了，FragmentManager.enqueueAction() 最终是使用 Handler 实现的异步执行。

现在的问题是执行的任务是啥?

答案就是 Handler 发送的任务 mExecCommit:

Runnable mExecCommit = new Runnable() {    @Override    public void run() {        execPendingActions();    }};

代码多了一点，但我们终于找到了最终的实现：Handler 异步发到主线，调度执行后，聚合、修改 Ops 的状态，然后遍历、修改 Fragment 栈中的 View 的状态。

##真正处理的部分

前面主要是对 Fragment 的包装类 Ops 进行一些状态修改，真正根据 Ops 状态进行操作在这个部分：

void executeOps() {    final int numOps = mOps.size();    for (int opNum = 0; opNum < numOps; opNum++) {        final Op op = mOps.get(opNum);        final Fragment f = op.fragment;        f.setNextTransition(mTransition, mTransitionStyle);        switch (op.cmd) {            case OP_ADD:                f.setNextAnim(op.enterAnim);                mManager.addFragment(f, false);                break;            case OP_REMOVE:                f.setNextAnim(op.exitAnim);                mManager.removeFragment(f);                break;            case OP_HIDE:                f.setNextAnim(op.exitAnim);                mManager.hideFragment(f);                break;            //...        }        if (!mAllowOptimization && op.cmd != OP_ADD) {            mManager.moveFragmentToExpectedState(f);        }    }    if (!mAllowOptimization) {        mManager.moveToState(mManager.mCurState, true);    }}

FragmentManager 对这些方法的实现也很简单，修改 Fragment 的状态值，比如 remove(Fragment):

public void removeFragment(Fragment fragment) {    //...    if (!fragment.mDetached || inactive) {        if (mAdded != null) {            mAdded.remove(fragment);        }        if (fragment.mHasMenu && fragment.mMenuVisible) {            mNeedMenuInvalidate = true;        }        fragment.mAdded = false;    //设置属性值        fragment.mRemoving = true;    }}

最终会调用 moveToState()，我们直接来看它的实现：

代码很长，但做的事情很简单：

1. 根据状态调用对应的生命周期方法

2. 如果是新创建的，就把布局添加到 ViewGroup 中

Fragment 是什么

Fragment 是什么，从官网、别人博客上看到的都是他人之言，我们还是得去看源码才能得到答案。

public class Fragment implements ComponentCallbacks, OnCreateContextMenuListener {...}

可以看到，Fragment 没有继承任何类，只是实现了这两个接口，第二个不太重要，第一个是在内存不足时可以收到回调。

没有什么特别信息，我们还是去看看它的主要成员。

Fragment 的主要成员

一堆标志位和状态值。然后就是关键的成员了：

看到这里，结合前面的，我们就清晰了一个 Fragment 的创建、添加过程：

在 onCreateView() 中返回一个 布局，然后在 FragmentManager 中拿到这个布局，添加到要绑定容器（Activity/Fragment）的 ViewGroup 中，然后设置相应的状态值。

生命周期方法

Fragment 的生命周期大家都清楚，一张很清晰的图：

总共 11 个方法，这里我们看一下各个方法的具体源码。
（公众号中略去）

总结

OK，看完这篇文章，相信对开头提出的问题你已经有了答案，这里再总结一下。

Fragment、FragmentManager、FragmentTransaction 关系

Fragment

• 其实是对 View 的封装，它持有 view, containerView, fragmentManager, childFragmentManager 等信息

FragmentManager

• 是一个抽象类，它定义了对一个 Activity/Fragment 中 添加进来的 Fragment 列表、Fragment 回退栈的操作、管理方法

• 还定义了获取事务对象的方法

• 具体实现在 FragmentImpl 中

FragmentTransaction

• 定义了对 Fragment 添加、替换、隐藏等操作，还有四种提交方法

• 具体实现是在 BackStackRecord 中

Fragment 如何实现布局的添加替换

通过获得当前 Activity/Fragment 的 FragmentManager/ChildFragmentManager，进而拿到事务的实现类 BackStackRecord，它将目标 Fragment 构造成 Ops（包装Fragment 和状态信息），然后提交给 FragmentManager 处理。

如果是异步提交，就通过 Handler 发送 Runnable 任务，FragmentManager 拿到任务后，先处理 Ops 状态，然后调用 moveToState() 方法根据状态调用 Fragment 对应的生命周期方法，从而达到 Fragment 的添加、布局的替换隐藏等。

下面这张图从下往上看就是一个 Fragment 创建经历的方法：

嵌套 Fragment 的原理

也比较简单，Fragment 内部有一个 childFragmentManager，通过它管理子 Fragment。

在添加子 Fragment 时，把子 Fragment 的布局 add 到父 Fragment 即可。

考虑公众号字数限制及阅读体验，这里只贴出了关键部分代码，完整代码欢迎去原文地址在 PC 端阅读。