详细解读 Android 开发中常用的架构模式,MVC / MVP / MVVM
看完本文可以达到:
- 了解如何分析一个架构模式
- 掌握 MVC,MVP,MVVM 架构定义和实现
适合人群:对 MVC / MVP / MVVM 感兴趣或者有混淆的同学们
预备知识- 了解 Android 基本开发
- 了解如何分析一个架构模式
- 掌握 MVC,MVP,MVVM 架构定义和实现
- clone CommonTec 项目,其中 architecture 模块是本文架构模式的对应的示例代码
关于架构的定义,其实在很多书籍和文章中都是不同的,很难做一个统一。
在维基百科里是这样定义的:
软件架构是一个系统的草图。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件。各个组件之间的连接则明确和相对细致地描述组件之间的通讯。在实现阶段,这些抽象组件被细化为实际的组件,比如具体某个类或者对象。
在 IEEE 软件工程标准词汇中是这样定义的:
架构是以组件、组件之间的关系、组件与环境之间的关系为内容的某一系统的基本组织结构,以及指导上述内容设计与演化的原理。
关于更多的定义,推荐阅读《软件架构设计:程序员向架构师转型必备》第二章。
在看过茫茫多的架构定义以后,我理解的架构是这样的:
- 为了解决特定的问题而提出
- 按照特定的原则将系统整体进行模块/组件/角色的划分
- 建立模块/组件/角色间的沟通机制
具体解释一下,首先是要有特定的问题,没有问题空谈架构,仿佛是空中楼阁,没有实用价值,而对应到不同的问题,会有不同的解决方式。其次是模块的划分要根据特定的原则,没有原则随意划分,也就无从去评估一个架构的好坏。最后就是模块间的通信机制,让系统成为一个整体。
最后,架构模式,其实更多的是一种思想,一种规则,往往一种架构模式可能会有不同的实现方式,而实现方式之间,只有合适与否,并没有对错之分。
如何分析一种架构模式上面我们介绍了架构的定义,根据这个定义,我们在后面分析架构模式的时候,也会从这三方面进行。
- 架构解决了什么问题知道了架构模式要解决的问题,我们才能针对性的去看,去想其解决方法是否得当,是否合适。
- 架构模式是如何划分角色的架构中最重要的就是角色 / 模块的划分,理解了架构模式中的角色划分,才能更好的理解其结构。
- 角色间是如何通信的角色间的通信也是重要的。相同的角色划分,采用不同的通信方式,往往就构成了不同的架构模式。角色间通信我们可以理解为数据的流向。在 Android 开发中,通信中的数据可以理解为两种,一种是数据结构,也就是网络请求,本地存储等通信使用的 JavaBean,另一种是事件,也就是控件产生的动作,包括触摸,点击,滑动等等。我们在通信过程中,也主要关注这两种数据。
对于我们 Android 开发者来说,常见的架构模式基本上就是 MVC,MVP,MVVM,这三种也是开发 GUI 应用程序常见的模式。
除此之外还有 分层模式,客户端-服务器模式(CS 模式),主从模式,管道过滤器模式,事件总线模式 等等。
这篇文章还是具体分析 MVC,MVP,MVVM 这三种架构模式。
不使用架构之前 App 是怎么开发的我们在了解架构的定义以后,可能会想,为什么要用这些架构模式呢?在我们不了解这些模式之前,也是一样的开发。类似设计模式,其实架构模式的目的不是为了让应用软件开发出来,而是让结构更清晰,分工更明确,扩展更方便等等。
我们可以看看,在不使用架构模式之前我们是怎么开发的。
举个简单的栗子,我们界面上有 EditText,TextView,Button 三个控件,要实现的功能也比较简单:
- EditText 接受用户输入的内容
- 处理用户输入的数据
- 数据处理后输出到 TextView 中
- 点击 Button 清空用户的输入
界面如下:
我们看看不使用架构模式是怎么开发的,也就是我们一般常用的开发方式:
首先在 xml 设计界面
在 Activity / Fragment 中获取 View,进行事件监听
通过 View 事件获取数据后进行处理
设置处理后的数据给 View代码如下:
class NormalFragment : Fragment() { companion object { fun newInstance(): Fragment { return NormalFragment() } } private val handler: Handler = Handler() override fun onCreateView(inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?, savedInstanceState: Bundle?): View? { return inflater.inflate(R.layout.architecture, container, false) } override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) { super.onViewCreated(view, savedInstanceState) titleText.text = "NORMAL" edit.addTextChangedListener(object : TextWatcher { override fun afterTextChanged(s: Editable?) { handleData(s.toString()) } override fun beforeTextChanged(s: CharSequence?, start: Int, count: Int, after: Int) { } override fun onTextChanged(s: CharSequence?, start: Int, before: Int, count: Int) { } }) clearText.setOnClickListener { edit.setText("") } } // 数据的处理,真实情况下可能是网络请求,磁盘存取,大量计算逻辑等等 private fun handleData(data: String) { if (TextUtils.isEmpty(data)) { msgText.text = "default msg" return } msgText.text = "handle data ..." handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 延迟来模拟网络或者磁盘操作 handler.postDelayed({ msgText.text = "handled data: $data" }, 3000) }}
默认开发方式的缺点:我们来分析一下上面的代码,一个明显的特点就是处理逻辑都集中在了 Activity / Fragment 中,不管是对 View 的操作,还是对数据的处理。带来的问题就是 Activity / Fragment 中逻辑臃肿,后续扩展牵一发而动全身。而且职责划分不清晰,给后续维护也带来了困难。
既然如此,我们看看使用架构模式改造后是什么样子的。
MVC 架构 5.1 模式介绍其实关于 MVC 架构,在不同的框架里,实现会有些差别,这也正说明了架构是一种思想。我们这里选用一种比较主流的实现。
我们可以看到,上面不使用架构进行开发,带来的问题是 Activity / Fragment 逻辑臃肿,不利于扩展。所以 MVC 就要解决的问题就是:控制逻辑,数据处理逻辑和界面交互耦合。这里先插一个题外话,其实我们作为程序员,写代码不仅要实现需求,还要让代码易读,易扩展。这一点,往往也能体现功力,并不是说使用了各种奇技淫巧才是大神。不知道大家是否有接触过 Java Swing 桌面应用开发,在 Java Swing 中,界面 / 控件的设置,也是用 Java 代码来实现的,如果不采用架构,最后的结果就是控制逻辑,数据处理以及页面展示的代码都集中在一个类中,读者朋友们可以想象一下,这样的代码简直是难以维护。
2. 如何划分角色为了解决上面的问题,MVC 架构里,将逻辑,数据,界面的处理划分为三个部分,模型(Model)-视图(View)-控制器(Controller)。各个部分的功能如下:
- Model 模型,负责数据的加载和存储。
- View 视图,负责界面的展示。
- Controller 控制器,负责逻辑控制。
我们再看看三者之间是怎么通信的。在介绍通信之前,我们先解释一下通信中的数据是什么。其实在 Android 开发中,通信数据可以理解为两种,一种是数据结构,也就是网络请求,本地存储等通信使用的 JavaBean,另一种是事件,也就是控件产生的动作,包括触摸,点击,滑动等等。我们在通信过程中,也主要关注这两种数据。在 MVC 架构中,View 产生事件,通知到 Controller,Controller 中进行一系列逻辑处理,之后通知给 Model 去更新数据,Model 更新数据后,再将数据结构通知给 View 去更新界面。这就是一个完整 MVC 的数据流向。
5.2 在 Android 中的具体实现理解了 MVC 模式,我们看看其具体实现。其实在 Android 开发中,其本身默认可以理解为 MVC 结构,把 View 放在 xml 中与 Java 代码解耦,然后 Activity / Fragment 充当 Controller 进行逻辑控制,但是 Android 本身并没有对 Model 进行划分,所以往往我们会让 Activity / Fragment 充当 Model 和 Controller 两个角色。而且往往 xml 中的 View 操作也是在 Activity / Fragment 中,导致有时候 Activity / Fragment 也会充当一些 View 的角色。所以我们在具体实现过程中,要把职责划分清楚,这里我们让 Fragment 充当 View 的角色,把 Model 和 Controller 的逻辑划分清楚。我们先定义三个接口如下:
// 数据模型接口,定义了数据模型的操作interface IModel { fun setView(view: IView) // 数据模型处理输入的数据 fun handleData(data: String) // 清空数据 fun clearData()}// 视图接口,定义视图的操作interface IView { fun setController(controller: IController) // 数据处理中状态 fun dataHanding() // 数据处理完成,更新界面 fun onDataHandled(data: String)}// 控制器接口,定义控制器的逻辑interface IController { fun setModel(model: IModel) // EditText 数据变化,通知控制器 fun onDataChanged(data: String) // 清空按钮点击事件 fun clearData()}
上面三个接口分别定义了 Model,View,Controller 的操作。有一点注意的是,根据 MVC 的通信流程,View 需要持有 Controller,Controller 需要持有 Model,Model 需要持有 View,所以需要暴露相应的接口。下面我们看看具体的实现:
- Model 的实现
Model 中对数据的处理是添加了 "handled data: " 前缀,并增加了 3 秒的延迟。
class HandleModel : IModel { private var view: IView? = null private val handler: Handler = Handler(Looper.getMainLooper()) override fun setView(view: IView) { this.view = view } // 接受到数据后,进行处理,这里设置了 3 秒的延迟,模拟网络请求处理数据的操作 override fun handleData(data: String) { if (TextUtils.isEmpty(data)) { return } view?.dataHanding() handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 延迟来模拟网络或者磁盘操作 handler.postDelayed({ // 数据处理完成,通知 View 更新界面 view?.onDataHandled("handled data: $data") }, 3000) } // 接收到清空数据的事件,直接清空数据 override fun clearData() { handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 数据清空后,通知 View 更新界面 view?.onDataHandled("") }}
- Controller 的实现
Controller 的实现比较简单,将操作直接转发给 Model,实际上,对于复杂的业务场景,这里要处理很多业务逻辑。
class HandleController : IController { private var model: IModel? = null override fun onDataChanged(data: String) { model?.handleData(data) } override fun clearData() { model?.clearData() } override fun setModel(model: IModel) { }}
- View 的实现
这里 Fragment 充当了 View 的角色,主要负责将 View 的事件传递给 Controller,以及接受到 Model 的数据进行界面更新。
class MVCFragment : Fragment(), IView { companion object { fun newInstance(): Fragment { return MVCFragment() } } private val model: IModel = HandleModel() private var controller: IController = HandleController() override fun onCreateView(inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?, savedInstanceState: Bundle?): View? { return inflater.inflate(R.layout.architecture, container, false) } override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) { super.onViewCreated(view, savedInstanceState) setController(controller) model.setView(this) titleText.text = "MVC" edit.addTextChangedListener(object : TextWatcher { override fun afterTextChanged(s: Editable?) { // 通知 Controller 输入的数据产生变化 controller?.onDataChanged(s.toString()) } override fun beforeTextChanged(s: CharSequence?, start: Int, count: Int, after: Int) { } override fun onTextChanged(s: CharSequence?, start: Int, before: Int, count: Int) { } }) clearText.setOnClickListener { // 通知 Controller 清空数据事件 controller?.clearData() } } // Model 数据变化,进行界面更新 override fun onDataHandled(data: String) { if (TextUtils.isEmpty(data)) { edit.setText("") msgText.text = "default msg" } else { msgText.text = data } } // Model 数据变化,进行界面更新 override fun dataHanding() { msgText.text = "handle data ..." } override fun setController(controller: IController) { this.controller = controller }}
这样我们就实现了一个简单的 MVC 结构。
5.3 MVC 架构模式的优缺点优点:
- 结构清晰,职责划分清晰
- 降低耦合
- 有利于组件重用
缺点:
- 其实我们上述的示例,已经是经过优化的 MVC 结构了,一般来说,Activity / Fragment 会承担 View 和 Controller 两个角色,就会导致 Activity / Fragment 中代码较多
- Model 直接操作 View,View 的修改会导致 Controller 和 Model 都进行改动
- 增加了代码结构的复杂性
MVP 要解决的问题和 MVC 大同小异:控制逻辑,数据处理逻辑和界面交互耦合,同时能将 MVC 中的 View 和 Model 解耦。
2. 如何划分角色MVP 架构里,将逻辑,数据,界面的处理划分为三个部分,模型(Model)-视图(View)-控制器(Presenter)。各个部分的功能如下:
- Model 模型,负责数据的加载和存储。
- View 视图,负责界面的展示。
- Presenter 控制器,负责逻辑控制。
我们可以看到,MVP 中的各个角色划分,和 MVC 基本上相似,那么区别在哪里呢?区别就在角色的通信上。
MVP 和 MVC 最大的不同,就是 View 和 Model 不相互持有,都通过 Presenter 做中转。View 产生事件,通知给 Presenter,Presenter 中进行逻辑处理后,通知 Model 更新数据,Model 更新数据后,通知数据结构给 Presenter,Presenter 再通知 View 更新界面。
这就是一个完整 MVP 的数据流向。
6.2 在 Android 中的实现理解了 MVP 之后,我们看一下其具体实现。首先我们定义三个接口:
// 模型接口,定义了数据模型的操作interface IModel { fun setPresenter(presenter: IPresenter) // 梳理数据 fun handleData(data: String) // 清除数据 fun clearData()}// 视图接口,定义了视图的操作interface IView { fun setPresenter(presenter: IPresenter) // 数据处理中视图 fun loading() // 数据展示 fun showData(data: String)}// 控制器,定义了逻辑操作interface IPresenter { fun setView(view: IView) fun setModel(model: IModel) // Model 处理完成数据通知 Presenter fun dataHandled(data: String) // Model 清除数据后通知 Presenter fun dataCleared() // View 中 EditText 文字变化后通知 Presenter fun onTextChanged(text: String) // View 中 Button 点击事件通知 Presenter fun onClearBtnClicked()}
上面定义了 View,Model,Presenter 三个接口,其中 View 和 Model 会持有 Presenter,Presenter 持有 View 和 Model。接着看下接口的实现:
- Model 的实现
class HandleModel : IModel { private var presenter: IPresenter? = null private var handler = Handler(Looper.getMainLooper()) override fun handleData(data: String) { if (TextUtils.isEmpty(data)) { return } handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 延迟来模拟网络或者磁盘操作 handler.postDelayed({ // 数据处理完成,通知 Presenter presenter?.dataHandled("handled data: $data") }, 3000) } override fun clearData() { handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 数据清理完成,通知 Presenter presenter?.dataCleared() } override fun setPresenter(presenter: IPresenter) { this.presenter = presenter }}
Model 的实现和前面 MVC 中的实现基本一致,不过在 MVC 中 Model 直接操作 View 进行视图展示,而在 MVP 里,要通知 Presenter 去中转。
- View 的实现
这里依旧是 Fragment 充当了 View 的角色,主要负责将 View 的事件传递给 Presenter,以及接受到 Presenter 的数据进行界面更新。
class MVPFragment : Fragment(), IView { companion object { fun newInstance(): Fragment { val presenter = Presenter() val fragment = MVPFragment() val model = HandleModel() fragment.setPresenter(presenter) model.setPresenter(presenter) presenter.setModel(model) presenter.setView(fragment) return fragment } } var mpresenter: IPresenter? = null override fun onCreateView(inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?, savedInstanceState: Bundle?): View? { return inflater.inflate(R.layout.architecture, container, false) } override fun onViewCreated(view: View, savedInstanceState: Bundle?) { super.onViewCreated(view, savedInstanceState) titleText.text = "MVP" edit.addTextChangedListener(object : TextWatcher { override fun afterTextChanged(s: Editable?) { // 传递 文字修改 事件给 Presenter mpresenter?.onTextChanged(s.toString()) } override fun beforeTextChanged(s: CharSequence?, start: Int, count: Int, after: Int) { } override fun onTextChanged(s: CharSequence?, start: Int, before: Int, count: Int) { } }) clearText.setOnClickListener { // 传递按钮点击事件给 Presenter mpresenter?.onClearBtnClicked() } } override fun setPresenter(presenter: IPresenter) { this.mpresenter = presenter } // 展示数据处理中的视图 override fun loading() { msgText.text = "handling data ..." } // 展示处理后的数据 override fun showData(data: String) { msgText.text = data }}
- Presenter 的实现
这里 Presenter 的实现比较简单,没有太多的业务逻辑,实际应用中,这里会进行业务逻辑的处理。
class Presenter : IPresenter { private var model: IModel? = null private var view: IView? = null override fun setModel(model: IModel) { this.model = model } override fun setView(view: IView) { this.view = view } override fun dataHandled(data: String) { view?.showData(data) } override fun dataCleared() { view?.showData("") } override fun onTextChanged(text: String) { view?.loading() model?.handleData(text) } override fun onClearBtnClicked() { model?.clearData() }}
6.3 MVP 架构模式的优缺点
优点:
- 结构清晰,职责划分清晰
- 模块间充分解耦
- 有利于组件的重用
缺点:
- 会引入大量的接口,导致项目文件数量激增
- 增大代码结构复杂性
MVVM 要解决的问题和 MVC,MVP 大同小异:控制逻辑,数据处理逻辑和界面交互耦合,并且同时能将 MVC 中的 View 和 Model 解耦,还可以把 MVP 中 Presenter 和 View 也解耦。
2. 如何划分角色MVVM 架构里,将逻辑,数据,界面的处理划分为三个部分,模型(Model)-视图(View)-逻辑(ViewModel)。各个部分的功能如下:
- Model 模型,负责数据的加载和存储。
- View 视图,负责界面的展示。
- ViewModel 控制器,负责逻辑控制。
我们可以看到,MVP 中的各个角色划分,和 MVC,MVP 基本上相似,区别也是在于角色的通信上。
我们上面说到,在 MVP 中,就是 View 和 Model 不相互持有,都通过 Presenter 做中转。这样可以使 View 和 Model 解耦。
而在 MVVM 中,解耦做的更彻底,ViewModel 也不会持有 View。其中 ViewModel 中的改动,会自动反馈给 View 进行界面更新,而 View 中的事件,也会自动反馈给 ViewModel。
要达到这个效果,当然要使用一些工具辅助,比较常用的就是 databinding。
在 MVVM 中,数据的流向是这样的:
View 产生事件,自动通知给 ViewMode,ViewModel 中进行逻辑处理后,通知 Model 更新数据,Model 更新数据后,通知数据结构给 ViewModel,ViewModel 自动通知 View 更新界面。
这就是一个完整 MVVM 的数据流向。
7.2 在 Android 中的实现MVVM 的实现会复杂一点,我们先看下接口的定义:
// ViewModel 接口,定义了逻辑操作interface IViewModel { fun setModel(model: IModel) fun handleText(text: String?) fun clearData() fun dataHandled(data: String?) fun dataCleared()}// 模型接口,定义了数据操作interface IModel { fun setViewModel(viewModel: IViewModel) fun handleData(data: String?) fun clearData()}
MVVM 中的接口只定义了 ViewModel 和 Model,没有 View 接口,是因为 View 是通过 databind 和 ViewModel 的。我们再看看具体实现:
- Model 实现
Model 的实现和上面基本一致,就是对数据的处理,处理完成后通知 ViewModel。
class HandleModel : IModel { private var viewModel: IViewModel? = null private var handler = Handler(Looper.getMainLooper()) override fun handleData(data: String?) { if (TextUtils.isEmpty(data)) { return } handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 延迟来模拟网络或者磁盘操作 handler.postDelayed({ // 数据处理完成通知 ViewModel viewModel?.dataHandled("handled data: $data") }, 3000) } override fun clearData() { handler.removeCallbacksAndMessages(null) // 数据清理完成通知 ViewModel viewModel?.dataCleared() } override fun setViewModel(viewModel: IViewModel) { this.viewModel = viewModel }}
- ViewModel 实现
ViewModel 的实现要有些不同,我们采用 databind 进行 ViewModel 和 View 的绑定。
其中会定义两个变量,inputText 是和 EditText 双向绑定的数据,handledText 是和 TextView 双向绑定的数据。
当 EditText 中输入的数据有变化,会通知到 inputText 注册的监听器中,而 handledText 值的改变,会自动显示到界面上。
class ViewModel : IViewModel { private var model: IModel? = null // View 绑定的数据,inputText 和 handledText 更新后会自动通知 View 更新界面 var inputText: MutableLiveData = MutableLiveData() var handledText: MutableLiveData = MutableLiveData() init { // 注册数据监听,数据改变后通知 Model 去处理数据 inputText.observeForever { handleText(it) } handledText.value = "default msg" } override fun handleText(text: String?) { if (TextUtils.isEmpty(text)) { handledText.value = "default msg" return } handledText.value = "handle data ..." model?.handleData(text) } // 清空按钮的点击事件绑定 override fun clearData() { model?.clearData() } override fun setModel(model: IModel) { this.model = model model.setViewModel(this) } // Model 数据处理完成,设置 handledText 的值,自动更新到界面 override fun dataHandled(data: String?) { handledText.value = data } // Model 数据处理完成,设置 inputText 的值,自动更新到界面 override fun dataCleared() { inputText.value = "" }}
- View 实现
看一下 View 中的数据绑定。
class MVVMFragment : Fragment() { companion object { fun newInstance(): Fragment { return MVVMFragment() } } override fun onCreateView(inflater: LayoutInflater, container: ViewGroup?, savedInstanceState: Bundle?): View? { // 使用 databind 进行数据绑定 var binding: ArchitectureBindingBinding = DataBindingUtil.inflate(inflater, R.layout.architecture_binding, container, false) binding.lifecycleOwner = this val viewModel = ViewModel() viewModel.setModel(HandleModel()) binding.viewmodel = viewModel return binding.root }}
通过上面的实现,当 EditText 中文字变化后,会自动修改 inputText 的值,触发 inputText 监听器,此时 ViewModel 将消息传递给 Model 进行处理,Model 数据处理完成后,通知 ViewModel 更新 handledText 的值,自动更新到界面上。
点击清空按钮时,自动调用绑定的点击函数,通知 ViewModel 清空事件,ViewModel 将消息传递给 Model 进行数据清空,Model 数据处理完成后,通知 ViewModel 进行界面更新。
7.3 MVVM 架构模式的优缺点优点:
- 结构清晰,职责划分清晰
- 模块间充分解耦
- 在 MVP 的基础上,MVVM 把 View 和 ViewModel 也进行了解耦
缺点:
- Debug 困难,由于 View 和 ViewModel 解耦,导致 Debug 时难以一眼看出 View 的事件传递
- 代码复杂性增大
上面的文章中,我们介绍了 MVC,MVP,MVVM 三种架构模式,以及其简单的实现。这里我们再回过头思考一下,什么时候该使用架构模式呢?架构模式可以使代码模块清晰,职责分工明确,容易扩展,带来的副作用就是会引入大量的接口,导致代码文件数量激增。
我们在最开始说过,架构模式是用来解决特定的问题的,如果特定的问题在目前阶段不是问题,或者不是主要问题,那么我们可以先不考虑使用架构模式。比如一个功能非常简单,代码量少,而后续又没有扩展的需求,那我们直接使用传统方式进行开发,快速且清晰,完全没有必要为了架构而架构。
对于在开始没有考虑架构模式的代码,后续慢慢去重构,也是一个好的选择。
总结来说就是:架构虽好,可不要贪杯哦~
总结https://www.infoq.cn/article/an-informal-discussion-on-architecture-part01https://zh.wikipedia.org/wiki/软件架构https://www.jianshu.com/p/4ce4dcb43315《软件架构设计--程序员向架构师转型必备》《架构实战》《架构之美》
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