ViewPager2是基于RecyclerView实现的，因此我们首先要了解RecyclerView的缓存机制

RecyclerView的缓存复用

通常在RecyclerView中存在着四级缓存，从低到高分别为：

可直接重复使用的临时缓存（mAttachedScrap/mChangedScrap）
- mAttachedScrap中缓存的是屏幕中可见范围的ViewHolder
- mChangedScrap只能在预布局状态下重用，因为它里面装的都是即将要放到mRecyclerPool中的Holder，而mAttachedScrap则可以在非预布局状态下重用
可重用的缓存（mCachedViews）：缓存滑动时即将与RecyclerView分离的ViewHolder，默认最大2个，另外如果RecyclerView增加了prefetch功能，即此时缓存池大小为2+prefetch个数，默认prefetch个数为1。所以默认开启prefetch功能后，mCachedViews大小为3。
自定义实现的缓存（ViewCacheExtension）：通常忽略；
需要重新绑定数据的缓存（RecycledViewPool ）：ViewHolder缓存池，可以支持不同的ViewType，返回的ViewHolder需要重新Bind数据；

由于绝大多数情况下无需自定义缓存，因此通常我们说RecyclerView有三级缓存，具体可参考：juejin.cn/post/724118…

ViewPager2的页面预加载

要设置 ViewPager2 的页面预加载数量，可以使用 setOffscreenPageLimit() 方法。setOffscreenPageLimit() 方法用于设置 ViewPager2 在当前页面附近预加载的页面数量。

默认情况下，ViewPager2 的页面预加载数量为 1，即当前页面的左右各一个页面会被预加载。可以根据需要增加或减少预加载的页面数量。

以下是示例代码，展示了如何设置 ViewPager2 的页面预加载数量为 2：

val viewPager: ViewPager2 = findViewById(R.id.viewPager)
viewPager.offscreenPageLimit = 2

在上述示例中，我们通过 viewPager.offscreenPageLimit 属性将页面预加载数量设置为 2。这意味着在当前页面的左右各两个页面会被预加载。

我们来具体看一下setOffscreenPageLimit() 方法做了什么：

public void setOffscreenPageLimit(@OffscreenPageLimit int limit) {
    if (limit < 1 && limit != OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT) {
        throw new IllegalArgumentException(
                "Offscreen page limit must be OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT or a number > 0");
    }
    mOffscreenPageLimit = limit;
    // Trigger layout so prefetch happens through getExtraLayoutSize()
    mRecyclerView.requestLayout();
}

上述方法的具体实现是将mOffscreenPageLimit 的值置为设置值，并调用mRecyclerView.requestLayout()，从而出发layout

接下来，我们看mOffscreenPageLimit 在什么时候被使用呢？我们发现：

// androidx.viewpager2.widget.ViewPager2.LinearLayoutManagerImpl#calculateExtraLayoutSpace
@Override
protected void calculateExtraLayoutSpace(@NonNull RecyclerView.State state,
        @NonNull int[] extraLayoutSpace) {
    int pageLimit = getOffscreenPageLimit();
    if (pageLimit == OFFSCREEN_PAGE_LIMIT_DEFAULT) {
        // Only do custom prefetching of offscreen pages if requested
        super.calculateExtraLayoutSpace(state, extraLayoutSpace);
        return;
    }
    final int offscreenSpace = getPageSize() * pageLimit;
    extraLayoutSpace[0] = offscreenSpace;
    extraLayoutSpace[1] = offscreenSpace;
}

在calculateExtraLayoutSpace 方法中会获取mOffscreenPageLimit ，并将其乘以屏幕宽度或高度（取决于页面滑动的方向）后赋值给extraLayoutSpace[0]和extraLayoutSpace[1] ，calculateExtraLayoutSpace 方法是重写的LinearLayoutManager.calculateExtraLayoutSpace ,而该方法会在LinearLayoutManager中的onLayoutChildren方法中被使用：

    public void onLayoutChildren(RecyclerView.Recycler recycler, RecyclerView.State state) {
        ...
        mReusableIntPair[0] = 0;
        mReusableIntPair[1] = 0;
        calculateExtraLayoutSpace(state, mReusableIntPair);
        int extraForStart = Math.max(0, mReusableIntPair[0])
        + mOrientationHelper.getStartAfterPadding();
        int extraForEnd = Math.max(0, mReusableIntPair[1])
        + mOrientationHelper.getEndPadding();
        ...
        
        onAnchorReady(recycler, state, mAnchorInfo, firstLayoutDirection);
        detachAndScrapAttachedViews(recycler);
   
      
        // fill towards start
        updateLayoutStateToFillStart(mAnchorInfo);
        // 将offscreenSpace 赋值给mLayoutState.mExtraFillSpace，从而进行layout
        mLayoutState.mExtraFillSpace = extraForStart;
        fill(recycler, mLayoutState, state, false);
        
        // fill towards end
        updateLayoutStateToFillEnd(mAnchorInfo);
        mLayoutState.mExtraFillSpace = extraForEnd;
        mLayoutState.mCurrentPosition += mLayoutState.mItemDirection;
        fill(recycler, mLayoutState, state, false);
        endOffset = mLayoutState.mOffset;

        if (mLayoutState.mAvailable > 0) {
            // end could not consume all. add more items towards start
            extraForStart = mLayoutState.mAvailable;
            updateLayoutStateToFillStart(firstElement, startOffset);
            mLayoutState.mExtraFillSpace = extraForStart;
            fill(recycler, mLayoutState, state, false);
            startOffset = mLayoutState.mOffset;
        }
        } else {
            // fill towards end
            updateLayoutStateToFillEnd(mAnchorInfo);
            mLayoutState.mExtraFillSpace = extraForEnd;
            fill(recycler, mLayoutState, state, false);
            endOffset = mLayoutState.mOffset;
            final int lastElement = mLayoutState.mCurrentPosition;
            if (mLayoutState.mAvailable > 0) {
                extraForStart += mLayoutState.mAvailable;
            }
            // fill towards start
            updateLayoutStateToFillStart(mAnchorInfo);
            mLayoutState.mExtraFillSpace = extraForStart;
            mLayoutState.mCurrentPosition += mLayoutState.mItemDirection;
            fill(recycler, mLayoutState, state, false);
            startOffset = mLayoutState.mOffset;

           
        }
    }

可以看到，在onLayoutChildren中将offscreenSpace赋值给mLayoutState.mExtraFillSpace，接着调用fill函数，进行布局，fill函数的作用就是执行真正layout的过程：

int fill(RecyclerView.Recycler recycler, LayoutState layoutState,
        RecyclerView.State state, boolean stopOnFocusable) {
    // max offset we should set is mFastScroll + available
    final int start = layoutState.mAvailable;
    if (layoutState.mScrollingOffset != LayoutState.SCROLLING_OFFSET_NaN) {
        // TODO ugly bug fix. should not happen
        if (layoutState.mAvailable < 0) {
            layoutState.mScrollingOffset += layoutState.mAvailable;
        }
        recycleByLayoutState(recycler, layoutState);
    }
    // 将布局位置扩大为屏幕宽度+ offscreenSpace
    int remainingSpace = layoutState.mAvailable + layoutState.mExtraFillSpace;
    LayoutChunkResult layoutChunkResult = mLayoutChunkResult;
    while ((layoutState.mInfinite || remainingSpace > 0) && layoutState.hasMore(state)) {
        layoutChunkResult.resetInternal();
        if (RecyclerView.VERBOSE_TRACING) {
            TraceCompat.beginSection("LLM LayoutChunk");
        }
        layoutChunk(recycler, state, layoutState, layoutChunkResult);
        ...
     }
    ...
}

可以看到，整个布局的区域被扩大了offscreenSpace，而相同的过程在另外一个方向也会进行一次，因此对于ViewPager2来说，整个区域被扩大了两倍（offScreenLimit按默认值1来计算）：

FragmentStateAdapter的原理

FragmentStateAdapter 是用于 ViewPager2 的适配器，负责管理 ViewPager2 的页面和数据。

FragmentStateAdapter 是基于 RecyclerView.Adapter 的设计，它通过创建和绑定 Fragment 来实现 ViewPager2 的页面管理。
FragmentStateAdapter 继承自 RecyclerView.Adapter，重写了一些方法，如 onCreateViewHolder()、onBindViewHolder() 和 getItemCount()，用于创建和绑定 Fragment，并返回页面数量。

onCreateViewHolder

我们先来看一下onCreateViewHolder()方法：

@NonNull
@Override
public final FragmentViewHolder onCreateViewHolder(@NonNull ViewGroup parent, int viewType) {
    return FragmentViewHolder.create(parent);
}

其直接返回FragmentViewHolder.create(parent)：

@NonNull static FragmentViewHolder create(@NonNull ViewGroup parent) {
    FrameLayout container = new FrameLayout(parent.getContext());
    container.setLayoutParams(
            new ViewGroup.LayoutParams(ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT,
                    ViewGroup.LayoutParams.MATCH_PARENT));
    container.setId(ViewCompat.generateViewId());
    container.setSaveEnabled(false);
    return new FragmentViewHolder(container);
}

可以看到，FragmentViewHolder.create方法中，新建了一个FrameLayout，并设置了viewId，从这里也可以知道，FragmentViewHolder 直接绑定的其实是FrameLayout

onBindViewHolder

接着我们来看一下onBindViewHolder干了些什么：

@Override
public final void onBindViewHolder(final @NonNull FragmentViewHolder holder, int position) {
    final long itemId = holder.getItemId();
    final int viewHolderId = holder.getContainer().getId();
    final Long boundItemId = itemForViewHolder(viewHolderId); // item currently bound to the VH
    if (boundItemId != null && boundItemId != itemId) {
        removeFragment(boundItemId);
        mItemIdToViewHolder.remove(boundItemId);
    }

    mItemIdToViewHolder.put(itemId, viewHolderId); // this might overwrite an existing entry
    ensureFragment(position);

    /** Special case when {@link RecyclerView} decides to keep the {@link container}
     * attached to the window, but not to the view hierarchy (i.e. parent is null) */
    final FrameLayout container = holder.getContainer();
    if (ViewCompat.isAttachedToWindow(container)) {
        if (container.getParent() != null) {
            throw new IllegalStateException("Design assumption violated.");
        }
        container.addOnLayoutChangeListener(new View.OnLayoutChangeListener() {
            @Override
            public void onLayoutChange(View v, int left, int top, int right, int bottom,
                    int oldLeft, int oldTop, int oldRight, int oldBottom) {
                if (container.getParent() != null) {
                    container.removeOnLayoutChangeListener(this);
                    placeFragmentInViewHolder(holder);
                }
            }
        });
    }

    gcFragments();
}

该方法的作用是将数据绑定到 ViewHolder，并确保对应的 Fragment 正确地显示在 ViewHolder 中。它还处理了特殊情况下的容器视图布局改变，并执行了对 Fragment 的回收操作，具体步骤包括

首先，获取当前 ViewHolder 的 itemId 和 viewHolderId。itemId 是用于唯一标识 ViewHolder 的值 (在FragmentStateAdapter 中 itemId == position)，而 viewHolderId 是 ViewHolder 的容器视图的 id，也就是在创建ViewHolder时，FrameLayout的id
接下来，通过 itemForViewHolder(viewHolderId) 方法获取当前绑定到该 ViewHolder 上的 itemId。如果已经存在绑定的 itemId，并且当前 itemId 不同于之前绑定的 itemId，就需要移除之前绑定的 Fragment，并从映射表中移除之前的 itemId 对应的 ViewHolder。
将当前的 itemId 和 viewHolderId 存入映射表 mItemIdToViewHolder，以便之后能够根据 itemId 找到对应的 ViewHolder。
调用 ensureFragment(position) 方法，确保当前位置对应的 Fragment 已经存在。如果对应位置已经有Fragment则直接返回，没有则会新建
在合适的时机将Fragment展示在ViewPager2上
最后，调用 gcFragments() 方法，执行对 Fragment 的回收操作，清理不再使用的 Fragment。

这里提到了映射表 mItemIdToViewHolder ，其实还存在另外一个映射表mFragments

mItemIdToViewHolder与mFragments

在 FragmentStateAdapter 中，mFragments 和 mItemIdToViewHolder 是两个关键的数据结构，用于管理 Fragment 和 ViewHolder 的映射关系。

mFragments: Adapter的数据源， 这是一个 LongSparseArray<Fragment> 类型的数据结构，用于保存当前已创建的 Fragment 实例。它以页面的位置（索引）为键，对应的 Fragment 实例为值。通过 mFragments，FragmentStateAdapter 能够快速获取指定位置的 Fragment，避免重复创建和销毁 Fragment 实例。
mItemIdToViewHolder: 这是一个 LongSparseArray 类型的数据结构，用于保存 ViewHolder 的 itemId 和 viewHolderId 的映射关系。它以 ViewHolder 的 itemId 为键，对应的 viewHolderId（ViewHolder 的容器视图的 ID）为值。通过 mItemIdToViewHolder，FragmentStateAdapter 能够根据 itemId 查找到对应的 ViewHolder，用于更新和绑定数据到正确的 ViewHolder 上。

这两个数据结构在 FragmentStateAdapter 中的作用如下：

当 ViewPager2 需要显示特定位置的页面时，FragmentStateAdapter 会首先检查 mFragments 中是否已存在对应位置的 Fragment 实例，如果存在则直接使用。这样可以避免重复创建 Fragment，提高性能和内存管理效率。是Adapter的数据源
当数据发生变化时，例如页面位置改变或数据项更新，FragmentStateAdapter 使用 mItemIdToViewHolder 来查找与 viewHolderId 相关联的 itemId，然后根据 itemId 在 mFragments 中找到对应的 Fragment 实例，并将新的数据绑定到正确的 ViewHolder 上。

综上所述，mFragments 和 mItemIdToViewHolder 在 FragmentStateAdapter 中起到了管理 Fragment 实例和 ViewHolder 的映射关系的作用，以提供正确的数据绑定和页面展示。

缓存复用机制

FragmentStateAdapter 是基于RecyclerView.Adapter 的实现，整体的复用机制仍然是RecyclerView缓存复用那一套，而用户定义的Fragment是作为Adapter的数据源，而非View， 所以当 ViewPager2 页面切换时，FragmentStateAdapter 会根据 offscreenPageLimit 的设置来决定预加载和缓存的 Fragment 数量。超出预加载和缓存范围的 Fragment 会被销毁，只保留最近使用的 Fragment 实例。

示例

我们将offScreenPageLimit 设为1 ，因此ViewPager2一下子能展示3屏Fragment，左右各显示一屏，即屏幕被“扩大了两倍”

初始化时，Fragment1左边没有数据，屏幕只有1和2，由于用户没有操作，预取策略不生效
往右滑到2时，1、2、3显示在屏幕上，同时预取 4放入mCachedViews中
往右滑到3时，2、3、4显示在屏幕上，1 放入mCachedViews中，同时预取5 到mCachedViews中
往右滑到4时，3、4、5显示在屏幕上，1、2、6 放入mCachedViews中；
往右滑到5时，4、5、6显示在屏幕上，2、3、7放入mViewCaches，1被回收到mRecyclerPool缓存池中。与此同时，Fragment1从mFragments中删除掉，即被销毁

参考文档

juejin.cn/post/724118…

juejin.cn/post/702542…

ViewPager2系列--ViewPager2的预加载与缓存复用机制