一、整体思路

从使用方法出发，首先是怎么使用，其次是我们使用的功能在内部是如何实现的，实现方案上有什么技巧，有什么范式。全文基本上是对 Retrofit 源码的一个分析与导读，非常建议大家下载 Retrofit 源码之后，跟着本文，过一遍源码。

二、基本用例

2.1 创建 Retrofit 对象

Retrofit retrofit = new Retrofit.Builder()
    .baseUrl("https://api.github.com/")
    .addConverterFactory(GsonConverterFactory.create())
    .build();

builder 模式，外观模式（门面模式），这就不多说了，可以看看 stay 的 Retrofit分析-经典设计模式案例这篇文章。

2.2 定义 API 并获取 API 实例

public interface GitHubService {
  @GET("users/{user}/repos")
  Call<List<Repo>> listRepos(@Path("user") String user);
}

GitHubService github = retrofit.create(GitHubService.class);

先看定义，非常简洁，也没有什么特别之处，除了两个注解：@GET 和 @Path。它们的用处稍后再分析，我们接着看创建 API 实例：retrofit.create(GitHubService.class)。这样就创建了 API 实例了，就可以调用 API 的方法发起 HTTP 网络请求了，太方便了。

但 create 方法是怎么创建 API 实例的呢？

public <T> T create(final Class<T> service) {
  // 省略非关键代码
  return (T) Proxy.newProxyInstance(service.getClassLoader(), 
      new Class<?>[] { service },
      new InvocationHandler() {
        @Override 
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object... args)
            throws Throwable {
          // 先省略实现
        }
      });
}

创建 API 实例使用的是动态代理技术。

简而言之，就是动态生成接口的实现类（当然生成实现类有缓存机制），并创建其实例（称之为代理），代理把对接口的调用转发给 InvocationHandler 实例，而在 InvocationHandler 的实现中，除了执行真正的逻辑（例如再次转发给真正的实现类对象），我们还可以进行一些有用的操作，例如统计执行时间、进行初始化和清理、对接口调用进行检查等。

为什么要用动态代理？因为对接口的所有方法的调用都会集中转发到 InvocationHandler#invoke函数中，我们可以集中进行处理，更方便了。你可能会想，我也可以手写这样的代理类，把所有接口的调用都转发到 InvocationHandler#invoke 呀，当然可以，但是可靠地自动生成岂不更方便？

2.3 调用 API 方法

获取到 API 实例之后，调用方法和普通的代码没有任何区别：

Call<List<Repo>> call = github.listRepos("square");
List<Repo> repos = call.execute().body();

这两行代码就发出了 HTTP 请求，并把返回的数据转化为了 List<Repo>，太方便了！

现在我们来看看调用 listRepos 是怎么发出 HTTP 请求的。上面 Retrofit#create 方法返回时省略的代码如下：

return (T) Proxy.newProxyInstance(service.getClassLoader(), 
    new Class<?>[] { service },
    new InvocationHandler() {
      private final Platform platform = Platform.get();

      @Override 
      public Object invoke(Object proxy, Method method, Object... args)
          throws Throwable {
        // If the method is a method from Object then defer to normal invocation.
        if (method.getDeclaringClass() == Object.class) {
          return method.invoke(this, args);
        }
        if (platform.isDefaultMethod(method)) {
          return platform.invokeDefaultMethod(method, service, proxy, args);
        }
        ServiceMethod serviceMethod = loadServiceMethod(method);
        OkHttpCall okHttpCall = new OkHttpCall<>(serviceMethod, args);
        return serviceMethod.callAdapter.adapt(okHttpCall);
      }
    });

如果调用的是 Object 的方法，例如 equals，toString，那就直接调用。如果是 default 方法（Java 8 引入），就调用 default 方法。这些我们都先不管，因为我们在安卓平台调用 listRepos，肯定不是这两种情况，那这次调用真正干活的就是这三行代码了（好好记住这三行代码，因为接下来很长的篇幅都是在讲它们 :) ）：

ServiceMethod serviceMethod = loadServiceMethod(method);
OkHttpCall okHttpCall = new OkHttpCall<>(serviceMethod, args);
return serviceMethod.callAdapter.adapt(okHttpCall);

在继续分析这三行代码之前，我们先看看 Stay 在 Retrofit分析-漂亮的解耦套路 这篇文章中分享的流程图，完整的流程概览建议仔细看看这篇文章：

这三行代码基本就是对应于流程图中轴上部了，ServiceMethod，build OkHttpCall，CallAdapter adapt。

2.4 ServiceMethod

ServiceMethod<T> 类的作用正如其 JavaDoc 所言：

Adapts an invocation of an interface method into an HTTP call. 把对接口方法的调用转为一次 HTTP 调用。

一个 ServiceMethod 对象对应于一个 API interface 的一个方法，loadServiceMethod(method)方法负责加载 ServiceMethod：

ServiceMethod loadServiceMethod(Method method) {
  ServiceMethod result;
  synchronized (serviceMethodCache) {
    result = serviceMethodCache.get(method);
    if (result == null) {
      result = new ServiceMethod.Builder(this, method).build();
      serviceMethodCache.put(method, result);
    }
  }
  return result;
}

这里实现了缓存逻辑，同一个 API 的同一个方法，只会创建一次。这里由于我们每次获取 API 实例都是传入的 class 对象，而 class 对象是进程内单例的，所以获取到它的同一个方法 Method 实例也是单例的，所以这里的缓存是有效的。

我们再看看 ServiceMethod 的构造函数：

ServiceMethod(Builder<T> builder) {
  this.callFactory = builder.retrofit.callFactory();
  this.callAdapter = builder.callAdapter;
  this.baseUrl = builder.retrofit.baseUrl();
  this.responseConverter = builder.responseConverter;
  this.httpMethod = builder.httpMethod;
  this.relativeUrl = builder.relativeUrl;
  this.headers = builder.headers;
  this.contentType = builder.contentType;
  this.hasBody = builder.hasBody;
  this.isFormEncoded = builder.isFormEncoded;
  this.isMultipart = builder.isMultipart;
  this.parameterHandlers = builder.parameterHandlers;
}

成员很多，但这里我们重点关注四个成员：callFactory，callAdapter，responseConverter和 parameterHandlers。

1. callFactory 负责创建 HTTP 请求，HTTP 请求被抽象为了 okhttp3.Call 类，它表示一个已经准备好，可以随时执行的 HTTP 请求；
2. callAdapter 把 retrofit2.Call<T> 转为 T（注意和 okhttp3.Call 区分开来，retrofit2.Call<T> 表示的是对一个 Retrofit 方法的调用），这个过程会发送一个 HTTP 请求，拿到服务器返回的数据（通过 okhttp3.Call 实现），并把数据转换为声明的 T 类型对象（通过 Converter<F, T> 实现）；
3. responseConverter 是 Converter<ResponseBody, T> 类型，负责把服务器返回的数据（JSON、XML、二进制或者其他格式，由 ResponseBody 封装）转化为 T 类型的对象；
4. parameterHandlers 则负责解析 API 定义时每个方法的参数，并在构造 HTTP 请求时设置参数；

它们的使用稍后再分析，这里先看看它们的创建（代码比较分散，就不贴太多代码了，大多是结论）：

2.4.1 callFactory

this.callFactory = builder.retrofit.callFactory()，所以 callFactory 实际上由 Retrofit 类提供，而我们在构造 Retrofit 对象时，可以指定 callFactory，如果不指定，将默认设置为一个 okhttp3.OkHttpClient。

2.4.2 callAdapter

private CallAdapter<?> createCallAdapter() {
  // 省略检查性代码
  Annotation[] annotations = method.getAnnotations();
  try {
    return retrofit.callAdapter(returnType, annotations);
  } catch (RuntimeException e) { 
    // Wide exception range because factories are user code.
    throw methodError(e, "Unable to create call adapter for %s", returnType);
  }
}

可以看到，callAdapter 还是由 Retrofit 类提供。在 Retrofit 类内部，将遍历一个 CallAdapter.Factory 列表，让工厂们提供，如果最终没有工厂能（根据 returnType 和 annotations）提供需要的 CallAdapter，那将抛出异常。而这个工厂列表我们可以在构造 Retrofit 对象时进行添加。

2.4.3，responseConverter

private Converter<ResponseBody, T> createResponseConverter() {
  Annotation[] annotations = method.getAnnotations();
  try {
    return retrofit.responseBodyConverter(responseType, annotations);
  } catch (RuntimeException e) { 
    // Wide exception range because factories are user code.
    throw methodError(e, "Unable to create converter for %s", responseType);
  }
}

同样，responseConverter 还是由 Retrofit 类提供，而在其内部，逻辑和创建 callAdapter基本一致，通过遍历 Converter.Factory 列表，看看有没有工厂能够提供需要的 responseBodyConverter。工厂列表同样可以在构造 Retrofit 对象时进行添加。

2.4.4 parameterHandlers

每个参数都会有一个 ParameterHandler，由 ServiceMethod#parseParameter 方法负责创建，其主要内容就是解析每个参数使用的注解类型（诸如 Path，Query，Field 等），对每种类型进行单独的处理。构造 HTTP 请求时，我们传递的参数都是字符串，那 Retrofit 是如何把我们传递的各种参数都转化为 String 的呢？还是由 Retrofit 类提供 converter！

Converter.Factory 除了提供上一小节提到的 responseBodyConverter，还提供 requestBodyConverter 和 stringConverter，API 方法中除了 @Body 和 @Part 类型的参数，都利用 stringConverter 进行转换，而 @Body 和 @Part 类型的参数则利用 requestBodyConverter 进行转换。

这三种 converter 都是通过“询问”工厂列表进行提供，而工厂列表我们可以在构造 Retrofit 对象时进行添加。

2.4.5 工厂让各个模块得以高度解耦

上面提到了三种工厂：okhttp3.Call.Factory，CallAdapter.Factory 和 Converter.Factory，分别负责提供不同的模块，至于怎么提供、提供何种模块，统统交给工厂，Retrofit 完全不掺和，它只负责提供用于决策的信息，例如参数/返回值类型、注解等。

这不正是我们苦苦追求的高内聚低耦合效果吗？解耦的第一步就是面向接口编程，模块之间、类之间通过接口进行依赖，创建怎样的实例，则交给工厂负责，工厂同样也是接口，添加（Retrofit doc 中使用 install 安装一词，非常贴切）怎样的工厂，则在最初构造 Retrofit 对象时决定，各个模块之间完全解耦，每个模块只专注于自己的职责，全都是套路，值得反复玩味、学习与模仿。

除了上面重点分析的这四个成员，ServiceMethod 中还包含了 API 方法的 url 解析等逻辑，包含了众多关于泛型和反射相关的代码，有类似需求的时候，也非常值得学习模仿。

2.5 OkHttpCall

终于把 ServiceMethod 看了个大概，接下来我们看看 OkHttpCall。

OkHttpCall 实现了 retrofit2.Call，我们通常会使用它的 execute() 和 enqueue(Callback<T> callback) 接口。前者用于同步执行 HTTP 请求，后者用于异步执行。

2.5.1，先看 execute()

@Override 
public Response<T> execute() throws IOException {
  okhttp3.Call call;

  synchronized (this) {
    // 省略部分检查代码

    call = rawCall;
    if (call == null) {
      try {
        call = rawCall = createRawCall();
      } catch (IOException | RuntimeException e) {
        creationFailure = e;
        throw e;
      }
    }
  }

  return parseResponse(call.execute());
}

private okhttp3.Call createRawCall() throws IOException {
  Request request = serviceMethod.toRequest(args);
  okhttp3.Call call = serviceMethod.callFactory.newCall(request);
  if (call == null) {
    throw new NullPointerException("Call.Factory returned null.");
  }
  return call;
}

Response<T> parseResponse(okhttp3.Response rawResponse) throws IOException {
  ResponseBody rawBody = rawResponse.body();

  // Remove the body's source (the only stateful object) so we can pass the response along.
  rawResponse = rawResponse.newBuilder()
      .body(new NoContentResponseBody(rawBody.contentType(), rawBody.contentLength()))
      .build();

  int code = rawResponse.code();
  if (code < 200 || code >= 300) {
    // ...返回错误
  }

  if (code == 204 || code == 205) {
    return Response.success(null, rawResponse);
  }

  ExceptionCatchingRequestBody catchingBody = new ExceptionCatchingRequestBody(rawBody);
  try {
    T body = serviceMethod.toResponse(catchingBody);
    return Response.success(body, rawResponse);
  } catch (RuntimeException e) {
    // ...异常处理
  }
}

主要包括三步：

1. 创建 okhttp3.Call，包括构造参数；
2. 执行网络请求；
3. 解析网络请求返回的数据；

createRawCall() 函数中，我们调用了 serviceMethod.toRequest(args) 来创建 okhttp3.Request，而在后者中，我们之前准备好的 parameterHandlers 就派上了用场。

然后我们再调用 serviceMethod.callFactory.newCall(request) 来创建 okhttp3.Call，这里之前准备好的 callFactory 同样也派上了用场，由于工厂在构造 Retrofit 对象时可以指定，所以我们也可以指定其他的工厂（例如使用过时的 HttpURLConnection 的工厂），来使用其它的底层 HttpClient 实现。

我们调用 okhttp3.Call#execute() 来执行网络请求，这个方法是阻塞的，执行完毕之后将返回收到的响应数据。收到响应数据之后，我们进行了状态码的检查，通过检查之后我们调用了 serviceMethod.toResponse(catchingBody) 来把响应数据转化为了我们需要的数据类型对象。在 toResponse 函数中，我们之前准备好的 responseConverter 也派上了用场。

好了，之前准备好的东西都派上了用场，还好没有白费 :)

2.5.2 再看 enqueue(Callback<T> callback)

这里的异步交给了 okhttp3.Call#enqueue(Callback responseCallback) 来实现，并在它的 callback 中调用 parseResponse 解析响应数据，并转发给传入的 callback。

2.6 CallAdapter

终于到了最后一步了，CallAdapter<T>#adapt(Call<R> call) 函数负责把 retrofit2.Call<R> 转为 T。这里 T 当然可以就是 retrofit2.Call<R>，这时我们直接返回参数就可以了，实际上这正是 DefaultCallAdapterFactory 创建的 CallAdapter 的行为。至于其他类型的工厂返回的 CallAdapter 的行为，这里暂且不表，后面再单独分析。

至此，一次对 API 方法的调用是如何构造并发起网络请求、以及解析返回数据，这整个过程大致是分析完毕了。对整个流程的概览非常重要，结合 stay 画的流程图，应该能够比较轻松地看清整个流程了。

虽然我们还没分析完，不过也相当于到了万里长征的遵义，终于可以舒一口气了 :)

三、retrofit-adapters 模块

retrofit 模块内置了 DefaultCallAdapterFactory 和 ExecutorCallAdapterFactory，它们都适用于 API 方法得到的类型为 retrofit2.Call 的情形，前者生产的 adapter 啥也不做，直接把参数返回，后者生产的 adapter 则会在异步调用时在指定的 Executor 上执行回调。

retrofit-adapters 的各个子模块则实现了更多的工厂：GuavaCallAdapterFactory，Java8CallAdapterFactory 和 RxJavaCallAdapterFactory。这里我主要分析 RxJavaCallAdapterFactory，下面的内容就需要一些 RxJava 的知识了，不过我想使用 Retrofit 的你，肯定也在使用 RxJava :)

RxJavaCallAdapterFactory#get 方法中对返回值的类型进行了检查，只支持 rx.Single，rx.Completable 和 rx.Observable，这里我主要关注对 rx.Observable 的支持。

RxJavaCallAdapterFactory#getCallAdapter 方法中对返回值的泛型类型进行了进一步检查，例如我们声明的返回值类型为 Observable<List<Repo>>，泛型类型就是 List<Repo>，这里对 retrofit2.Response 和 retrofit2.adapter.rxjava.Result 进行了特殊处理，有单独的 adapter 负责进行转换，其他所有类型都由 SimpleCallAdapter 负责转换。

那我们就来看看 SimpleCallAdapter#adapt：

@Override
public <R> Observable<R> adapt(Call<R> call) {
  Observable<R> observable = Observable.create(new CallOnSubscribe<>(call))
      .lift(OperatorMapResponseToBodyOrError.<R>instance());
  if (scheduler != null) {
    return observable.subscribeOn(scheduler);
  }
  return observable;
}

这里创建了一个 Observable，它的逻辑由 CallOnSubscribe 类实现，同时使用了一个 OperatorMapResponseToBodyOrError 操作符，用来把 retrofit2.Response 转为我们声明的类型，或者错误异常类型。

我们接着看 CallOnSubscribe#call：

@Override
public void call(final Subscriber<? super Response<T>> subscriber) {
  // Since Call is a one-shot type, clone it for each new subscriber.
  Call<T> call = originalCall.clone();

  // Wrap the call in a helper which handles both unsubscription and backpressure.
  RequestArbiter<T> requestArbiter = new RequestArbiter<>(call, subscriber);
  subscriber.add(requestArbiter);
  subscriber.setProducer(requestArbiter);
}

代码很简短，只干了三件事：

1. clone 了原来的 call，因为 okhttp3.Call 是只能用一次的，所以每次都是新 clone 一个进行网络请求；
2. 创建了一个叫做 RequestArbiter 的 producer，别被它的名字吓懵了，它就是个 producer；
3. 把这个 producer 设置给 subscriber；

简言之，大部分情况下 Subscriber 都是被动接受 Observable push 过来的数据，但要是 Observable 发得太快，Subscriber 处理不过来，那就有问题了，所以就有了一种 Subscriber 主动 pull 的机制，而这种机制就是通过 Producer 实现的。给 Subscriber 设置 Producer 之后（通过 Subscriber#setProducer 方法），Subscriber 就会通过 Producer 向上游根据自己的能力请求数据（通过 Producer#request 方法），而 Producer 收到请求之后（通常都是 Observable 管理 Producer，所以“相当于”就是 Observable 收到了请求），再根据请求的量给 Subscriber 发数据。

那我们就看看 RequestArbiter#request：

@Override
public void request(long n) {
  if (n < 0) throw new IllegalArgumentException("n < 0: " + n);
  if (n == 0) return; // Nothing to do when requesting 0.
  if (!compareAndSet(false, true)) return; // Request was already triggered.

  try {
    Response<T> response = call.execute();
    if (!subscriber.isUnsubscribed()) {
      subscriber.onNext(response);
    }
  } catch (Throwable t) {
    Exceptions.throwIfFatal(t);
    if (!subscriber.isUnsubscribed()) {
      subscriber.onError(t);
    }
    return;
  }

  if (!subscriber.isUnsubscribed()) {
    subscriber.onCompleted();
  }
}

producer 相关的逻辑非常简单，看看Operator 并发原语： producers（二），SingleDelayedProducer就能懂了，这里就不在赘述。实际干活的逻辑就是执行 call.execute()，并把返回值发送给下游。

而 OperatorMapResponseToBodyOrError#call 也相当简短：

@Override
public Subscriber<? super Response<T>> call(final Subscriber<? super T> child) {
  return new Subscriber<Response<T>>(child) {
    @Override
    public void onNext(Response<T> response) {
      if (response.isSuccessful()) {
        child.onNext(response.body());
      } else {
        child.onError(new HttpException(response));
      }
    }

    @Override
    public void onCompleted() {
      child.onCompleted();
    }

    @Override
    public void onError(Throwable e) {
      child.onError(e);
    }
  };
}

关键就是调用了 response.body() 并发送给下游。这里，body() 返回的就是我们声明的泛型类型了，至于 Retrofit 是怎么把服务器返回的数据转为我们声明的类型的，这就是 responseConverter 的事了，还记得吗？

最后看一张返回 Observable 时的调用栈：

执行路径就是：

1. Observable.subscribe，触发 API 调用的执行；
2. CallOnSubscribe#call，clone call，创建并设置 producer；
3. RequestArbiter#request，subscriber 被设置了 producer 之后最终调用 request，在 request 中发起请求，把结果发给下游；
4. OperatorMapResponseToBodyOrError$1#onNext，把 response 的 body 发给下游；
5. 最终就到了我们 subscribe 时传入的回调里面了；

四、retrofit-converters 模块

retrofit 模块内置了 BuiltInConverters，只能处理 ResponseBody， RequestBody 和 String类型的转化（实际上不需要转）。而 retrofit-converters 中的子模块则提供了 JSON，XML，ProtoBuf 等类型数据的转换功能，而且还有多种转换方式可以选择。这里我主要关注 GsonConverterFactory。

代码非常简单：

@Override
public Converter<ResponseBody, ?> responseBodyConverter(Type type, 
    Annotation[] annotations, Retrofit retrofit) {
  TypeAdapter<?> adapter = gson.getAdapter(TypeToken.get(type));
  return new GsonResponseBodyConverter<>(gson, adapter);
}

final class GsonResponseBodyConverter<T> implements Converter<ResponseBody, T> {
  private final Gson gson;
  private final TypeAdapter<T> adapter;

  GsonResponseBodyConverter(Gson gson, TypeAdapter<T> adapter) {
    this.gson = gson;
    this.adapter = adapter;
  }

  @Override public T convert(ResponseBody value) throws IOException {
    JsonReader jsonReader = gson.newJsonReader(value.charStream());
    try {
      return adapter.read(jsonReader);
    } finally {
      value.close();
    }
  }
}

根据目标类型，利用 Gson#getAdapter 获取相应的 adapter，转换时利用 Gson 的 API 即可。