鸿蒙开发状态管理

作者: 码农朱同学 | 来源:发表于2024-01-24 09:00 被阅读0次

在声明式UI编程框架中，UI是程序状态的运行结果，用户构建了一个UI模型，其中应用的运行时的状态是参数。当参数改变时，UI作为返回结果，也将进行对应的改变。这些运行时的状态变化所带来的UI的重新渲染，在ArkUI中统称为状态管理机制。

自定义组件拥有变量，变量必须被装饰器装饰才可以成为状态变量，状态变量的改变会引起UI的渲染刷新。如果不使用状态变量，UI只能在初始化时渲染，后续将不会再刷新。下图展示了State和View（UI）之间的关系。

View(UI)：UI渲染，指将build方法内的UI描述和@Builder装饰的方法内的UI描述映射到界面。
State：状态，指驱动UI更新的数据。用户通过触发组件的事件方法，改变状态数据。状态数据的改变，引起UI的重新渲染。

基本概念

状态变量：被状态装饰器装饰的变量，状态变量值的改变会引起UI的渲染更新。示例：@State num: number = 1,其中，@State是状态装饰器，num是状态变量。
常规变量：没有被状态装饰器装饰的变量，通常应用于辅助计算。它的改变永远不会引起UI的刷新。以下示例中increaseBy变量为常规变量。
数据源/同步源：状态变量的原始来源，可以同步给不同的状态数据。通常意义为父组件传给子组件的数据。以下示例中数据源为count: 1。
命名参数机制：父组件通过指定参数传递给子组件的状态变量，为父子传递同步参数的主要手段。示例：CompA: ({ aProp: this.aProp })。
从父组件初始化：父组件使用命名参数机制，将指定参数传递给子组件。子组件初始化的默认值在有父组件传值的情况下，会被覆盖。示例：

@Component
struct MyComponent {
  @State count: number = 0;
  private increaseBy: number = 1;

  build() {
  }
}

@Component
struct Parent {
  build() {
    Column() {
      // 从父组件初始化，覆盖本地定义的默认值
      MyComponent({ count: 1, increaseBy: 2 })
    }
  }
}

初始化子节点：父组件中状态变量可以传递给子组件，初始化子组件对应的状态变量。示例同上。
本地初始化：在变量声明的时候赋值，作为变量的默认值。示例：@State count: number = 0。

装饰器总览

ArkUI提供了多种装饰器，通过使用这些装饰器，状态变量不仅可以观察在组件内的改变，还可以在不同组件层级间传递，比如父子组件、跨组件层级，也可以观察全局范围内的变化。根据状态变量的影响范围，将所有的装饰器可以大致分为：

管理组件拥有状态的装饰器：组件级别的状态管理，可以观察组件内变化，和不同组件层级的变化，但需要唯一观察同一个组件树上，即同一个页面内。
管理应用拥有状态的装饰器：应用级别的状态管理，可以观察不同页面，甚至不同UIAbility的状态变化，是应用内全局的状态管理。

从数据的传递形式和同步类型层面看，装饰器也可分为：

只读的单向传递；
可变更的双向传递。

图示如下，具体装饰器的介绍，可详见管理组件拥有的状态和管理应用拥有的状态。开发者可以灵活地利用这些能力来实现数据和UI的联动。

上图中，Components部分的装饰器为组件级别的状态管理，Application部分为应用的状态管理。开发者可以通过@StorageLink/@LocalStorageLink实现应用和组件状态的双向同步，通过@StorageProp/@LocalStorageProp实现应用和组件状态的单向同步。

管理组件拥有的状态，即图中Components级别的状态管理：

@State：@State装饰的变量拥有其所属组件的状态，可以作为其子组件单向和双向同步的数据源。当其数值改变时，会引起相关组件的渲染刷新。
@Prop：@Prop装饰的变量可以和父组件建立单向同步关系，@Prop装饰的变量是可变的，但修改不会同步回父组件。
@Link：@Link装饰的变量和父组件构建双向同步关系的状态变量，父组件会接受来自@Link装饰的变量的修改的同步，父组件的更新也会同步给@Link装饰的变量。
@Provide/@Consume：@Provide/@Consume装饰的变量用于跨组件层级（多层组件）同步状态变量，可以不需要通过参数命名机制传递，通过alias（别名）或者属性名绑定。
@Observed：@Observed装饰class，需要观察多层嵌套场景的class需要被@Observed装饰。单独使用@Observed没有任何作用，需要和@ObjectLink、@Prop连用。
@ObjectLink：@ObjectLink装饰的变量接收@Observed装饰的class的实例，应用于观察多层嵌套场景，和父组件的数据源构建双向同步。

说明

仅[@Observed/@ObjectLink]可以观察嵌套场景，其他的状态变量仅能观察第一层，
详情见各个装饰器章节的“观察变化和行为表现”小节。

管理应用拥有的状态，即图中Application级别的状态管理：

AppStorage是应用程序中的一个特殊的单例LocalStorage对象，是应用级的数据库，和进程绑定，通过@StorageProp和@StorageLink装饰器可以和组件联动。
AppStorage是应用状态的“中枢”，将需要与组件（UI）交互的数据存入AppStorage，比如持久化数据PersistentStorage和环境变量Environment。UI再通过AppStorage提供的装饰器或者API接口，访问这些数据。
框架还提供了LocalStorage，AppStorage是LocalStorage特殊的单例。LocalStorage是应用程序声明的应用状态的内存“数据库”，通常用于页面级的状态共享，通过@LocalStorageProp和@LocalStorageLink装饰器可以和UI联动。

其他状态管理功能

@Watch用于监听状态变量的变化。

$$运算符：给内置组件提供TS变量的引用，使得TS变量和内置组件的内部状态保持同步。

@State装饰器：组件内状态

@State装饰的变量，与声明式范式中的其他被装饰变量一样，是私有的，只能从组件内部访问，在声明时必须指定其类型和本地初始化。初始化也可选择使用命名参数机制从父组件完成初始化。

@State装饰的变量拥有以下特点：

@State装饰的变量与子组件中的@Prop装饰变量之间建立单向数据同步，与@Link、@ObjectLink装饰变量之间建立双向数据同步。
@State装饰的变量生命周期与其所属自定义组件的生命周期相同。

class Model {
  public value: string;

  constructor(value: string) {
    this.value = value;
  }
}

@Entry
@Component
struct EntryComponent {
  build() {
    Column() {
      // 此处指定的参数都将在初始渲染时覆盖本地定义的默认值，并不是所有的参数都需要从父组件初始化
      MyComponent({ count: 1, increaseBy: 2 })
        .width(300)
      MyComponent({ title: new Model('Hello World 2'), count: 7 })
    }
  }
}

@Component
struct MyComponent {
  @State title: Model = new Model('Hello World');
  @State count: number = 0;
  private increaseBy: number = 1;

  build() {
    Column() {
      Text(`${this.title.value}`)
        .margin(10)
      Button(`Click to change title`)
        .onClick(() => {
          // @State变量的更新将触发上面的Text组件内容更新
          this.title.value = this.title.value === 'Hello ArkUI' ? 'Hello World' : 'Hello ArkUI';
        })
        .width(300)
        .margin(10)

      Button(`Click to increase count = ${this.count}`)
        .onClick(() => {
          // @State变量的更新将触发该Button组件的内容更新
          this.count += this.increaseBy;
        })
        .width(300)
        .margin(10)
    }
  }
}

@Prop装饰器：父子单向同步

@Prop装饰的变量和父组件建立单向的同步关系：

@Prop变量允许在本地修改，但修改后的变化不会同步回父组件。
当父组件中的数据源更改时，与之相关的@Prop装饰的变量都会自动更新。如果子组件已经在本地修改了@Prop装饰的相关变量值，而在父组件中对应的@State装饰的变量被修改后，子组件本地修改的@Prop装饰的相关变量值将被覆盖。

@Component
struct CountDownComponent {
  @Prop count: number;
  costOfOneAttempt: number = 1;

  build() {
    Column() {
      if (this.count > 0) {
        Text(`You have ${this.count} Nuggets left`)
      } else {
        Text('Game over!')
      }
      // @Prop装饰的变量不会同步给父组件
      Button(`Try again`).onClick(() => {
        this.count -= this.costOfOneAttempt;
      })
    }
  }
}

@Entry
@Component
struct ParentComponent {
  @State countDownStartValue: number = 10;

  build() {
    Column() {
      Text(`Grant ${this.countDownStartValue} nuggets to play.`)
      // 父组件的数据源的修改会同步给子组件
      Button(`+1 - Nuggets in New Game`).onClick(() => {
        this.countDownStartValue += 1;
      })
      // 父组件的修改会同步给子组件
      Button(`-1  - Nuggets in New Game`).onClick(() => {
        this.countDownStartValue -= 1;
      })

      CountDownComponent({ count: this.countDownStartValue, costOfOneAttempt: 2 })
    }
  }
}

@Link装饰器：父子双向同步

@Link装饰的变量与其父组件中的数据源共享相同的值。

class GreenButtonState {
  width: number = 0;

  constructor(width: number) {
    this.width = width;
  }
}

@Component
struct GreenButton {
  @Link greenButtonState: GreenButtonState;

  build() {
    Button('Green Button')
      .width(this.greenButtonState.width)
      .height(40)
      .backgroundColor('#64bb5c')
      .fontColor('#FFFFFF，90%')
      .onClick(() => {
        if (this.greenButtonState.width < 700) {
          // 更新class的属性，变化可以被观察到同步回父组件
          this.greenButtonState.width += 60;
        } else {
          // 更新class，变化可以被观察到同步回父组件
          this.greenButtonState = new GreenButtonState(180);
        }
      })
  }
}

@Component
struct YellowButton {
  @Link yellowButtonState: number;

  build() {
    Button('Yellow Button')
      .width(this.yellowButtonState)
      .height(40)
      .backgroundColor('#f7ce00')
      .fontColor('#FFFFFF，90%')
      .onClick(() => {
        // 子组件的简单类型可以同步回父组件
        this.yellowButtonState += 40.0;
      })
  }
}

@Entry
@Component
struct ShufflingContainer {
  @State greenButtonState: GreenButtonState = new GreenButtonState(180);
  @State yellowButtonProp: number = 180;

  build() {
    Column() {
      Flex({ direction: FlexDirection.Column, alignItems: ItemAlign.Center }) {
        // 简单类型从父组件@State向子组件@Link数据同步
        Button('Parent View: Set yellowButton')
          .width(312)
          .height(40)
          .margin(12)
          .fontColor('#FFFFFF，90%')
          .onClick(() => {
            this.yellowButtonProp = (this.yellowButtonProp < 700) ? this.yellowButtonProp + 40 : 100;
          })
        // class类型从父组件@State向子组件@Link数据同步
        Button('Parent View: Set GreenButton')
          .width(312)
          .height(40)
          .margin(12)
          .fontColor('#FFFFFF，90%')
          .onClick(() => {
            this.greenButtonState.width = (this.greenButtonState.width < 700) ? this.greenButtonState.width + 100 : 100;
          })
        // class类型初始化@Link
        GreenButton({ greenButtonState: $greenButtonState }).margin(12)
        // 简单类型初始化@Link
        YellowButton({ yellowButtonState: $yellowButtonProp }).margin(12)
      }
    }
  }
}

@Provide装饰器和@Consume装饰器：与后代组件双向同步

@Provide和@Consume，应用于与后代组件的双向数据同步，应用于状态数据在多个层级之间传递的场景。不同于上文提到的父子组件之间通过命名参数机制传递，@Provide和@Consume摆脱参数传递机制的束缚，实现跨层级传递。

其中@Provide装饰的变量是在祖先节点中，可以理解为被“提供”给后代的状态变量。@Consume装饰的变量是在后代组件中，去“消费（绑定）”祖先节点提供的变量。

@Provide/@Consume装饰的状态变量有以下特性：

@Provide装饰的状态变量自动对其所有后代组件可用，即该变量被“provide”给他的后代组件。由此可见，@Provide的方便之处在于，开发者不需要多次在组件之间传递变量。
后代通过使用@Consume去获取@Provide提供的变量，建立在@Provide和@Consume之间的双向数据同步，与@State/@Link不同的是，前者可以在多层级的父子组件之间传递。
@Provide和@Consume可以通过相同的变量名或者相同的变量别名绑定，变量类型必须相同。

@Component
struct CompD {
  // @Consume装饰的变量通过相同的属性名绑定其祖先组件CompA内的@Provide装饰的变量
  @Consume reviewVotes: number;

  build() {
    Column() {
      Text(`reviewVotes(${this.reviewVotes})`)
      Button(`reviewVotes(${this.reviewVotes}), give +1`)
        .onClick(() => this.reviewVotes += 1)
    }
    .width('50%')
  }
}

@Component
struct CompC {
  build() {
    Row({ space: 5 }) {
      CompD()
      CompD()
    }
  }
}

@Component
struct CompB {
  build() {
    CompC()
  }
}

@Entry
@Component
struct CompA {
  // @Provide装饰的变量reviewVotes由入口组件CompA提供其后代组件
  @Provide reviewVotes: number = 0;

  build() {
    Column() {
      Button(`reviewVotes(${this.reviewVotes}), give +1`)
        .onClick(() => this.reviewVotes += 1)
      CompB()
    }
  }
}

@Observed装饰器和@ObjectLink装饰器：嵌套类对象属性变化

上文所述的装饰器仅能观察到第一层的变化，但是在实际应用开发中，应用会根据开发需要，封装自己的数据模型。对于多层嵌套的情况，比如二维数组，或者数组项class，或者class的属性是class，他们的第二层的属性变化是无法观察到的。这就引出了@Observed/@ObjectLink装饰器。

@ObjectLink和@Observed类装饰器用于在涉及嵌套对象或数组的场景中进行双向数据同步：

被@Observed装饰的类，可以被观察到属性的变化；
子组件中@ObjectLink装饰器装饰的状态变量用于接收@Observed装饰的类的实例，和父组件中对应的状态变量建立双向数据绑定。这个实例可以是数组中的被@Observed装饰的项，或者是class object中的属性，这个属性同样也需要被@Observed装饰。
单独使用@Observed是没有任何作用的，需要搭配@ObjectLink或者@Prop使用。

@Observed
class StringArray extends Array<String> {
}

@Component
struct ItemPage {
  @ObjectLink itemArr: StringArray;

  build() {
    Row() {
      Text('ItemPage')
        .width(100).height(100)

      ForEach(this.itemArr,
        item => {
          Text(item)
            .width(100).height(100)
        },
        item => item
      )
    }
  }
}

@Entry
@Component
struct IndexPage {
  @State arr: Array<StringArray> = [new StringArray(), new StringArray(), new StringArray()];

  build() {
    Column() {
      ItemPage({ itemArr: this.arr[0] })
      ItemPage({ itemArr: this.arr[1] })
      ItemPage({ itemArr: this.arr[2] })

      Divider()

      ForEach(this.arr,
        itemArr => {
          ItemPage({ itemArr: itemArr })
        },
        itemArr => itemArr[0]
      )

      Divider()

      Button('update')
        .onClick(() => {
          console.error('Update all items in arr');
          if (this.arr[0][0] !== undefined) {
            // 正常情况下需要有一个真实的ID来与ForEach一起使用，但此处没有
            // 因此需要确保推送的字符串是唯一的。
            this.arr[0].push(`${this.arr[0].slice(-1).pop()}${this.arr[0].slice(-1).pop()}`);
            this.arr[1].push(`${this.arr[1].slice(-1).pop()}${this.arr[1].slice(-1).pop()}`);
            this.arr[2].push(`${this.arr[2].slice(-1).pop()}${this.arr[2].slice(-1).pop()}`);
          } else {
            this.arr[0].push('Hello');
            this.arr[1].push('World');
            this.arr[2].push('!');
          }
        })
    }
  }
}

上文中介绍的装饰器仅能在页面内，即一个组件树上共享状态变量。如果开发者要实现应用级的，或者多个页面的状态数据共享，就需要用到应用级别的状态管理的概念。ArkTS根据不同特性，提供了多种应用状态管理的能力：

LocalStorage：页面级UI状态存储，通常用于UIAbility内、页面间的状态共享。
AppStorage：特殊的单例LocalStorage对象，由UI框架在应用程序启动时创建，为应用程序UI状态属性提供中央存储；
PersistentStorage：持久化存储UI状态，通常和AppStorage配合使用，选择AppStorage存储的数据写入磁盘，以确保这些属性在应用程序重新启动时的值与应用程序关闭时的值相同；
Environment：应用程序运行的设备的环境参数，环境参数会同步到AppStorage中，可以和AppStorage搭配使用。

LocalStorage：页面级UI状态存储

LocalStorage是页面级的UI状态存储，通过@Entry装饰器接收的参数可以在页面内共享同一个LocalStorage实例。LocalStorage也可以在UIAbility实例内，在页面间共享状态。

LocalStorage是ArkTS为构建页面级别状态变量提供存储的内存内“数据库”。

应用程序可以创建多个LocalStorage实例，LocalStorage实例可以在页面内共享，也可以通过GetShared接口，实现跨页面、UIAbility实例内共享。
组件树的根节点，即被@Entry装饰的@Component，可以被分配一个LocalStorage实例，此组件的所有子组件实例将自动获得对该LocalStorage实例的访问权限；
被@Component装饰的组件最多可以访问一个LocalStorage实例和AppStorage，未被@Entry装饰的组件不可被独立分配LocalStorage实例，只能接受父组件通过@Entry传递来的LocalStorage实例。一个LocalStorage实例在组件树上可以被分配给多个组件。
LocalStorage中的所有属性都是可变的。

应用程序决定LocalStorage对象的生命周期。当应用释放最后一个指向LocalStorage的引用时，比如销毁最后一个自定义组件，LocalStorage将被JS Engine垃圾回收。

LocalStorage根据与@Component装饰的组件的同步类型不同，提供了两个装饰器：

@LocalStorageProp：@LocalStorageProp装饰的变量和与LocalStorage中给定属性建立单向同步关系。
@LocalStorageLink：@LocalStorageLink装饰的变量和在@Component中创建与LocalStorage中给定属性建立双向同步关系。

AppStorage：应用全局的UI状态存储

AppStorage是应用全局的UI状态存储，是和应用的进程绑定的，由UI框架在应用程序启动时创建，为应用程序UI状态属性提供中央存储。

和AppStorage不同的是，LocalStorage是页面级的，通常应用于页面内的数据共享。而AppStorage是应用级的全局状态共享，还相当于整个应用的“中枢”，持久化数据PersistentStorage和环境变量Environment都是通过和AppStorage中转，才可以和UI交互。

本文仅介绍AppStorage使用场景和相关的装饰器：@StorageProp和@StorageLink。

AppStorage是在应用启动的时候会被创建的单例。它的目的是为了提供应用状态数据的中心存储，这些状态数据在应用级别都是可访问的。AppStorage将在应用运行过程保留其属性。属性通过唯一的键字符串值访问。

AppStorage可以和UI组件同步，且可以在应用业务逻辑中被访问。

AppStorage中的属性可以被双向同步，数据可以是存在于本地或远程设备上，并具有不同的功能，比如数据持久化（详见PersistentStorage）。这些数据是通过业务逻辑中实现，与UI解耦，如果希望这些数据在UI中使用，需要用到@StorageProp和@StorageLink。

PersistentStorage：持久化存储UI状态

前两个小节介绍的LocalStorage和AppStorage都是运行时的内存，但是在应用退出再次启动后，依然能保存选定的结果，是应用开发中十分常见的现象，这就需要用到PersistentStorage。

PersistentStorage是应用程序中的可选单例对象。此对象的作用是持久化存储选定的AppStorage属性，以确保这些属性在应用程序重新启动时的值与应用程序关闭时的值相同。

PersistentStorage将选定的AppStorage属性保留在设备磁盘上。应用程序通过API，以决定哪些AppStorage属性应借助PersistentStorage持久化。UI和业务逻辑不直接访问PersistentStorage中的属性，所有属性访问都是对AppStorage的访问，AppStorage中的更改会自动同步到PersistentStorage。

PersistentStorage和AppStorage中的属性建立双向同步。应用开发通常通过AppStorage访问PersistentStorage，另外还有一些接口可以用于管理持久化属性，但是业务逻辑始终是通过AppStorage获取和设置属性的。

限制条件

PersistentStorage允许的类型和值有：

number, string, boolean, enum 等简单类型。
可以被JSON.stringify()和JSON.parse()重构的对象。例如Date, Map, Set等内置类型则不支持，以及对象的属性方法不支持持久化。

PersistentStorage不允许的类型和值有：

不支持嵌套对象（对象数组，对象的属性是对象等）。因为目前框架无法检测AppStorage中嵌套对象（包括数组）值的变化，所以无法写回到PersistentStorage中。
不支持undefined 和 null 。

持久化数据是一个相对缓慢的操作，应用程序应避免以下情况：

持久化大型数据集。
持久化经常变化的变量。

PersistentStorage的持久化变量最好是小于2kb的数据，不要大量的数据持久化，因为PersistentStorage写入磁盘的操作是同步的，大量的数据本地化读写会同步在UI线程中执行，影响UI渲染性能。如果开发者需要存储大量的数据，建议使用数据库api。

PersistentStorage只能在UI页面内使用，否则将无法持久化数据。

Environment：设备环境查询

开发者如果需要应用程序运行的设备的环境参数，以此来作出不同的场景判断，比如多语言，暗黑模式等，需要用到Environment设备环境查询。

Environment是ArkUI框架在应用程序启动时创建的单例对象。它为AppStorage提供了一系列描述应用程序运行状态的属性。Environment的所有属性都是不可变的（即应用不可写入），所有的属性都是简单类型。

// 将设备languageCode存入AppStorage中
Environment.EnvProp('languageCode', 'en');

@Entry
@Component
struct Index {
  @StorageProp('languageCode') languageCode: string = 'en';

  build() {
    Row() {
      Column() {
        // 输出当前设备的languageCode
        Text(this.languageCode)
      }
    }
  }
}

应用逻辑使用Environment

// 使用Environment.EnvProp将设备运行languageCode存入AppStorage中；
Environment.EnvProp('languageCode', 'en');
// 从AppStorage获取单向绑定的languageCode的变量
const lang: SubscribedAbstractProperty<string> = AppStorage.Prop('languageCode');

if (lang.get() === 'zh') {
  console.info('你好');
} else {
  console.info('Hello!');
}

鸿蒙开发状态管理

基本概念

装饰器总览

其他状态管理功能

@State装饰器：组件内状态

@Prop装饰器：父子单向同步

@Link装饰器：父子双向同步

@Provide装饰器和@Consume装饰器：与后代组件双向同步

@Observed装饰器和@ObjectLink装饰器：嵌套类对象属性变化

LocalStorage：页面级UI状态存储

AppStorage：应用全局的UI状态存储

PersistentStorage：持久化存储UI状态

Environment：设备环境查询

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