反思|开启B站少女心模式，探究APP换肤机制的设计与实现

Posted 2021-05-26 却把清梅嗅

反思 系列博客是我的一种新学习方式的尝试，该系列起源和目录请参考 这里 。

概述

换肤功能 并非奇技淫巧，而是已非常普及，尤其当android Q推出了 深色模式 之后，国内绝大多数主流应用都至少提供了 日间 和 夜间 两种模式。

对于无感的用户而言，这个功能实属鸡肋，但从另外一个角度上来说，这也是产品在雕琢 用户极致体验 过程中的一次尝试，为不同情景下，不同偏好的用户提供更多的选择性。

以 哔哩哔哩 为例，除了提供以上两种主题之外，还免费提供了充满 少女心 的粉色主题：

从产品的前瞻性上来看，国内在换肤功能的探索较国外是领先的，抽象的来看待Android Q的 深色模式，也无非是新增一种主题罢了，因此，开发者应该将角度放在更高的层级上：为产品提供一套完善的换肤方案，而非仅仅是 适配深色模式 。

想清楚这一点，开发者就不会将目光仅局限于技术本身——对于整个换肤体系而言，涵盖了UI、产品、开发、测试、运维等多名角色不同的关注点，而这些关注点最终却都依赖研发协助做决策，举例如下：

• UI：定义不同的UI组件不同的颜色属性，这些属性最终在不同的主题下，代表不同的颜色（日间模式下标题是黑色，但是夜间模式下，标题应该是白色）。
• 产品：定义换肤功能的业务流程，从简单的换肤主页，换肤的交互，到不同主题下的不同展示、付费策略等等。
• 开发：提供换肤功能的研发能力。
• 测试：保证换肤功能的稳定性，比如自动化测试和便捷取色工具。
• 运维：保证线上问题的快速定位和及时解决。

除此之外，还有更多可以深入思考的技术点，比如，随着主题越来越多，势必导致APK包体积的增大，是否有必要引入远程动态加载（download & install）的能力？借助不同角色的视角，我们可以提前规划好远景，接下来的编码也就更加遂心应手。

本文将针对 Android 应用整个换肤体系进行概括性的描述，读者应抛开对 代码实现的细节 的执著，从不同角色的需求去思考，窥一斑而知全豹 ，为产品打造出健壮有力的技术支撑。

一、定义UI规范

换肤规范的目的是什么？对于UI设计和开发人员而言，设计与开发都应该基于统一且完整的规范之上进行：

对于UI设计人员，在APP不同的主题下，控件的颜色不再是一个单一的值，而应该用一个通用的key来进行定义，如上图所示，「标题」的颜色，在日间应该是黑色#000000，而深色模式下则应该为白色#FFFFFF，同理，「次级标题」、「主背景色」、「分割线颜色」，都应该随着不同的主题下，对应不同的值。

设计人员在设计时，仅需要针对页面每一个元素填充好对应的key，根据规范很清晰地完成UI设计：

颜色Key	日间模式	深色模式	备注
skinPrimaryTextColor	#000000	#FFFFFF	标题字体颜色
skinSecondaryTextColor	#CCCCCC	#CCCCCC	次级标题字体颜色
skinMainBgColor	#FFFFFF	#333333	页面主背景色
skinSecondaryBgColor	#EEEEEE	#000000	次级背景、分隔线背景色
其他更多…
skinProgressBarColor	#000000	#FFFFFF	进度条颜色

这对于开发人员的效率提升更加明显，开发者不再需要关心具体颜色的值，只需要将对应的color填充到布局中即可：

<TextView
    android:layout_width="wrap_content"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:text="Hello World"
    android:textColor="@color/skinPrimaryTextColor" />

二、构建产品化思维：皮肤包

如何衡量一个开发人员的能力——对复杂功能快速、稳定的交付？

如果只是单纯的认可这个理念，那么对于换肤功能的实现反而简单了，以标题颜色skinPrimaryTextColor为例，我只需要声明两个color资源：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<resources>
    <color name="skinPrimaryTextColor">#000000</color>
    <color name="skinPrimaryTextColor_Dark">#FFFFFF</color>
</resources>

笔者成功摆脱了复杂的编码实现，在Activity中我只需2行代码即可：

public void initView() {
  if (isLightMode) {    // 日间模式
     tv.setTextColor(R.color.skinPrimaryTextColor);
  } else {              // 夜间模式
     tv.setTextColor(R.color.skinPrimaryTextColor_Dark);
  }
}

这种实现并非一无是处，从实现的难度而言，至少能够保护开发者为数不多的发囊。

当然，这种方案有「优化空间」，比如提供封装的工具方法 看似摆脱 无尽的if-else：

/**
 * 获取当前皮肤下真正的color资源，所有color的获取都必须通过该方法。
 **/
@ColorRes
public static int getColorRes(@ColorRes int colorRes) {
  // 伪代码
  if (isLightMode) {     // 日间模式
     return colorRes;    // skinPrimaryTextColor
  } else {               // 夜间模式
     return colorRes + "_Dark";   // skinPrimaryTextColor_Dark
  }
}

// 代码中使用该方法，设置标题和次级标题颜色
tv.setTextColor(SkinUtil.getColorRes(R.color.skinPrimaryTextColor));
tvSubTitle.setTextColor(SkinUtil.getColorRes(R.color.skinSecondaryTextColor));

很明显，return colorRes + "_Dark"这行代码作为int类型的返回值是不成立的，读者无需关注具体实现，因为这种封装仍 未摆脱笨重的 if-else 实现 的本质。

可以预见，随着主题数量逐步增多，换肤相关的代码越来越臃肿，最关键的问题是，所有控件的相关颜色都强耦合于换肤相关代码本身，每个UI容器（Activity/Fragment/自定义View）等需要追加Java代码手动设置。

此外，当皮肤数量达到一定规模时，color资源的庞大势必影响到apk体积，因此主题资源的动态加载发势在必行，用户安装应用时默认只有一个主题，其它主题 按需下载和安装 ，比如淘宝：

到了这里，皮肤包 的概念应运而出，开发者需要将单个主题的颜色资源视为一个 皮肤包，在不同的主题下，对不同的皮肤包进行加载和资源替换：

<!--日间模式皮肤包的colors.xml-->
<resources>
    <color name="skinPrimaryTextColor">#000000</color>
    ...
</resources>

<!--深色模式皮肤包的colors.xml-->
<resources>
    <color name="skinPrimaryTextColor">#FFFFFF</color>
    ...
</resources>

这样，对于业务代码而言，开发者不再需要关注具体是哪个主题，只需要按常规的方式进行颜色的指定，系统会根据当前的颜色资源对View进行填充：

<!--当前切换到什么主题，系统就用对应的颜色值进行填充-->
<TextView
    android:layout_width="wrap_content"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:text="Hello World"
    android:textColor="@color/skinPrimaryTextColor" />

回到本小节最初的问题，产品化思维也是一个优秀的开发者不可或缺的能力：先根据需求罗列不同的实现方案，做出对应的权衡，最后动手编码。

三、整合思路

目前为止，一切都还停留在需求提出和设计阶段，随着需求的明确，技术难点逐一罗列在开发者面前。

1.动态刷新机制

开发者面临的第一个问题：如何实现换肤后的 动态刷新 功能。

以微信注册页面为例，手动切换到深色模式后，微信进行了页面的刷新：

读者不禁会问，动态刷新的意义是什么 ，让当前页面重建或者APP重启不行吗？

当然可行，但是 不合理 ，因为页面重建意味着页面状态的丢失，用户无法接受一个表单页面已填信息被重置；而如果要弥补这个问题，对每个页面重建追加状态的保存（Activity.onSaveInstanceState()），在实现的角度来看，也是一个巨大的工程量。

因此动态刷新势在必行——用户无论是在应用内切换了皮肤包，还是手动切换了系统的深色模式，我们如何将这个通知进行下发，保证所有页面都完成对应的刷新呢？

2.保存所有页面的Activity

读者知道，我们可以通过Application.registerActivityLifecycleCallbacks()方法观察到应用内所有Activity的生命周期，这也意味着我们可以持有所有的Activity：

public class MyApp extends Application {

    // 当前应用内的所有Activity
    private List<Activity> mPages = new ArrayList();

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        registerActivityLifecycleCallbacks(new ActivityLifecycleCallbacks() {
            @Override
            public void onActivityCreated(@NonNull Activity activity, @Nullable Bundle savedInstanceState) {
              mPages.add(activity);
            }

            @Override
            public void onActivityDestroyed(@NonNull Activity activity) {
              mPages.remove(activity);
            }

            // ...省略其它生命周期
        });
    }
}

有了所有的Activity的引用，开发者就可以在接到换肤通知的时候，第一时间尝试让所有页面的所有View去更新换肤。

3.成本问题

但巨大的谜团随之映入眼帘，对于控件而言，更新换肤这个概念本身并不存在。

什么意思呢？ 当换肤通知到达时，我无法令TextView更新文字颜色，也无法令View更新背景颜色——它们都只是系统的控件，执行的都是最基础的逻辑，说白了，开发者根本无法进行编码。

有同学说，那我直接让整个页面的整个View树所有View都全部重新渲染可以吗？可以，但是又回到了最初的问题，那就是所有View本身的状态也被重置了（比如EditText的文字被清零），退一步讲，即使这一点可以被接受，那么整个View树的重新渲染也会极大影响性能。

那么，如何尽可能的 节省页面动态刷新的成本 ？

开发者希望，换肤发生时，只对指定控件的指定属性进行动态更新，比如，TextView只关注更新background和textColor，ViewGroup只关注background，其他的属性不需要重置和修改，将设备的每一分性能都利用到极致：

public interface SkinSupportable {
  void updateSkin();
}

class SkinCompatTextView extends TextView implements SkinSupportable {

  public void updateSkin() {
    // 使用当前最新的资源更新 background 和 textColor
  }
}

class SkinCompatFrameLayout extends FrameLayout implements SkinSupportable {

  public void updateSkin() {
    // 使用当前最新的资源更新 background
  }
}

如代码所示，SkinSupportable是一个接口，实现该接口的类意味着都支持动态刷新，当换肤发生时，我们只需要拿到当前的Activity，并通过遍历View树，让所有SkinSupportable的实现类都去执行updateSkin方法进行自身的刷新，那么整个页面也就完成了换肤的刷新，同时不会影响View本身当前其他的属性。

当然，这也意味着开发者需要将常规的控件进行一轮覆盖性的封装，并提供出对应的依赖：

implementation 'skin.support:skin-support:1.0.0'                   // 基础控件支持，比如SkinCompatTextView、SkinCompatFrameLayout等
implementation 'skin.support:skin-support-cardview:1.0.0'          // 三方控件支持，比如SkinCompatCardView
implementation 'skin.support:skin-support-constraint-layout:1.0.0' // 三方控件支持，比如SkinCompatConstraintLayout

从长期来看，针对控件一一封装，提供可组合选择的依赖，对于换肤库的设计者而言，库本身的开发成本其实并不高。

4.牵一发而动全身

但负责业务开发的开发者叫苦不迭。

按照目前的设计，岂不是工程的xml文件中所有控件都需要重新进行替换？

<!--使用前-->
<TextView
    android:layout_width="wrap_content"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:text="Hello World"
    android:textColor="@color/skinPrimaryTextColor" />

<!--需要替换为-->
<skin.support.SkinCompatTextView
    android:layout_width="wrap_content"
    android:layout_height="wrap_content"
    android:text="Hello World"
    android:textColor="@color/skinPrimaryTextColor" />

从另一个角度来看，这又是额外的成本，如果哪一天想要剔除或者替换换肤库，那么无异于一次新的重构。

因此设计者需要尽量避免类似 牵一发而动全身 的设计，最好是让开发者无感知的感受到换肤库的 动态更新。

5.着手点: LayoutInflater.Factory2

对 LayoutInflater 不了解的读者，可以参考笔者的 这篇文章 。

了解LayoutInflater的读者应该知道，在解析xml文件并实例化View的过程中，LayoutInflater通过自身的Factory2接口，将基础控件拦截并创建成对应的AppCompatXXXView，既避免了反射创建View对性能的影响，也保证了向下的兼容性:

switch (name) {
    // 解析xml，基础组件都通过new方式进行创建
    case "TextView":
        view = new AppCompatTextView(context, attrs);
        break;
    case "ImageView":
        view = new AppCompatImageView(context, attrs);
        break;
    case "Button":
        view = new AppCompatButton(context, attrs);
        break;
    case "EditText":
        view = new AppCompatEditText(context, attrs);
        break;
    // ...
    default:
    // 其他通过反射创建
}

一图以蔽之：

因此，LayoutInflater本身的实现思路为我们提供了一个非常好的着手点，我们只需要对这段逻辑进行拦截，将控件的实例化委托给换肤库即可：

如图所示，我们使用SkinCompatViewInflater拦截替换了系统LayoutInflater本身的逻辑，以CardView为例，解析标签时，将CardView生成的逻辑委托给下面的依赖库，如果工程中添加了对应的依赖，那么就能生成对应的SkinCompatCardView，其自然支持了动态换肤功能。

当然，这一切逻辑的实现，起源于工程添加对应的依赖,然后在APP启动时进行初始化：

implementation 'skin.support:skin-support:1.0.0'   
implementation 'skin.support:skin-support-cardview:1.0.0'
// implementation 'skin.support:skin-support-constraint-layout:1.0.0'  // 未添加ConstraintLayout换肤支持

// App.onCreate()
SkinCompatManager.withApplication(this)
                .addInflater(new SkinAppCompatViewInflater())   // 基础控件换肤
                .addInflater(new SkinCardViewInflater())        // cardView
                //.addInflater(new SkinConstraintViewInflater())   // 未添加ConstraintLayout换肤支持
                .init();     

以ConstraintLayout为例，当没有对应的依赖时（），则会默认通过反射进行构造，生成标签本身对应的ConstraintLayout，其本身因为未实现SkinSupportable，自然不会进行换肤更新。

这样，库的设计者为换肤库提供了足够的灵活性，既避免了对现有工程大刀阔斧的修改，又保证极低的使用和迁移成本，如果我希望 移除 或者 替换 换肤库，只需要删除build.gradle中的依赖和Application中初始化的代码就可以了。

四、深入性探讨

接下来笔者将针对换肤库本身更多细节进行深入性的探讨。

1、皮肤包加载策略

策略模式 在换肤库的设计过程中也有非常良好的体现。

对于不同的皮肤包而言，其 加载、安装的策略理应是不同的 ，举例来说：

• 1、每个APP都有一个默认的皮肤包（通常是日间模式），策略需要安装后立即对其进行加载；
• 2、如果皮肤包是远程的，用户点击切换皮肤，需要从远程拉取，下载成功后进行安装加载；
• 3、皮肤包下载安装成功，之后应该从本地SD卡进行加载；
• 4、其他自定义加载策略，比如远程的皮肤包有加密，本地加载后解密等。

因此，设计者应将皮肤包的加载和安装抽象为一个SkinLoaderStrategy接口，便于开发者更方便和灵活性的按需配置。

此外，由于加载行为本身极大可能是耗时操作，因此应该控制好线程的调度，并及时通过定义SkinLoaderListener回调，对加载的进度和结果进行及时的通知：

/**
 * 皮肤包加载策略.
 */
public interface SkinLoaderStrategy {
    /**
     * 加载皮肤包.
     */
    String loadSkinInBackground(Context context, String skinName, SkinLoaderListener listener);
}

/**
 * 皮肤包加载监听.
 */
public interface SkinLoaderListener {
    /**
     * 开始加载.
     */
    void onStart();

    /**
     * 加载成功.
     */
    void onSuccess();

    /**
     * 加载失败.
     */
    void onFailed(String errMsg);
}

2、进一步节省性能

上文中，笔者提到，因为持有了所有的Activity的引用，所以换肤库在换肤后，可以尝试让所有页面的所有View去更新换肤。

实际上「更新所有页面动」通常是没必要的，更合理的方式是提供一个可配置项，换肤成功时，默认只刷新前台的Activity，其它页面在onResume执行后再更新，这样能够大幅度降低渲染带来的性能影响。

此外，每次换肤重复的遍历View树进行刷新也是一个耗时的操作，可以通过在LayoutInflater创建View树的同时，将实现了SkinSupportable的View存在页面所属的一个集合中，当换肤发生时，只需要针对集合中的View进行更新即可。

最后，可以将上述文字中的Activity和View都通过弱引用去持有，以降低内存泄漏的可能。

3、提供图片资源的换肤能力

既然color资源能够支持换肤，drawable资源理所当然也应该提供支持，这样页面的展示可以更加多元化，通常这种场景应用于页面的背景图，对此读者可以参考淘宝APP的换肤功能效果：

资源Key	日间模式	深色模式	备注
skinPrimaryTextColor	#000000	#FFFFFF	标题字体颜色
skinSecondaryTextColor	#CCCCCC	#CCCCCC	次级标题字体颜色
skinMainBgDrawable	A图片	B图片	页面主背景图
skinProgressBarDrawable	C动画	D动画	加载框动画
其他更多…

小结

小结并不是总结，还有更多内容可以扩展，比如：

• 1、Android系统中Resources类是如何实现资源的替换的，换肤库中又做了哪些处理？
• 2、LayoutInflater源码中明确表示，一个LayoutInflater只能设置一次setFactory2()，否则会抛出异常，那么，换肤库是在哪个时机进行Factory2的注入的呢，为什么要这样设计？
• 3、如何根据需求进一步扩展换肤库的功能，比如提供单页面不换肤的支持，以及提供多个页面使用不同皮肤包的支持？
• 4、如何提供更多测试阶段、运维阶段可以利用的工具？
• 5、截止笔者发稿时，2021 Google IO 大会上又提出了新的UI设计理念 Material You，将 主题 的概念从APP上升到了整个操作系统，其对于现有的换肤功能是否有新的影响？

实现没有终点，开发者能够做到的是通过不断多方位的反思，为产品提供展示更多价值的可能性，从而更进一步，完成自身专业能力阶段性的跨越。

感谢

本文设计思路的搭建，参考了GitHub上目前star数量最多的换肤库 Android-skin-support , 感谢作者 ximsfei 为开发者提供了这么优秀的设计。

还要感谢 哔哩哔哩 、掘金、 淘宝 、微信 多个优秀的应用为本文提供了多种换肤功能的展示。

再次感谢。

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