一、RecyclerView基本结构
RecyclerView的运行主要依赖于Adapter、LayoutManager和Recycler这三个类，其中Adapter负责与数据集交互，LayoutManager负责ItemView的布局，Recycler负责管理ViewHolder，其结构如下图。
RecyclerView结构.png
得益于RecyclerView设计时的解耦，ItemView的创建、绑定和复用对LayoutManager来说都是不可见的，LayoutManager只需要关心如何布局ItemView即可。当LayoutManager要布局数据集中的第i个Item时，它通过recycler.getViewForPosition(i)获取该ItemView，此时Recycler会先查找缓存中是否存在该ItemView，如果不存在就调用Adapter的onCreateViewHolder(...)新建一个。
而Recycler中缓存的ViewHolder也是LayoutManager放进去的，那LayoutManager什么时候将ItemView放入缓存中呢？主要分为两种情况。
① 数据集发生变化。此时LayoutManager调用detachAndScrapAttachedViews()回收当前屏幕上的所有ItemView，再根据新的数据进行布局。
② ItemView滑出可视区域。此时LayoutManager会将该ItemView放入Recycler的缓存中。缓存为FIFO结构，当有新的ItemView被放入缓存时，旧的ItemView会被移出。
二、回收复用机制原理
Recycler中有多个缓存池，其定义如下。
// mAttachedScrap在重新layout时使用
final ArrayList<ViewHolder> mAttachedScrap = new ArrayList<>();
// mChangedScrap用于动画
ArrayList<ViewHolder> mChangedScrap = null;
// mCachedViews和RecycledViewPool用于滑动时的缓存
final ArrayList<ViewHolder> mCachedViews = new ArrayList<ViewHolder>();
RecycledViewPool mRecyclerPool;
// 用户自定义缓存，一般不用
private ViewCacheExtension mViewCacheExtension;
当ItemView因为不同的原因被回收时，它们也会进入不同的缓存池，最常见的场景就是数据集发生变化或Item滑出可视区域，下面根据Item回收的场景来看各个缓存池的使用。
场景1—数据集发生变化
mAttachedScrap被称为一级缓存，在重新layout时使用，主要是数据集发生变化的场景。被mAttachedScrap缓存的ItemView大部分会马上得到复用。当LayoutManager通过recycler.getViewForPosition(i)寻找ItemView时会优先去mAttachedScrap中查找。
当数据集发生变化时，LayoutManager的onLayoutChildren(...)方法会被调用，该方法先通过detachAndScrapAttachedViews(Recycler recycler)将当前屏幕上的所有ItemView缓存至mAttachedScrap，之后再重新布局。
举个栗子，假设初始有5个Item，remove掉Data1，此时数据集发生了变化，需要重新布局。LayoutManager的onLayoutChildren(...)方法被调用，初始的5个ItemView都被添加到了mAttachedScrap中，随后重新布局时，有4个ItemView得到了复用。
数据集变化示例.png
之前提到，Recycler以ItemView在数据集中的position作为唯一定位，当需要展示数据集中第i项时，LayoutManager通过recycler.getViewForPosition(i)获取对应的ItemView。来看一下Recycler在mAttachedScrap中查找时，是怎么判断缓存中的ItemView是否就是当前所需要的。
final int scrapCount = mAttachedScrap.size();
for (int i = 0; i < scrapCount; i++) {
final ViewHolder holder = mAttachedScrap.get(i);
if (!holder.wasReturnedFromScrap() && holder.getLayoutPosition() == position
&& !holder.isInvalid() && (mState.mInPreLayout || !holder.isRemoved())) {
holder.addFlags(ViewHolder.FLAG_RETURNED_FROM_SCRAP);
return holder;
}
}
主要的判断条件就是holder.getLayoutPosition() == position，用于判断ViewHolder Layout时的位置是否与数据集中的position相等。ViewHolder的getLayoutPosition()方法如下。
public final int getLayoutPosition() {
return mPreLayoutPosition == NO_POSITION ? mPosition : mPreLayoutPosition;
}
这个有个要注意的地方：数据集发生变化后，ViewHolder原本的LayoutPosition很有可能过期，就像上面例子中，Remove掉Data1后，Data2的LayoutPosition应该从2变为1，所以我们断定，RecyclerView一定在某个地方对ViewHolder的位置信息进行了更新，我们来看下RecyclerView是怎么做的。
以上面的示例作为说明，将Data1从数据集移除后，RecyclerView开始重新布局，在dispatchLayoutStep1()中的processAdapterUpdatesAndSetAnimationFlags()方法中更新ViewHolder的position信息。假设没有设置动画，则执行mAdapterHelper.consumeUpdatesInOnePass()。
private void processAdapterUpdatesAndSetAnimationFlags() {
// ......
// simple animations are a subset of advanced animations (which will cause a
// pre-layout step)
// If layout supports predictive animations, pre-process to decide if we want to run them
if (predictiveItemAnimationsEnabled()) {
mAdapterHelper.preProcess();
} else {
mAdapterHelper.consumeUpdatesInOnePass();
}
// ......
}
mAdapterHelper.consumeUpdatesInOnePass()中判断数据集发生的变化，通过AdapterHelper.Callback回调通知RecyclerView遍历ViewHolder更新position
void consumeUpdatesInOnePass() {
// ......
for (int i = 0; i < count; i++) {
UpdateOp op = mPendingUpdates.get(i);
switch (op.cmd) {
case UpdateOp.ADD:
mCallback.onDispatchSecondPass(op);
mCallback.offsetPositionsForAdd(op.positionStart, op.itemCount);
break;
case UpdateOp.REMOVE:
mCallback.onDispatchSecondPass(op);
mCallback.offsetPositionsForRemovingInvisible(op.positionStart, op.itemCount);
break;
case UpdateOp.UPDATE:
mCallback.onDispatchSecondPass(op);
mCallback.markViewHoldersUpdated(op.positionStart, op.itemCount, op.payload);
break;
case UpdateOp.MOVE:
mCallback.onDispatchSecondPass(op);
mCallback.offsetPositionsForMove(op.positionStart, op.itemCount);
break;
}
if (mOnItemProcessedCallback != null) {
mOnItemProcessedCallback.run();
}
}
recycleUpdateOpsAndClearList(mPendingUpdates);
mExistingUpdateTypes = 0;
}
经过一连串的方法调用，最终走到了ViewHolder的offsetPosition(...)方法，如下所示。在我们的示例中，offset参数就是-1。
void offsetPosition(int offset, boolean applyToPreLayout) {
if (mOldPosition == NO_POSITION) {
mOldPosition = mPosition;
}
if (mPreLayoutPosition == NO_POSITION) {
mPreLayoutPosition = mPosition;
}
if (applyToPreLayout) {
mPreLayoutPosition += offset;
}
mPosition += offset;
if (itemView.getLayoutParams() != null) {
((LayoutParams) itemView.getLayoutParams()).mInsetsDirty = true;
}
}
dispatchLayoutStep1()最后还会调用clearOldPositions()将ViewHolder中的mOldPosition和mPreLayoutPosition都重置为-1，则getLayoutPosition()方法最终返回的就是ViewHolder中的mPosition变量。
void clearOldPosition() {
mOldPosition = NO_POSITION;
mPreLayoutPosition = NO_POSITION;
}
一般情况下，重新onLayout()之后，mAttachedScrap中大部分的ItemView都会得到重用；而得不到复用的ItemView会被放入RecyclerPool中，用于滑动时复用。
场景2—Item滑出可视区域
RecyclerView滑动时使用到的缓存池为mCachedViews和RecycledViewPool。当一个Item滑出可视区域时会被放入缓存；而当某个ItemView滑进可视区域时，会去缓存中查找是否有可用的ViewHolder，没有则新建一个。
mCachedViews的结构比较简单，是一个ArrayList<ViewHolder>，默认大小为2，其特性与mAttachedScrap类似，缓存到mCachedViews中的Item可以直接复用，效率较高。
当mCachedViews达到上限后，之后的ViewHolder会被缓存至mRecyclerPool，它根据ViewHolder的viewType缓存不同类型的ViewHolder，每个viewType的默认缓存上限为5，RecycledViewPool定义如下。
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<>();
......
}
从mRecyclerPool取出的ViewHolder会被重置，因此从mRecyclerPool查找缓存时只需要viewType相等即可，最终会调用Adapter的onBindViewHolder()重新绑定数据。
举个栗子，如图所示。RecyclerView滑动时，刚开始的时候回收了Position0和Position1，它们被添加到了mCachedViews中。随后回收Position2时，达到数量上限，最先进入mCachedViews的Position0被放进了mRecyclerPool中。
再看下方进入可视区域的3个Item，最初的Position6和Position7找不到对应的缓存，只能新建ViewHolder并绑定。当Position8滑入可视区域时，发现mRecyclerPool中有一个ViewType相等的缓存，则将其取出并绑定数据进行复用。
复用示例.png
之前提到，LayoutManager通过recycler.getViewForPosition(i)寻找对应位置的ItemView，而Recycler有多个缓存池(mAttachedScrap, mCachedViews...)，那么遍历缓存池的顺序又是怎样的呢？我们从代码的角度来分析下。
public View getViewForPosition(int position) {
return getViewForPosition(position, false);
}
View getViewForPosition(int position, boolean dryRun) {
return tryGetViewHolderForPositionByDeadline(position, dryRun, FOREVER_NS).itemView;
}
关注一下dryRun参数，一般来说，我们从缓存中取出某个ItemView时，会将它从缓存中移除，但是参数dryRun为true时，取出的ViewHolder不会从缓存中移除。
getViewForPosition(int position)直接传了false。而且整个RecyclerView中我没找到dryRun传true的地方，我猜测这个参数应该是给开发人员用于特殊场景的。
言归正传，getViewForPosition(...)最终调用了tryGetViewHolderForPositionByDeadline(...)，参数中的FOREVER_NS表示对这个方法的运行时间没有限制，不管花多长时间，这个方法都要返回一个绑定好数据的ItemView，来看精简后的代码。
ViewHolder tryGetViewHolderForPositionByDeadline(int position, boolean dryRun, long deadlineNs) {
// ......
boolean fromScrapOrHiddenOrCache = false;
ViewHolder holder = null;
// 0) 从mChangedScrap中查找
if (mState.isPreLayout()) {
holder = getChangedScrapViewForPosition(position);
fromScrapOrHiddenOrCache = holder != null;
}
// 1) 如果还没找到，依次去mAttachedScrap和mCachedViews中查找
if (holder == null) {
holder = getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(position, dryRun);
if (holder != null) {
// 判断该ViewHolder是否有效，如果无效则置空
}
}
if (holder == null) {
final int offsetPosition = mAdapterHelper.findPositionOffset(position);
// ......
final int type = mAdapter.getItemViewType(offsetPosition);
// 2) 如果存在stableId，依次去mAttachedScrap和mCachedViews中查找
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) {
// 3) 如果自定义缓存mViewCacheExtension不为空，就去其中查找
}
// 4) 之前的缓存中都查找不到，去RecycledViewPool中查找
if (holder == null) {
holder = getRecycledViewPool().getRecycledView(type);
if (holder != null) {
// 将ViewHolder重置
holder.resetInternal();
if (FORCE_INVALIDATE_DISPLAY_LIST) {
invalidateDisplayListInt(holder);
}
}
}
if (holder == null) {
// 5) 所有的缓存中都查找不到，调用createViewHolder新建一个
holder = mAdapter.createViewHolder(RecyclerView.this, type);
}
// ......
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()) {
// 如果ViewHolder需要重新绑定，则调用tryBindViewHolderByDeadline()绑定数据
final int offsetPosition = mAdapterHelper.findPositionOffset(position);
bound = tryBindViewHolderByDeadline(holder, offsetPosition, position, deadlineNs);
}
// ......
return holder;
}
在不考虑动画和stableId的情况下，查找缓存的顺序为：mAttachedScrap->mCachedViews->RecycledViewPool，从getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(...)方法中我们可以发现，当从mAttachedScrap和mCachedViews中查找ViewHolder时，主要的判断条件都是holder.getLayoutPosition() == position，得到的ViewHolder不用重新绑定。
ViewHolder getScrapOrHiddenOrCachedHolderForPosition(int position, boolean dryRun) {
final int scrapCount = mAttachedScrap.size();
// Try first for an exact, non-invalid match from scrap.
for (int i = 0; i < scrapCount; i++) {
final ViewHolder holder = mAttachedScrap.get(i);
if (!holder.wasReturnedFromScrap() && holder.getLayoutPosition() == position
&& !holder.isInvalid() && (mState.mInPreLayout || !holder.isRemoved())) {
holder.addFlags(ViewHolder.FLAG_RETURNED_FROM_SCRAP);
return holder;
}
}
// ......
// Search in our first-level recycled view cache.
final int cacheSize = mCachedViews.size();
for (int i = 0; i < cacheSize; i++) {
final ViewHolder holder = mCachedViews.get(i);
if (!holder.isInvalid() && holder.getLayoutPosition() == position
&& !holder.isAttachedToTransitionOverlay()) {
return holder;
}
}
return null;
}
当从RecyclerPool中查找缓存时调用了RecyclerPool的getRecycledView(int viewType)方法，只要ViewType相等即可。
public ViewHolder getRecycledView(int viewType) {
final ScrapData scrapData = mScrap.get(viewType);
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;
}
从RecyclerPool中得到ViewHolder后再调用holder.resetInternal()重置，tryGetViewHolderForPositionByDeadline(...)方法最后会对未绑定的ViewHolder重新绑定数据。
三、掉帧优化
近几年来，屏幕高刷新率成为了手机厂商追逐的热点，那么高刷新率是怎么一回事呢？掉帧现象又是如何产生的？
对于传统的60刷新率手机来说，每16ms会发出一个VSync信号，复制CPU/GPU放在缓存中的图像，再通知CPU/GPU计算下一帧要显示的内容，再把刚复制的图像显示在屏幕上，这就是一个屏幕刷新周期。而如果在16ms内没有计算完毕的话，该帧就无法展示，屏幕进入下一个刷新周期，就产生了所谓的掉帧现象。
3.1 掉帧监控
监控掉帧现象时，我们可以使用下方的adb命令，具体可见参考3。
adb shell dumpsys gfxinfo <packageName>
该命令展示的信息比较完整，如下所示。
Applications Graphics Acceleration Info:
Uptime: 275941522 Realtime: 391854346
** Graphics info for pid 6887 [packageName] **
Stats since: 275926453465347ns
Total frames rendered: 523 // 本次共收集了523帧的信息
Janky frames: 26 (4.97%) // 有26帧的耗时超过16ms，掉帧率为4.97%
50th percentile: 5ms // 50%的帧耗时在5ms以内
90th percentile: 8ms
95th percentile: 16ms
99th percentile: 20ms
Number Missed Vsync: 0 // 垂直同步失败的帧
Number High input latency: 259 // 处理input时间超时的帧数
Number Slow UI thread: 1 // 因UI线程上的工作导致超时的帧数
Number Slow bitmap uploads: 0 // 因bitmap的加载耗时的帧数
Number Slow issue draw commands: 0 // 因绘制导致耗时的帧数
Number Frame deadline missed: 1
HISTOGRAM: 5ms=346 6ms=72 7ms=31 ......... // 耗时0-5ms的帧有346......
各种缓存......
Total GPU memory usage:
40704248 bytes, 38.82 MB (36.77 MB is purgeable)
......
如果只看掉帧率，可以用adb shell dumpsys gfxinfo <packageName> | grep "Janky frames"命令。
如果想重新开始计算帧率信息，可以通过adb shell dumpsys gfxinfo <packageName> reset重置。
当然我们也可以通过可视化界面查看UI性能，打开"开发者选项"中的"GPU渲染模式分析"，即可在屏幕上看到每一帧绘制时间的直方图，某个值越大，代表该帧绘制的时间越长。如下图所示，冷启动APP时有不少帧的绘制时间已经远远超过了16ms。
GPU渲染模式分析.png
除了"GPU渲染模式分析"，还有Android Studio中的CPU Profile用于查看APP运行时的方法调用栈，辅助开发人员定位热点方法并优化。我们来做个实验，在Demo中的onBindViewHolder()中添加Thread.sleep(5)，使每次绑定ItemView都会多消耗5ms。
运行程序后打开Profile，可以看到CPU、MEMORY、NETWORK和ENERGY四个动态图表，点击CPU后，下方出现CPU Profile界面，如下所示，点击"record"即可开始记录，点击"stop"后得到这一段时间内的方法调用栈。
CPU-Profile示例.png
得到方法调用栈信息后，先从"Flame Chart"模式来看热点方法，很明显sleep函数耗时较多。
FlameChart示例.png
如果想要数字化的信息，可以通过"Top Down"模式查看每个方法及其子方法的耗时和百分比，分析时一般点击耗时占比高的方法查看它的子方法哪个耗时较多，再一步步追踪下去。
在我们的例子中，sleep()函数占总耗时的49.58%，是耗时最多的方法。
TopDown示例.png
总结一下，CPU Profile为开发者提供了强大的分析工具，我们很容易定位APP运行时耗时多的方法，然后具体问题具体分析。当然CPU Profile不仅仅用于掉帧优化，有优化的地方就有它的身影，例如启动优化等。
3.2 掉帧优化措施
① 正确使用缓存
关于mCachedViews：
mCachedViews针对ItemView的position进行缓存。当一个Item滑出可视区域时，它会先被放入mCachedViews中；而当一个Item滑入可视区域时，Recycler也会优先去mCachedViews中查找。
根据这个特性，当用户频繁地上下滑动时，mCachedViews的利用率会较高。那么针对频繁上下滑动的场景，我们可以通过RecyclerView.setItemViewCacheSize(...)来增大mCachedViews的容量，这样Recycler更容易在mCachedViews中找到缓存，减少之后的onBindViewHolder()和onCreateViewHolder()调用。
关于RecyclerPool：
RecyclerPool针对某个ViewType进行缓存，默认大小为5，但是对于某些场景这是远远不够的。试想一个能在可视区域展示n(n>>5)条数据的RecyclerView(如历史记录)，当滑动的时候RecyclerPool的缓存明显不够，会不断地创建ViewHolder，很消耗性能。针对这种情况，可以通过RecyclerView.getRecycledViewPool().setMaxRecycledViews(int viewType, int max)增大特定ViewType的缓存容量。
如果多个RecyclerView的内容性质相同，例如在信息流中，多个Fragment中的Item类型相同。那么可以为它们设置同一个RecyclerPool(默认是1个RecyclerView创建一个RecyclerPool)，通过RecyclerView.setRecycledViewPool(pool)设置即可。
② 优化onBindViewHolder()耗时
从RecyclerPool中取出的ViewHolder都会调用onBindViewHolder()加载数据，该方法是在主线程运行的，处理不当时很容易造成滑动卡顿。
当为ItemView设置点击监听时，不要在onBindViewHolder()中新建OnClickListener，这不仅会新建多余的对象消耗内存，也会增加onBindViewHolder()的耗时。可以让所有的Item共用一个监听器，然后通过ID区分不同的Item来处理事件。
平时重写的onBindViewHolder(ViewHolder holder, int pos)会更新ItemView的所有内容，如果想要局部更新，可以重写onBindViewHolder(ViewHolder holder, int pos, List<Object> payloads)。当ItemView更新时，调用Adapter.notifyItemChanged(position, payLoad)即可。具体可见参考5，通过这个方法解决了ItemView更新时图片闪烁的问题。
③ 布局优化
布局优化一个比较典型的优化项就是优化过度绘制，打开"开发者选项"中的"调试GPU过度绘制"，就能看到屏幕上每个像素点在屏幕上绘制了多少次。
对过度绘制进行优化时，首先要考虑合适的控件容器，也就是Layout。虽然Google推出了约束布局ConstraintLayout，但是它性能上并不优秀，不建议使用。
其次要善用merge和ViewStub。merge用于减少布局层级，例如自定义ViewGroup时，可以用<merge>作为根布局。ViewStub是布局文件中的占位符，对于某些在特殊场景下才需要显示的控件，可以先用ViewStub代替，等到需要显示时再加载。
GPU过度绘制.png
还有一个常见的优化项就是layout_weight，该属性可以很轻松地实现空间分配，但是也很容易称为性能瓶颈，能不用就不用。
④ measure()优化和减少requestLayout()调用
当RecyclerView宽高的测量模式都是EXACTLY时，onMeasure()方法不需要执行dispatchLayoutStep1()等方法来进行测量。而当RecyclerView的宽高不确定并且至少一个child的宽高不确定时，要measure两遍。
因此将RecyclerView的宽高模式都设置为EXACTLY有助于优化性能。
protected void onMeasure(int widthSpec, int heightSpec) {
// ......
if (mLayout.isAutoMeasureEnabled()) {
final int widthMode = MeasureSpec.getMode(widthSpec);
final int heightMode = MeasureSpec.getMode(heightSpec);
mLayout.onMeasure(mRecycler, mState, widthSpec, heightSpec);
final boolean measureSpecModeIsExactly =
widthMode == MeasureSpec.EXACTLY && heightMode == MeasureSpec.EXACTLY;
if (measureSpecModeIsExactly || mAdapter == null) {
return;
}
// ......
}
还有一个方法RecyclerView.setHasFixedSize(true)可以避免数据改变时重新计算RecyclerView的大小，来看一下方法注释。
注释上说，如果Adapter的变化不会影响RecyclerView的size，那么可以设置mHasFixedSize为true来避免Adapter改变时RecyclerView刷新整个Layout。也就是说，不管数据变成什么样，如果RecyclerView的宽高都不会变，那么设置这个属性为true。
/**
* RecyclerView can perform several optimizations if it can know in advance that RecyclerView's
* size is not affected by the adapter contents. RecyclerView can still change its size based
* on other factors (e.g. its parent's size) but this size calculation cannot depend on the
* size of its children or contents of its adapter (except the number of items in the adapter).
* <p>
* If your use of RecyclerView falls into this category, set this to {@code true}. It will allow
* RecyclerView to avoid invalidating the whole layout when its adapter contents change.
*
* @param hasFixedSize true if adapter changes cannot affect the size of the RecyclerView.
*/
public void setHasFixedSize(boolean hasFixedSize) {
mHasFixedSize = hasFixedSize;
}
当Adapter调用onItemRangeChanged(), onItemRangeInserted(), onItemRangeRemoved(), onItemRangeMoved()这4个方法时会调用triggerUpdateProcessor()，当mHasFixedSize为true时，不会调用requestLayout()重新计算宽高。
注意：如果调用notifyDataSetChanged()还是会调用requestLayout()去计算宽高。
void triggerUpdateProcessor() {
if (POST_UPDATES_ON_ANIMATION && mHasFixedSize && mIsAttached) {
ViewCompat.postOnAnimation(RecyclerView.this, mUpdateChildViewsRunnable);
} else {
mAdapterUpdateDuringMeasure = true;
requestLayout();
}
}
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