实际上，预拉取(prefetch)机制作为RecyclerView的重要特性之一，常常与缓存复用机制一起配合使用、共同协作，极大地提升了RecyclerView整体滑动的流畅度。

并且，这种特性在ViewPager2中同样得以保留，对ViewPager2滑动效果的呈现也起着关键性的作用。因此，我们ViewPager2系列的第二篇，就是要来着重介绍RecyclerView的预拉取机制。

预拉取是指什么？

在计算机术语中，预拉取指的是在已知需要某部分数据的前提下，利用系统资源闲置的空档，预先拉取这部分数据到本地，从而提高执行时的效率。

具体到RecyclerView预拉取的情境则是：

1. 利用UI线程正好处于空闲状态的时机

2. 预先拉取待进入屏幕区域内的一部分列表项视图并缓存起来

3. 从而减少因视图创建或数据绑定等耗时操作所引起的卡顿。

预拉取是怎么实现的？

正如把缓存复用的实际工作委托给了其内部的Recycler类一样，RecyclerView也把预拉取的实际工作委托给了一个名为GapWorker的类，其内部的工作流程，可以用以下这张思维导图来概括：

接下来我们就循着这张思维导图，来一一拆解预拉取的工作流程。

1.发起预拉取工作

通过查找对GapWorker对象的引用，我们可以梳理出3个发起预拉取工作的时机，分别是：

• RecyclerView被拖动(Drag)时

    @Overridepublic boolean onTouchEvent(MotionEvent e) {...switch (action) {...case MotionEvent.ACTION_MOVE: {...if (mScrollState == SCROLL_STATE_DRAGGING) {...// 处于拖动状态并且存在有效的拖动距离时if (mGapWorker != null && (dx != 0 || dy != 0)) {mGapWorker.postFromTraversal(this, dx, dy);}}}break;...}...return true;}

• RecyclerView惯性滑动(Fling)时

    class ViewFlinger implements Runnable {...@Overridepublic void run() {...if (!smoothScrollerPending && doneScrolling) {...} else {...if (mGapWorker != null) {mGapWorker.postFromTraversal(RecyclerView.this, consumedX, consumedY);}}}...}    

• RecyclerView嵌套滚动时

   private void nestedScrollByInternal(int x, int y, @Nullable MotionEvent motionEvent, int type) {...if (mGapWorker != null && (x != 0 || y != 0)) {mGapWorker.postFromTraversal(this, x, y);}...}

2.执行预拉取工作

GapWorker是Runnable接口的一个实现类，意味着其执行工作的入口必然是在run方法。

final class GapWorker implements Runnable {@Overridepublic void run() {...prefetch(nextFrameNs);...}
}

在run方法内部我们可以看到其调用了一个prefetch方法，在进入该方法之前，我们先来分析传入该方法的参数。

        // 查询最近一个垂直同步信号发出的时间，以便我们可以预测下一个final int size = mRecyclerViews.size();long latestFrameVsyncMs = 0;for (int i = 0; i < size; i++) {RecyclerView view = mRecyclerViews.get(i);if (view.getWindowVisibility() == View.VISIBLE) {latestFrameVsyncMs = Math.max(view.getDrawingTime(), latestFrameVsyncMs);}}...// 预测下一个垂直同步信号发出的时间long nextFrameNs = TimeUnit.MILLISECONDS.toNanos(latestFrameVsyncMs) + mFrameIntervalNs;prefetch(nextFrameNs);

由该方法的实参命名nextFrameNs可知，传入的是下一帧开始绘制的时间。

了解过Android屏幕刷新机制的人都知道，当GPU渲染完图形数据并放入图像缓冲区(buffer)之后，显示屏(Display)会等待垂直同步信号(Vsync)发出，随即交换缓冲区并取出缓冲数据，从而开始对新的一帧的绘制。

所以，这个实参同时也表示下一个垂直同步信号(Vsync)发出的时间，这是个预测值，单位为纳秒。由最近一个垂直同步信号发出的时间(latestFrameVsyncMs)，加上每一帧刷新的间隔时间(mFrameIntervalNs)计算而成。

其中，每一帧刷新的间隔时间是这样子计算得到的：

    // 如果取自显示屏的刷新率数据有效，则不采用默认的60fps// 注意：此查询我们只静态地执行一次，因为它非常昂贵（>1ms）Display display = ViewCompat.getDisplay(this);float refreshRate = 60.0f;  // 默认的刷新率为60fpsif (!isInEditMode() && display != null) {float displayRefreshRate = display.getRefreshRate();if (displayRefreshRate >= 30.0f) {refreshRate = displayRefreshRate;}}mGapWorker.mFrameIntervalNs = (long) (1000000000 / refreshRate);   // 1000000000纳秒=1秒

也即假定在默认60fps的刷新率下，每一帧刷新的间隔时间应为16.67ms。

再由该方法的形参命名deadlineNs可知，传入的参数表示的是预抓取工作完成的最后期限：

    void prefetch(long deadlineNs) {...}

综合一下就是，预抓取的工作必须在下一个垂直同步信号发出之前，也即下一帧开始绘制之前完成。

什么意思呢？

这是由于从Android 5.0(API等级21)开始，出于提高UI渲染效率的考虑，Android系统引入了RenderThread机制，即渲染线程。这个机制负责接管原先主线程中繁重的UI渲染工作，使得主线程可以更加专注于与用户的交互，从而大幅提高页面的流畅度。

但这里有一个问题。

当UI线程提前完成工作，并将一个帧传递给RenderThread渲染之后，就会进入所谓的休眠状态，出现了大量的空闲时间，直至下一帧开始绘制之前。如图所示：

一方面，这些UI线程上的空闲时间并没有被利用起来，相当于珍贵的线程资源被白白浪费掉；

另一方面，新的列表项进入屏幕时，又需要在UI线程的输入阶段(Input)就完成视图创建与数据绑定的工作，这会推迟UI线程及RenderThread上的其他工作，如果这些被推迟的工作无法在下一帧开始绘制之前完成，就有可能造成界面上的丢帧卡顿。

GapWorker正是选择在此时间窗口内安排预拉取的工作，也即把创建和绑定的耗时操作，移到UI线程的空闲时间内完成，与原先的RenderThread并行执行。

但这个预拉取的工作同样必须在下一帧开始绘制之前完成，否则预拉取的列表项视图还是会无法被及时地绘制出来，进而导致丢帧卡顿，于是才有了前面表示最后期限的传入参数。

了解完这个参数的含义后，让我们继续往下阅读源码。

2.1 构建预拉取任务列表

    void prefetch(long deadlineNs) {buildTaskList();...}

进入prefetch方法后可以看到，预拉取的第一个动作就是先构建预拉取的任务列表，其内部又可分为以下3个事项：

2.1.1 收集预拉取的列表项数据

    private void buildTaskList() {// 1.收集预拉取的列表项数据final int viewCount = mRecyclerViews.size();int totalTaskCount = 0;for (int i = 0; i < viewCount; i++) {RecyclerView view = mRecyclerViews.get(i);// 仅对当前可见的RecyclerView收集数据if (view.getWindowVisibility() == View.VISIBLE) {view.mPrefetchRegistry.collectPrefetchPositionsFromView(view, false);totalTaskCount += view.mPrefetchRegistry.mCount;}}...}

    static class LayoutPrefetchRegistryImplimplements RecyclerView.LayoutManager.LayoutPrefetchRegistry {...void collectPrefetchPositionsFromView(RecyclerView view, boolean nested) {...// 启用了预拉取机制if (view.mAdapter != null&& layout != null&& layout.isItemPrefetchEnabled()) {if (nested) {...} else {// 基于移动量进行预拉取if (!view.hasPendingAdapterUpdates()) {layout.collectAdjacentPrefetchPositions(mPrefetchDx, mPrefetchDy,view.mState, this);}}...}}}

public class LinearLayoutManager extends RecyclerView.LayoutManager implementsItemTouchHelper.ViewDropHandler, RecyclerView.SmoothScroller.ScrollVectorProvider {public void collectAdjacentPrefetchPositions(int dx, int dy, RecyclerView.State state,LayoutPrefetchRegistry layoutPrefetchRegistry) {// 根据布局方向取水平方向的移动量dx或垂直方向的移动量dy    int delta = (mOrientation == HORIZONTAL) ? dx : dy;...ensureLayoutState();// 根据移动量正负值判断移动方向final int layoutDirection = delta > 0 ? LayoutState.LAYOUT_END : LayoutState.LAYOUT_START;final int absDelta = Math.abs(delta);// 收集与预拉取相关的重要数据，并存储到LayoutStateupdateLayoutState(layoutDirection, absDelta, true, state);collectPrefetchPositionsForLayoutState(state, mLayoutState, layoutPrefetchRegistry);}}

这一事项主要是依据RecyclerView滚动的方向，收集即将进入屏幕的、待预拉取的列表项数据，其中，最关键的2项数据是：

• 待预拉取项的position值——用于预加载项位置的确定
• 待预拉取项与RecyclerView可见区域的距离——用于预拉取任务的优先级排序

我们以最简单的LinearLayoutManager为例，看一下这2项数据是怎样收集的，其最关键的实现就在于前面的updateLayoutState方法。

假定此时我们的手势是向上滑动的，则其进入的是layoutToEnd == true的判断：

    private void updateLayoutState(int layoutDirection, int requiredSpace,boolean canUseExistingSpace, RecyclerView.State state) {...if (layoutToEnd) {...// 步骤1，获取滚动方向上的第一个项final View child = getChildClosestToEnd();// 步骤2，确定待预拉取项的方向mLayoutState.mItemDirection = mShouldReverseLayout ? LayoutState.ITEM_DIRECTION_HEAD: LayoutState.ITEM_DIRECTION_TAIL;// 步骤3，确认待预拉取项的positionmLayoutState.mCurrentPosition = getPosition(child) + mLayoutState.mItemDirection;mLayoutState.mOffset = mOrientationHelper.getDecoratedEnd(child);// 步骤4，确认待预拉取项与RecyclerView可见区域的距离scrollingOffset = mOrientationHelper.getDecoratedEnd(child)- mOrientationHelper.getEndAfterPadding();} else {...}...mLayoutState.mScrollingOffset = scrollingOffset;}

步骤1，获取RecyclerView滚动方向上的第一项，如图中①所示：

步骤2，确定待预拉取项的方向。不用反转布局的情况下是ITEM_DIRECTION_TAIL，该值等于1，如图中②所示：

步骤3，确认待预拉取项的position值。由滚动方向上的第一项的position值加上步骤2确定的方向值相加得到，对应的是RecyclerView待进入屏幕区域的下一个项，如图中③所示：

步骤4，确认待预拉取项与RecyclerView可见区域的距离，该值由以下2个值相减得到：

• getEndAfterPadding：指的是RecyclerView去除了Padding后的底部位置，并不完全等于RecyclerView的高度。
• getDecoratedEnd：指的是由列表项的底部位置，加上列表项设立的外边距，再加上列表项间隔的高度计算得到的值。

我们用一张图来说明一下：

首先，图中的①表示一个完整的屏幕可见区域，其中：

• 深灰色区域对应的是RecyclerView设立的上下内边距，即Padding值。
• 中灰色区域对应的是RecyclerView的列表项分隔线，即Decoration。
• 浅灰色区域对应的是每一个列表项设立的外边距，即Margin值。

RecyclerView的实际可见区域，是由虚线a和虚线b所包围的区域，即去除了上下内边距之后的区域。getEndAfterPadding方法返回的值，即是虚线b所在的位置。

图中的②是对RecyclerView底部不可见区域的透视图，假定现在position=2的列表项的底部正好贴合到RecyclerView可见区域的底部，则getDecoratedEnd方法返回的值，即是虚线c所在的位置。

接下来，如果按前面的步骤4进行计算，即用虚线c所在的位置减去的虚线b所在的位置，得到的就是图中的③，即刚好是列表项的外边距加上分隔线的高度。

这个结果就是待预拉取列表项与RecyclerView可见区域的距离。随着向上滑动的手势这个距离值逐渐变小，直到正好进入RecyclerView的可见区域时变为0，随后开始预加载下一项。

这2项数据收集到之后，就会调用GapWorker的addPosition方法，以交错的形式存放到一个int数组类型的mPrefetchArray结构中去：

        @Overridepublic void addPosition(int layoutPosition, int pixelDistance) {...// 根据实际需要分配新的数组，或以2的倍数扩展数组大小final int storagePosition = mCount * 2;if (mPrefetchArray == null) {mPrefetchArray = new int[4];Arrays.fill(mPrefetchArray, -1);} else if (storagePosition >= mPrefetchArray.length) {final int[] oldArray = mPrefetchArray;mPrefetchArray = new int[storagePosition * 2];System.arraycopy(oldArray, 0, mPrefetchArray, 0, oldArray.length);}// 交错存放position值与距离mPrefetchArray[storagePosition] = layoutPosition;mPrefetchArray[storagePosition + 1] = pixelDistance;mCount++;}

需要注意的是，RecyclerView每次的预拉取并不限于单个列表项，实际上，它可以一次获取多个列表项，比如使用了GridLayoutManager的情况。

2.1.2 根据预拉取的数据填充任务列表

    private void buildTaskList() {...// 2.根据预拉取的数据填充任务列表int totalTaskIndex = 0;for (int i = 0; i < viewCount; i++) {RecyclerView view = mRecyclerViews.get(i);...LayoutPrefetchRegistryImpl prefetchRegistry = view.mPrefetchRegistry;final int viewVelocity = Math.abs(prefetchRegistry.mPrefetchDx)+ Math.abs(prefetchRegistry.mPrefetchDy);// 以2为偏移量进行遍历，从mPrefetchArray中分别取出前面存储的position值与距离        for (int j = 0; j < prefetchRegistry.mCount * 2; j += 2) {final Task task;if (totalTaskIndex >= mTasks.size()) {task = new Task();mTasks.add(task);} else {task = mTasks.get(totalTaskIndex);}final int distanceToItem = prefetchRegistry.mPrefetchArray[j + 1];// 与RecyclerView可见区域的距离小于滑动的速度，该列表项必定可见，任务需要立即执行task.immediate = distanceToItem <= viewVelocity;task.viewVelocity = viewVelocity;task.distanceToItem = distanceToItem;task.view = view;task.position = prefetchRegistry.mPrefetchArray[j];totalTaskIndex++;}}...}

Task是负责存储预拉取任务数据的实体类，其所包含属性的含义分别是：

• position：待预加载项的Position值
• distanceToItem：待预加载项与RecyclerView可见区域的距离
• viewVelocity：RecyclerView的滑动速度，其实就是滑动距离
• immediate：是否立即执行，判断依据是与RecyclerView可见区域的距离小于滑动的速度
• view：RecyclerView本身

从第2个for循环可以看到，其是以2为偏移量进行遍历，从mPrefetchArray中分别取出前面存储的position值与距离的。

2.1.3 对任务列表进行优先级排序

填充任务列表完毕后，还要依据实际情况对任务进行优先级排序，其遵循的基本原则就是：越可能快进入RecyclerView可见区域的列表项，其预加载的优先级越高。

    private void buildTaskList() {...// 3.对任务列表进行优先级排序Collections.sort(mTasks, sTaskComparator);}

   static Comparator sTaskComparator = new Comparator() {@Overridepublic int compare(Task lhs, Task rhs) {// 首先，优先处理未清除的任务if ((lhs.view == null) != (rhs.view == null)) {return lhs.view == null ? 1 : -1;}// 然后考虑需要立即执行的任务if (lhs.immediate != rhs.immediate) {return lhs.immediate ? -1 : 1;}// 然后考虑滑动速度更快的int deltaViewVelocity = rhs.viewVelocity - lhs.viewVelocity;if (deltaViewVelocity != 0) return deltaViewVelocity;// 最后考虑与RecyclerView可见区域距离最短的int deltaDistanceToItem = lhs.distanceToItem - rhs.distanceToItem;if (deltaDistanceToItem != 0) return deltaDistanceToItem;return 0;}};

2.2 调度预拉取任务

    void prefetch(long deadlineNs) {...flushTasksWithDeadline(deadlineNs);}

预拉取的第二个动作，则是将前面填充并排序好的任务列表依次调度执行：

    private void flushTasksWithDeadline(long deadlineNs) {for (int i = 0; i < mTasks.size(); i++) {final Task task = mTasks.get(i);if (task.view == null) {break; // 任务已完成}flushTaskWithDeadline(task, deadlineNs);task.clear();}}

    private void flushTaskWithDeadline(Task task, long deadlineNs) {long taskDeadlineNs = task.immediate ? RecyclerView.FOREVER_NS : deadlineNs;RecyclerView.ViewHolder holder = prefetchPositionWithDeadline(task.view,task.position, taskDeadlineNs);...}

2.2.1 尝试根据position获取ViewHolder对象

进入prefetchPositionWithDeadline方法后，我们终于再次见到了上一篇的老朋友——Recycler，以及熟悉的成员方法tryGetViewHolderForPositionByDeadline：

    private RecyclerView.ViewHolder prefetchPositionWithDeadline(RecyclerView view,int position, long deadlineNs) {...RecyclerView.Recycler recycler = view.mRecycler;RecyclerView.ViewHolder holder;try {...holder = recycler.tryGetViewHolderForPositionByDeadline(position, false, deadlineNs);...}

这个方法我们在上一篇文章有介绍过，作用是尝试根据position获取指定的ViewHolder对象，如果从缓存中查找不到，就会重新创建并绑定。

2.2.2 根据绑定成功与否添加到mCacheViews或RecyclerViewPool

    private RecyclerView.ViewHolder prefetchPositionWithDeadline(RecyclerView view,int position, long deadlineNs) {...if (holder != null) {if (holder.isBound() && !holder.isInvalid()) {// 如果绑定成功，则将该视图进入缓存recycler.recycleView(holder.itemView);} else {//没有绑定，所以我们不能缓存视图，但它会保留在池中直到下一次预取/遍历。recycler.addViewHolderToRecycledViewPool(holder, false);}}...return holder;}

接下来，如果顺利地获取到了ViewHolder对象，且该ViewHolder对象已经完成数据的绑定，则下一步就该立即回收该ViewHolder对象，缓存到mCacheViews结构中以供重用。

而如果该ViewHolder对象还未完成数据的绑定，意味着我们没能在设定的最后期限之前完成预拉取的操作，列表项数据不完整，因而我们不能将其缓存到mCacheViews结构中，但它会保留在mRecyclerViewPool结构中，以供下一次预拉取或重用。

预拉取机制与缓存复用机制的怎么协作的？

既然是与缓存复用机制共用相同的缓存结构，那么势必会对缓存复用机制的流程产生一定的影响，同样，让我们用几张流程示意图来演示一下：

1. 假定现在position=5的列表项的底部正好贴合到RecyclerView可见区域的底部，即还要滑动超过该列表项的外边距+分隔线高度的距离，下一个列表项才可见。

2. 随着向上拖动的手势，GapWorker开始发起预加载的工作，根据前面梳理的流程，它会提前创建并绑定position=6的列表项的ViewHolder对象，并将其缓存到mCacheViews结构中去。

3. 继续保持向上拖动，当position=6的列表项即将进入屏幕时，它会按照上一篇缓存复用机制的流程，从mCacheViews结构取出可复用的ViewHolder对象，无需再次经历创建和绑定的过程，因此滑动的流畅度有了提升。

4. 同时，随着position=6的列表项进入屏幕，GapWorker也开始了对position=7的列表项的预加载

5. 之后，随着拖动距离的增大，position=0的列表项也将被移出屏幕，添加到mCachedViews结构中去。

上一篇文章我们讲过，mCachedViews结构的默认大小限制为2，从这里就可以看出，其这样设计是想刚好能缓存一个被移出屏幕的可复用ViewHolder对象+一个待进入屏幕的预拉取ViewHolder对象的。

不知道你们注意到没有，在步骤5的示意图中，可复用ViewHolder对象是添加到预拉取ViewHolder对象前面的，之所以这样子画是遵循了源码中的实现：

    // 添加之前，先移除最老的一个ViewHolder对象int cachedViewSize = mCachedViews.size();if (cachedViewSize >= mViewCacheMax && cachedViewSize > 0) {   // 当前已经放满recycleCachedViewAt(0); // 移除mCachedView结构中的第1个cachedViewSize--;   // 总数减1}// 默认从尾部添加int targetCacheIndex = cachedViewSize;// 处理预拉取的情况if (ALLOW_THREAD_GAP_WORK&& cachedViewSize > 0&& !mPrefetchRegistry.lastPrefetchIncludedPosition(holder.mPosition)) {// 从最后一个开始，跳过所有最近预拉取的对象排在其前面int cacheIndex = cachedViewSize - 1;while (cacheIndex >= 0) {int cachedPos = mCachedViews.get(cacheIndex).mPosition;// 添加到最近一个非预拉取的对象后面if (!mPrefetchRegistry.lastPrefetchIncludedPosition(cachedPos)) {break;}cacheIndex--;}targetCacheIndex = cacheIndex + 1;}mCachedViews.add(targetCacheIndex, holder);

也就是说，虽然缓存复用的对象和预拉取的对象共用同一个mCachedViews结构，但二者是分组存放的，且缓存复用的对象是排在预拉取的对象前面的。这么说或许还是很难理解，我们用几张示意图来演示一下就懂了：

1.假定现在mCachedViews中同时有2种类型的ViewHolder对象，黑色的代表缓存复用的对象，白色的代表预拉取的对象；

2.现在，有另外一个缓存复用的对象想要放到mCachedViews中，按源码的做法，默认会从尾部添加，即targetCacheIndex = 3：

3.随后，需要进一步确认放入的位置，它会从尾部开始逐个遍历，判断是否是预拉取的ViewHolder对象，判断的依据是该ViewHolder对象的position值是否存在mPrefetchArray结构中：

    boolean lastPrefetchIncludedPosition(int position) {if (mPrefetchArray != null) {final int count = mCount * 2;for (int i = 0; i < count; i += 2) {if (mPrefetchArray[i] == position) return true;}}return false;}

4.如果是，则跳过这一项继续遍历，直到找到最近一个非预拉取的对象，将该对象的索引+1，即targetCacheIndex = cacheIndex + 1，得到确认放入的位置。

5.虽然二者是分组存放的，但二者内部仍是有序的，即按照加入的顺序正序排列。

开启预拉取机制后的实际效果如何？

最后，我们还剩下一个问题，即预拉取机制启用之后，对于RecyclerView的滑动展示究竟能有多大的性能提升？

关于这个问题，已经有人做过相关的测试验证 ，这里就不再大量贴图了，只概括一下其方案的整体思路：

• 测量工具：开发者模式-GPU渲染模式

*   该工具以滚动显示的直方图形式，直观地呈现渲染出界面窗口帧所需花费的时间
*   水平轴上的每个竖条即代表一个帧，其高度则表示渲染该帧所花的时间。
*   绿线表示的是16.67毫秒的基准线。若想维持每秒60帧的正常绘制，则需保证代表每个帧的竖条维持在此线以下。

• 耗时模拟：在onBindViewHolder方法中，使用Thread.sleep(time)来模拟页面渲染的复杂度。复杂度的大小，通过time时间的长短来体现。时间越长，复杂度越高。
• 测试结果：对比同一复杂度下的RecyclerView滑动，未启用预拉取机制的一侧流畅度明显更低，并且随着复杂度的增加，在16ms内无法完成渲染的帧数进一步增多，延时更长，滑动卡顿更明显。

最后总结一下：

Android 知识点归整

Android 性能调优系列：https://0a.fit/dNHYY
Android 车载学习指南：https://0a.fit/jdVoy
Android Framework核心知识点笔记：https://0a.fit/acnLL
Android 音视频学习笔记：https://0a.fit/BzPVh
Jetpack全家桶（含Compose）：https://0a.fit/GQJSl
Kotlin 入门到精进：https://0a.fit/kdfWR
Flutter 基础到进阶实战：https://0a.fit/xvcHV
Android 八大知识体系：https://0a.fit/mieWJ
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