鸿蒙开发笔记(五):状态管理,组件状态管理 @State @Prop @Link

如果希望构建一个动态的、有交互的界面，就需要引入“状态”的概念。

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，一般指自定义组件的build方法和@Builder装饰的方法内的UI描述。
• State：状态，一般指的是装饰器装饰的数据。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。

1. 基本概念

• 状态变量：被状态装饰器装饰的变量，改变会引起UI的渲染更新。
• 常规变量：没有状态的变量，通常应用于辅助计算。它的改变永远不会引起UI的刷新。
• 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。
• 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。本地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：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：变量声明的时候赋值，作为初始化的默认值。示例：@State count: number = 0。

2. 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，但需要位于同一个组件树上，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和@StorageProp/@LocalStorageProp实现应用和组件状态的双向和单向同步。图中箭头方向为数据同步方向，单箭头为单向同步，双箭头为双向同步。

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。

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

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”，需要和组件（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。

@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。

3. 组件状态管理

3.1 @State装饰器：组件内状态

@State装饰的变量，或称为状态变量，一旦变量拥有了状态属性，就和自定义组件的渲染绑定起来。当状态改变时，UI会发生对应的渲染改变。

在状态变量相关装饰器中，@State是最基础的，使变量拥有状态属性的装饰器，它也是大部分状态变量的数据源。

@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、@Link或@ObjectLink装饰变量之间建立单向或双向数据同步。
• @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。

1. 装饰器使用规则说明

2. 变量的传递/访问规则说明

3. 观察变化和行为表现

并不是状态变量的所有更改都会引起UI的刷新，只有可以被框架观察到的修改才会引起UI刷新。

• 当装饰的数据类型为boolean、string、number类型时，可以观察到数值的变化。

// for simple type
@State count: number = 0;
// value changing can be observed
this.count = 1;

• 当装饰的数据类型为class或者Object时，可以观察到自身的赋值的变化，和其属性赋值的变化，即Object.keys(observedObject)返回的所有属性。例子如下。
  声明ClassA和Model类。

class ClassA {
  public value: string;

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

class Model {
  public value: string;
  public name: ClassA;
  constructor(value: string, a: ClassA) {
    this.value = value;
    this.name = a;
  }
}

@State装饰的类型是Model

// class类型
@State title: Model = new Model('Hello', new ClassA('World'));

对@State装饰变量的赋值。

// class类型赋值
this.title = new Model('Hi', new ClassA('ArkUI'));

对@State装饰变量的属性赋值。

// class属性的赋值
this.title.value = 'Hi'

嵌套属性的赋值观察不到。

// 嵌套的属性赋值观察不到
this.title.name.value = 'ArkUI'

• 当装饰的对象是array时，可以观察到数组本身的赋值和添加、删除、更新数组的变化。例子如下。
  声明ClassA和Model类。

class Model {
  public value: number;
  constructor(value: number) {
    this.value = value;
  }
}

@State装饰的对象为Model类型数组时。

@State title: Model[] = [new Model(11), new Model(1)]

数组自身的赋值可以观察到。

this.title = [new Model(2)]

数组项的赋值可以观察到。

this.title[0] = new Model(2)

删除数组项可以观察到。

this.title.pop()

新增数组项可以观察到。

this.title.push(new Model(12))

• 当状态变量被改变时，查询依赖该状态变量的组件；
• 执行依赖该状态变量的组件的更新方法，组件更新渲染；
• 和该状态变量不相关的组件或者UI描述不会发生重新渲染，从而实现页面渲染的按需更新。

4. 使用场景

装饰简单类型的变量

以下示例为@State装饰的简单类型，count被@State装饰成为状态变量，count的改变引起Button组件的刷新：

• 当状态变量count改变时，查询到只有Button组件关联了它；
• 执行Button组件的更新方法，实现按需刷新。

@Entry
@Component
struct MyComponent {
  @State count: number = 0;

  build() {
    Button(`click times: ${this.count}`)
      .onClick(() => {
        this.count += 1;
      })
  }
}

装饰class对象类型的变量

自定义组件MyComponent定义了被@State装饰的状态变量count和title，其中title的类型为自定义类Model。如果count或title的值发生变化，则查询MyComponent中使用该状态变量的UI组件，并进行重新渲染。

EntryComponent中有多个MyComponent组件实例，第一个MyComponent内部状态的更改不会影响第二个MyComponent。

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 })
      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}`)
      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';
      })

      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;
      })
    }
  }
}

从该示例中，我们可以了解到@State变量首次渲染的初始化流程：

1. 使用默认的本地初始化：

@State title: Model = new Model('Hello World');
@State count: number = 0;

2. 对于@State来说，命名参数机制传递的值并不是必选的，如果没有命名参数传值，则使用本地初始化的默认值：

MyComponent({ count: 1, increaseBy: 2 })

3.2 @Prop装饰器：父子单向同步

@Prop装饰的变量可以和父组件建立单向的同步关系。@Prop装饰的变量是可变的，但是变化不会同步回其父组件。

• @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。

1. 装饰器使用规则说明

2. 变量的传递/访问规则说明

3. 观察变化和行为表现

观察变化

@Prop装饰的数据可以观察到以下变化。
当装饰的类型是允许的类型，即string、number、boolean、enum类型都可以观察到的赋值变化；

// 简单类型
@Prop count: number;
// 赋值的变化可以被观察到
this.count = 1;

对于@State和@Prop的同步场景：

• 使用父组件中@State变量的值初始化子组件中的@Prop变量。当@State变量变化时，该变量值也会同步更新至@Prop变量。
• @Prop装饰的变量的修改不会影响其数据源@State装饰变量的值。
• 除了@State，数据源也可以用@Link或@Prop装饰，对@Prop的同步机制是相同的。
• 数据源和@Prop变量的类型需要相同。

框架行为
要理解@Prop变量值初始化和更新机制，有必要了解父组件和拥有@Prop变量的子组件初始渲染和更新流程。

1. 初始渲染：
   a. 执行父组件的build()函数将创建子组件的新实例，将数据源传递给子组件；
   b. 初始化子组件@Prop装饰的变量。

2. 更新：
   a. 子组件@Prop更新时，更新仅停留在当前子组件，不会同步回父组件；
   b. 当父组件的数据源更新时，子组件的@Prop装饰的变量将被来自父组件的数据源重置，所有@Prop装饰的本地的修改将被父组件的更新覆盖。

4. 使用场景

父组件@State到子组件@Prop简单数据类型同步

以下示例是@State到子组件@Prop简单数据同步，父组件ParentComponent的状态变量countDownStartValue初始化子组件CountDownComponent中@Prop装饰的count，点击“Try again”，count的修改仅保留在CountDownComponent，不会同步给父组件ParentComponent。

ParentComponent的状态变量countDownStartValue的变化将重置CountDownComponent的count。

@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 })
    }
  }
}

在上面的示例中：

1. CountDownComponent子组件首次创建时其@Prop装饰的count变量将从父组件@State装饰的countDownStartValue变量初始化；

2. 按“+1”或“-1”按钮时，父组件的@State装饰的countDownStartValue值会变化，这将触发父组件重新渲染，在父组件重新渲染过程中会刷新使用countDownStartValue状态变量的UI组件并单向同步更新CountDownComponent子组件中的count值；

3. 更新count状态变量值也会触发CountDownComponent的重新渲染，在重新渲染过程中，评估使用count状态变量的if语句条件（this.count > 0），并执行true分支中的使用count状态变量的UI组件相关描述来更新Text组件的UI显示；

4. 当按下子组件CountDownComponent的“Try again”按钮时，其@Prop变量count将被更改，但是count值的更改不会影响父组件的countDownStartValue值；

5. 父组件的countDownStartValue值会变化时，父组件的修改将覆盖掉子组件CountDownComponent中count本地的修改。

父组件@State数组项到子组件@Prop简单数据类型同步

父组件中@State如果装饰的数组，其数组项也可以初始化@Prop。以下示例中父组件Index中@State装饰的数组arr，将其数组项初始化子组件Child中@Prop装饰的value。

@Component
struct Child {
  @Prop value: number;

  build() {
    Text(`${this.value}`)
      .fontSize(50)
      .onClick(()=>{this.value++})
  }
}

@Entry
@Component
struct Index {
  @State arr: number[] = [1,2,3];

  build() {
    Row() {
      Column() {
        Child({value: this.arr[0]})
        Child({value: this.arr[1]})
        Child({value: this.arr[2]})

        Divider().height(5)

        ForEach(this.arr, 
          item => {
            Child({value: item})
          }, 
          item => item.toString()
        )
        Text('replace entire arr')
        .fontSize(50)
        .onClick(()=>{
          // 两个数组都包含项“3”。
          this.arr = this.arr[0] == 1 ? [3,4,5] : [1,2,3];
        })
      }
    }
  }
}

初始渲染创建6个子组件实例，每个@Prop装饰的变量初始化都在本地拷贝了一份数组项。子组件onclick事件处理程序会更改局部变量值。

假设我们点击了多次，所有变量的本地取值都是“7”。

单击replace entire arr后，屏幕将显示以下信息，为什么？

3
4
5
----
7
4
5

• 在子组件Child中做的所有的修改都不会同步回父组件Index组件，所以即使6个组件显示都为7，但在父组件Index中，this.arr保存的值依旧是[1,2,3]。

• 点击replace entire arr，this.arr[0] == 1成立，将this.arr赋值为[3, 4, 5]；

• 因为this.arr[0]已更改，Child({value: this.arr[0]})组件将this.arr[0]更新同步到实例@Prop装饰的变量。Child({value: this.arr[1]})和Child({value: this.arr[2]})的情况也类似。

• this.arr的更改触发ForEach更新，this.arr更新的前后都有数值为3的数组项：[3, 4, 5] 和[1, 2, 3]。根据diff机制，数组项“3”将被保留，删除“1”和“2”的数组项，添加为“4”和“5”的数组项。这就意味着，数组项“3”的组件不会重新生成，而是将其移动到第一位。所以“3”对应的组件不会更新，此时“3”对应的组件数值为“7”，ForEach最终的渲染结果是“7”，“4”，“5”。
  (这操作,真的是认真的吗…这得坑多少人啊,希望能早点改回来!!!)

从父组件中的@State类对象属性到@Prop简单类型的同步

如果图书馆有一本图书和两位用户，每位用户都可以将图书标记为已读，此标记行为不会影响其它读者用户。从代码角度讲，对@Prop图书对象的本地更改不会同步给图书馆组件中的@State图书对象。

class Book {
  public title: string;
  public pages: number;
  public readIt: boolean = false;

  constructor(title: string, pages: number) {
    this.title = title;
    this.pages = pages;
  }
}

@Component
struct ReaderComp {
  @Prop title: string;
  @Prop readIt: boolean;

  build() {
    Row() {
      Text(this.title)
      Text(`... ${this.readIt ? 'I have read' : 'I have not read it'}`)
        .onClick(() => this.readIt = true)
    }
  }
}

@Entry
@Component
struct Library {
  @State book: Book = new Book('100 secrets of C++', 765);

  build() {
    Column() {
      ReaderComp({ title: this.book.title, readIt: this.book.readIt })
      ReaderComp({ title: this.book.title, readIt: this.book.readIt })
    }
  }
}

@Prop本地初始化不和父组件同步

为了支持@Component装饰的组件复用场景，@Prop支持本地初始化，这样可以让@Prop是否与父组件建立同步关系变得可选。当且仅当@Prop有本地初始化时，从父组件向子组件传递@Prop的数据源才是可选的。

3.3 @Link装饰器：父子双向同步

1. 装饰器使用规则说明

注意:被装饰变量禁止本地初始化

2. 变量的传递/访问规则说明

3. 观察变化和行为表现

观察变化

• 当装饰的数据类型为boolean、string、number类型时，可以同步观察到数值的变化，示例请参考简单类型和类对象类型的@Link。

• 当装饰的数据类型为class或者Object时，可以观察到赋值和属性赋值的变化，即Object.keys(observedObject)返回的所有属性，示例请参考简单类型和类对象类型的@Link。

• 当装饰的对象是array时，可以观察到数组添加、删除、更新数组单元的变化，示例请参考数组类型的@Link。

框架行为

@Link装饰的变量和其所述的自定义组件共享生命周期。

为了了解@Link变量初始化和更新机制，有必要先了解父组件和拥有@Link变量的子组件的关系，初始渲染和双向更新的流程（以父组件为@State为例）。

1. 初始渲染：执行父组件的build()函数后将创建子组件的新实例。初始化过程如下：
   a. 必须指定父组件中的@State变量，用于初始化子组件的@Link变量。子组件的@Link变量值与其父组件的数据源变量保持同步（双向数据同步）。
   b. 父组件的@State状态变量包装类通过构造函数传给子组件，子组件的@Link包装类拿到父组件的@State的状态变量后，将当前@Link包装类this指针注册给父组件的@State变量。

2. @Link的数据源的更新：即父组件中状态变量更新，引起相关子组件的@Link的更新。处理步骤：
   a. 通过初始渲染的步骤可知，子组件@Link包装类把当前this指针注册给父组件。父组件@State变量变更后，会遍历更新所有依赖它的系统组件（elementid）和状态变量（比如@Link包装类）。
   b. 通知@Link包装类更新后，子组件中所有依赖@Link状态变量的系统组件（elementId）都会被通知更新。以此实现父组件对子组件的状态数据同步。

3. @Link的更新：当子组件中@Link更新后，处理步骤如下（以父组件为@State为例）：
   a. @Link更新后，调用父组件的@State包装类的set方法，将更新后的数值同步回父组件。
   b. 子组件@Link和父组件@State分别遍历依赖的系统组件，进行对应的UI的更新。以此实现子组件@Link同步回父组件@State。

4. 使用场景

简单类型和类对象类型的@Link

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(150.0)
      .backgroundColor('#00ff00')
      .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 += 125;
        } else {
          // 更新class，变化可以被观察到同步回父组件
          this.greenButtonState = new GreenButtonState(100);
        }
      })
  }
}
@Component
struct YellowButton {
  @Link yellowButtonState: number;
  build() {
    Button('Yellow Button')
      .width(this.yellowButtonState)
      .height(150.0)
      .backgroundColor('#ffff00')
      .onClick(() => {
        // 子组件的简单类型可以同步回父组件
        this.yellowButtonState += 50.0;
      })
  }
}
@Entry
@Component
struct ShufflingContainer {
  @State greenButtonState: GreenButtonState = new GreenButtonState(300);
  @State yellowButtonProp: number = 100;
  build() {
    Column() {
      // 简单类型从父组件@State向子组件@Link数据同步
      Button('Parent View: Set yellowButton')
        .onClick(() => {
          this.yellowButtonProp = (this.yellowButtonProp < 700) ? this.yellowButtonProp + 100 : 100;
        })
      // class类型从父组件@State向子组件@Link数据同步
      Button('Parent View: Set GreenButton')
        .onClick(() => {
          this.greenButtonState.width = (this.greenButtonState.width < 700) ? this.greenButtonState.width + 100 : 100;
        })
      // class类型初始化@Link
      GreenButton({ greenButtonState: $greenButtonState })
      // 简单类型初始化@Link
      YellowButton({ yellowButtonState: $yellowButtonProp })
    }
  }
}

数组类型的@Link

@Component
struct Child {
  @Link items: number[];

  build() {
    Column() {
      Button(`Button1: push`).onClick(() => {
        this.items.push(this.items.length + 1);
      })
      Button(`Button2: replace whole item`).onClick(() => {
        this.items = [100, 200, 300];
      })
    }
  }
}

@Entry
@Component
struct Parent {
  @State arr: number[] = [1, 2, 3];

  build() {
    Column() {
      Child({ items: $arr })
      ForEach(this.arr,
        item => {
          Text(`${item}`)
        },
        item => item.toString()
      )
    }
  }
}

ArkUI框架可以观察到数组元素的添加，删除和替换。在该示例中@State和@Link的类型是相同的number[]，不允许将@Link定义成number类型（@Link item : number），并在父组件中用@State数组中每个数据项创建子组件。如果要使用这个场景，可以参考@Prop和@Observed。