kotlin 01flow-StateFlow 完整教程

一 Android StateFlow 完整教程：從入門到實戰

StateFlow 是 Kotlin 協程庫中用于狀態管理的響應式流，特別適合在 Android 應用開發中管理 UI 狀態。本教程將帶全面了解 StateFlow 的使用方法。

1. StateFlow 基礎概念

1.1 什么是 StateFlow?

StateFlow 是 Kotlin 協程提供的一種熱流(Hot Flow)，它具有以下特點：

  • 總是有當前值（初始值必須提供）
  • 只保留最新值
  • 支持多個觀察者
  • 與 LiveData 類似但基于協程

1.2 StateFlow vs LiveData

特性StateFlowLiveData
生命周期感知否(需配合 lifecycleScope)是
需要初始值是否
基于協程觀察者模式
線程控制通過 Dispatcher主線程
背壓處理自動處理自動處理

2. 基本使用

2.1 添加依賴

在 build.gradle 中添加：

dependencies {implementation "org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-core:1.6.4"implementation "org.jetbrains.kotlinx:kotlinx-coroutines-android:1.6.4"implementation "androidx.lifecycle:lifecycle-viewmodel-ktx:2.5.1"implementation "androidx.lifecycle:lifecycle-runtime-ktx:2.5.1"
}

2.2 創建 StateFlow

class MyViewModel : ViewModel() {// 私有可變的StateFlowprivate val _uiState = MutableStateFlow<UiState>(UiState.Loading)// 公開不可變的StateFlowval uiState: StateFlow<UiState> = _uiState.asStateFlow()sealed class UiState {object Loading : UiState()data class Success(val data: String) : UiState()data class Error(val message: String) : UiState()}fun loadData() {viewModelScope.launch {_uiState.value = UiState.Loadingtry {val result = repository.fetchData()_uiState.value = UiState.Success(result)} catch (e: Exception) {_uiState.value = UiState.Error(e.message ?: "Unknown error")}}}
}

2.3 在 Activity/Fragment 中收集 StateFlow

class MyActivity : AppCompatActivity() {private val viewModel: MyViewModel by viewModels()override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {super.onCreate(savedInstanceState)lifecycleScope.launch {repeatOnLifecycle(Lifecycle.State.STARTED) {viewModel.uiState.collect { state ->when (state) {is MyViewModel.UiState.Loading -> showLoading()is MyViewModel.UiState.Success -> showData(state.data)is MyViewModel.UiState.Error -> showError(state.message)}}}}}private fun showLoading() { /*...*/ }private fun showData(data: String) { /*...*/ }private fun showError(message: String) { /*...*/ }
}

3. 高級用法

3.1 結合 SharedFlow 處理一次性事件

class EventViewModel : ViewModel() {private val _events = MutableSharedFlow<Event>()val events = _events.asSharedFlow()sealed class Event {data class ShowToast(val message: String) : Event()object NavigateToNextScreen : Event()}fun triggerEvent() {viewModelScope.launch {_events.emit(Event.ShowToast("Hello World!"))}}
}// 在Activity中收集
lifecycleScope.launch {repeatOnLifecycle(Lifecycle.State.STARTED) {viewModel.events.collect { event ->when (event) {is EventViewModel.Event.ShowToast -> showToast(event.message)EventViewModel.Event.NavigateToNextScreen -> navigateToNext()}}}
}

3.2 狀態合并 (combine)

val userName = MutableStateFlow("")
val userAge = MutableStateFlow(0)val userInfo = combine(userName, userAge) { name, age ->"Name: $name, Age: $age"
}// 收集合并后的流
userInfo.collect { info ->println(info)
}

3.3 狀態轉換 (map, filter, etc.)

val numbers = MutableStateFlow(0)val evenNumbers = numbers.filter { it % 2 == 0 }.map { "Even: $it" }evenNumbers.collect { println(it) }

4. 性能優化

4.1 使用 stateIn 緩存 StateFlow

val networkFlow = flow {// 模擬網絡請求emit(repository.fetchData())
}val cachedState = networkFlow.stateIn(scope = viewModelScope,started = SharingStarted.WhileSubscribed(5000), // 5秒無訂閱者停止initialValue = "Loading..."
)

4.2 避免重復收集

// 錯誤方式 - 每次重組都會創建新的收集器
@Composable
fun MyComposable(viewModel: MyViewModel) {val state by viewModel.state.collectAsState()// ...
}// 正確方式 - 使用 derivedStateOf 或 remember
@Composable
fun MyComposable(viewModel: MyViewModel) {val state by remember { viewModel.state }.collectAsState()// ...
}

5. 測試 StateFlow

5.1 單元測試

@Test
fun `test state flow`() = runTest {val viewModel = MyViewModel()val results = mutableListOf<MyViewModel.UiState>()val job = launch {viewModel.uiState.collect { results.add(it) }}viewModel.loadData()advanceUntilIdle()assertEquals(3, results.size) // Loading, Success/ErrorassertTrue(results[0] is MyViewModel.UiState.Loading)job.cancel()
}

5.2 使用 Turbine 測試庫

dependencies {testImplementation "app.cash.turbine:turbine:0.12.1"
}@Test
fun `test with turbine`() = runTest {val viewModel = MyViewModel()viewModel.uiState.test {viewModel.loadData()assertEquals(MyViewModel.UiState.Loading, awaitItem())val success = awaitItem()assertTrue(success is MyViewModel.UiState.Success)cancelAndIgnoreRemainingEvents()}
}

6. 常見問題解答

Q1: StateFlow 和 LiveData 哪個更好？

StateFlow 更適合協程環境，LiveData 更簡單但功能較少。新項目推薦 StateFlow。

Q2: 如何處理背壓(Backpressure)?

StateFlow 自動處理背壓，只保留最新值。

Q3: 為什么我的收集器沒有收到更新？

檢查：

  1. 是否在正確的生命周期范圍內收集
  2. Flow 是否有發射新值
  3. 是否在正確的協程上下文中

Q4: 如何避免內存泄漏?

使用 repeatOnLifecycle 或 flowWithLifecycle 確保只在活躍生命周期收集。

7. 完整示例項目

以下是一個完整的 ViewModel 示例：

class UserViewModel(private val userRepository: UserRepository) : ViewModel() {private val _userState = MutableStateFlow<UserState>(UserState.Loading)val userState: StateFlow<UserState> = _userState.asStateFlow()private val _events = MutableSharedFlow<UserEvent>()val events: SharedFlow<UserEvent> = _events.asSharedFlow()init {loadUser()}fun loadUser() {viewModelScope.launch {_userState.value = UserState.Loadingtry {val user = userRepository.getUser()_userState.value = UserState.Success(user)} catch (e: Exception) {_userState.value = UserState.Error(e.message ?: "Unknown error")_events.emit(UserEvent.ShowErrorToast("Failed to load user"))}}}fun updateUserName(name: String) {viewModelScope.launch {val currentUser = (_userState.value as? UserState.Success)?.user ?: return@launchval updatedUser = currentUser.copy(name = name)_userState.value = UserState.Success(updatedUser)userRepository.updateUser(updatedUser)}}sealed class UserState {object Loading : UserState()data class Success(val user: User) : UserState()data class Error(val message: String) : UserState()}sealed class UserEvent {data class ShowErrorToast(val message: String) : UserEvent()}
}

通過本教程，應該已經掌握了 StateFlow 的核心用法。StateFlow 是構建響應式 Android 應用的強大工具，結合協程可以提供更簡潔、更安全的狀態管理方案。

二 stateFlow和sharedFlow的區別

關于 StateFlow 和 SharedFlow 的問題非常關鍵。它們都是 Kotlin Flow 的“熱流”（hot stream）變種，廣泛用于 事件驅動編程 和 狀態管理。下面逐條詳細解答問題：

? 1. StateFlow 和 SharedFlow 的區別？能否互相轉換？

特性StateFlowSharedFlow
是否需要初始值? 是（必須有）? 否（可選）
是否有當前值 .value? 是? 沒有
是否支持粘性訂閱（可立即獲取最新值）? 是（始終有當前值）? 否（默認非粘性，取決于 replay）
用于什么狀態管理（UI 狀態）一次性事件（導航、吐司等）
是否自動重發? 是：新訂閱者立即拿到當前值? 否（需設置 replay > 0 才能重發）
是否支持多次發送相同值? 否（相同值不會觸發 collect）? 是
是否丟失事件? 不會丟（始終保留一個最新值）? 可能丟（如果沒有設置 replay 或 buffer）

🔁 能否互相轉換？

不能直接轉換，因為它們底層設計不同。但可以人為地模擬：

val sharedFlow = MutableSharedFlow<Int>(replay = 1)
val stateFlow = sharedFlow.stateIn(scope, SharingStarted.Eagerly, initialValue)

或者從 StateFlow 獲取 SharedFlow 的行為：

val stateFlow: StateFlow<Int> = MutableStateFlow(0)
val sharedFlow = stateFlow.shareIn(scope, SharingStarted.Lazily)

? 2. 是不是 StateFlow 就是 SharedFlow 多了 .value 和初始值？

可以這么說，但這只是表面。它們的語義不同：

  • StateFlow 表示的是狀態的容器（如 ViewModel 中的 UI 狀態）。
  • SharedFlow 更像是事件的通道，沒有“當前狀態”的概念。
// StateFlow 的特點
println(stateFlow.value) // 始終可以拿到當前值// SharedFlow 沒有 value，只能 collect
sharedFlow.collect { event -> ... }

? 3. 如何處理“被壓的”問題（Backpressure、丟失事件）？

📌 StateFlow：

  • 沒有丟失問題：永遠保留最后一個值。
  • 新訂閱者會立刻收到當前值。
  • 不支持 backpressure，因為沒有隊列：只有一個值。
val sf = MutableStateFlow(0)
sf.value = 1
sf.value = 2
// collect 會立即收到 2（中間的1不會被保留）

📌 SharedFlow：

  • 默認不保留任何事件（replay = 0，無 buffer）。
  • 如果事件很快發送但沒人 collect，就直接丟失。
  • 可以設置 replay 和 extraBufferCapacity 來控制：
val shared = MutableSharedFlow<Int>(replay = 2,extraBufferCapacity = 5
)
  • 設置 onBufferOverflow = BufferOverflow.DROP_OLDEST/ DROP_LATEST / SUSPEND 控制丟棄策略。

? 使用建議總結

需求推薦使用
需要保存并暴露當前狀態（如 UI 狀態）? StateFlow
需要發送一次性事件，如 Toast、導航? SharedFlow
想在訂閱時立即拿到最后值? StateFlow
想發送多個相同值? SharedFlow（StateFlow 會去重）

三 MutableStateFlow 是如何更新值的？

_seatLevel.value = newValue 和 _seatLevel.update { ... } 都可以用來更新 MutableStateFlow 的值，但它們在 并發安全性 和 使用場景 上有區別：

1. _seatLevel.value = newValue（直接賦值）

  • 作用：直接設置 MutableStateFlow 的新值。
  • 特點：
    • 非原子操作：如果在多線程環境下，直接賦值可能會導致競態條件（Race Condition），因為 value 的讀寫不是線程安全的。
    • 簡單直接：適用于單線程或確定不會并發更新的場景。
  • 示例：
    _seatLevel.value = 5 // 直接設置新值

2. _seatLevel.update { ... }（原子更新）

  • 作用：以 原子方式 計算并更新 MutableStateFlow 的值。
  • 特點：
    • 原子操作：update 是線程安全的，內部使用 CAS (Compare-And-Swap) 機制，確保在并發環境下不會出現數據競爭。
    • 基于當前值計算：可以訪問當前值（current），并返回新值。
    • 適合條件更新：適用于需要依賴當前值進行計算的場景（如遞增、條件過濾等）。
  • 示例：
    _seatLevel.update { current ->if (newLevel in 0..100) newLevel else current
}
    這里：
    • current 是當前 _seatLevel 的值。
    • 返回的值會作為新值（如果 newLevel 不在 0..100 范圍內，則保持原值）。

關鍵區別

特性_seatLevel.value = newValue_seatLevel.update { ... }
線程安全? 非原子操作，可能競態條件? 原子操作，線程安全
是否依賴當前值? 直接賦值，不關心當前值? 可以訪問當前值并計算新值
適用場景單線程或確定無并發更新多線程環境或需要條件更新

如何選擇？

  1. 如果只是簡單賦值，且確定不會并發更新（例如 UI 線程中），可以直接用 value = newValue。
  2. 如果涉及多線程，或需要基于當前值計算新值（如遞增、條件過濾等），應該用 update { ... }。

底層實現

  • update 內部使用了 while (true) + compareAndSet 機制，確保原子性：
    public inline fun update(function: (T) -> T) {while (true) {val prevValue = valueval nextValue = function(prevValue)if (compareAndSet(prevValue, nextValue)) {return}}
}
    它會不斷嘗試更新，直到成功（避免并發沖突）。

總結

  • value = newValue：簡單直接，但不適合并發場景。
  • update { ... }：線程安全，適合多線程或需要依賴當前值的更新。

在你的 updateLevel 函數中，由于涉及條件判斷（newLevel in 0..100），使用 update 是更安全、更合理的選擇。

四 為什么update 更新是原子性?

相關代碼

public inline fun update(function: (T) -> T) {while (true) {val prevValue = valueval nextValue = function(prevValue)if (compareAndSet(prevValue, nextValue)) {return}}
}

這段代碼之所以能保證 MutableStateFlow 的更新是 原子性（Atomic） 的，關鍵在于它使用了 CAS（Compare-And-Swap） 機制，并通過 while (true) 循環確保最終成功更新。我們逐行分析其原子性保證：

1. compareAndSet(prevValue, nextValue) 是關鍵

compareAndSet 是 Atomic 操作（底層基于 CPU 的 CAS 指令），它的行為是：

fun compareAndSet(expect: T, newValue: T): Boolean
  • 如果當前 value == expect（說明其他線程尚未修改），則更新為 newValue 并返回 true。
  • 如果當前 value != expect（說明其他線程已經修改），則放棄更新并返回 false。

由于 compareAndSet 是 硬件級原子操作，它保證了：

  • 讀取 value、比較 expect 和 寫入 newValue 這三個步驟是 不可分割的（不會被其他線程打斷）。

2. while (true) 循環的作用

如果 compareAndSet 失敗（返回 false），說明其他線程已經修改了 value，此時：

  1. 重新讀取最新的 value（val prevValue = value）。
  2. 重新計算 nextValue（function(prevValue)）。
  3. 再次嘗試 compareAndSet，直到成功為止。

這種 樂觀鎖（Optimistic Locking） 策略確保了：

  • 即使多線程競爭，最終所有更新都會 按順序應用（不會丟失任何修改）。
  • 不會發生 死鎖（因為沒有阻塞，只是重試）。

3. 為什么能保證原子性？

  • compareAndSet 是原子的：單次 compareAndSet 調用是線程安全的。
  • 循環直到成功：即使其他線程并發修改，當前線程最終會基于最新的值成功更新。
  • 函數式更新：function(prevValue) 的計算是基于最新的 prevValue，不會出現臟數據。

4. 對比非原子更新的問題

如果直接用 value = newValue：

// 非原子操作，可能導致競態條件
_seatLevel.value = _seatLevel.value + 1

在多線程環境下：

  1. 線程 A 讀取 value = 0。
  2. 線程 B 讀取 value = 0。
  3. 線程 A 寫入 value = 1。
  4. 線程 B 寫入 value = 1（本應是 2，但結果錯誤！）。

而 update 能避免這個問題：

_seatLevel.update { current -> current + 1 } // 線程安全

5. 原子性的直觀體現

從代碼中可以看出原子性的關鍵點：

  1. val prevValue = value：讀取當前值（可能被其他線程修改）。
  2. val nextValue = function(prevValue)：基于當前值計算新值。
  3. if (compareAndSet(prevValue, nextValue))：
    • 只有 value 仍等于 prevValue 時才會更新。
    • 如果失敗（說明其他線程已修改），則 重試，確保最終更新是基于最新值。

6. 類似機制的對比

  • Java 的 AtomicInteger：
    atomicInt.updateAndGet(x -> x + 1); // 同樣基于 CAS
  • 數據庫的樂觀鎖：
    UPDATE table SET value = newValue WHERE value = oldValue; -- 類似 CAS

總結

這段代碼的原子性由以下兩點保證：

  1. compareAndSet 的原子性：確保比較和更新的操作不可分割。
  2. 循環重試機制：確保并發沖突時最終能成功更新。

因此，update { ... } 是線程安全的，適合在多線程環境下使用，而直接 value = newValue 不是。

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