RxJava原理浅析

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概述

        本文内容基于 RxJava 2.1.6 版本，RxAndroid 2.0.1版本，主要是探索一下 RxJava 的内部结构以及其工作流程。

1、看一个简单的例子

        Observable
                .fromArray(1, 2, 3, 4)
                .filter(new Predicate() {
                    @Override
                    public boolean test(Integer integer) throws Exception {
                        Log.e("O_O", "filter, Thread : " + Thread.currentThread().getName());
                        return integer % 2 == 0;
                    }
                })
                .observeOn(Schedulers.newThread())
                .map(new Function() {
                    @Override
                    public Integer apply(Integer integer) throws Exception {
                        Log.e("O_O", "map, Thread : " + Thread.currentThread().getName());
                        return integer * 2;
                    }
                })
                .subscribeOn(Schedulers.io())
                .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
                .subscribe(new Observer() {
                    @Override
                    public void onSubscribe(Disposable d) {

                    }

                    @Override
                    public void onNext(Integer integer) {
                        Log.e("O_O", "integer : " + integer + ", Thread : " + Thread.currentThread().getName());
                    }

                    @Override
                    public void onError(Throwable e) {

                    }

                    @Override
                    public void onComplete() {

                    }
                });

看一下输出：

11-02 09:53:38.050 17242-17284/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: filter, Thread : RxCachedThreadScheduler-1
11-02 09:53:38.050 17242-17284/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: filter, Thread : RxCachedThreadScheduler-1
11-02 09:53:38.050 17242-17284/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: filter, Thread : RxCachedThreadScheduler-1
11-02 09:53:38.050 17242-17284/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: filter, Thread : RxCachedThreadScheduler-1
11-02 09:53:38.050 17242-17285/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: map, Thread : RxNewThreadScheduler-1
11-02 09:53:38.050 17242-17285/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: map, Thread : RxNewThreadScheduler-1
11-02 09:53:38.080 17242-17242/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: integer : 4, Thread : main
11-02 09:53:38.080 17242-17242/cn.hjf.rxjavatest E/O_O: integer : 8, Thread : main

嗯，没毛病，这段代码的作用就是：

1、在IO线程中，生成 [1,2,3,4] 这几个数字，然后从中选出偶数。

2、在新线程中，对选出来的偶数 [2,4] 进行乘法操作。

3、最后，交给主线程进行打印。

2、RxJava基本结构

上面的代码片段中，涉及到很多对象，下面整理一张类图。

首先分为两大块，第一块就是事件源模块，第二块就是（观察者）监听器模块，这两个模块之间使用 观察者模式来建立联系，

事件源模块，由于RxJava提供了很多操作符来对事件源进行操作，所以使用了 装饰器模式来设计整个事件源模块，事件源分为两大类，一个是原始事件源，直接继承于Observable，一个是事件处理类，继承于AbstractObservableWithUpstream。

Observer以一种 迭代器的形式存在，事件源采用push的方式来输出整个事件流。

观察者模块采用 代理的模式，因为事件流从源头到观察者的中间过程里面，可能会被处理（调度、过滤、转换等等）。

3、对象调用流程

        每一步的对象调用流程，以及关键操作步骤，都在下图中有说明，从操作1到操作12，形成了一个调用链条。链条分为2块，第一块是subscribe链条（1~6），第二块是notify链条（7~12），为什么要区分，因为这个跟线程调度有关系，后面再说。

4、线程切换操作

        RxJava提供了 Scheduler 来提供线程切换机制，主要的调度操作委托给其内部类 Worker 的 schedule 方法，schedule 方法是抽象的，所以每个不同的 Scheduler 都可以有不同的调度实现。

public abstract Disposable schedule(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit);

schedule 方法可以把一个 Runnable 提交到其他线程去执行。

        RxJava内部提供了一些具体的 Scheduler 实现，这里先不管每种实现的区别，反正就是把操作调度到其他线程执行，这里主要看一下是怎么调度的。上面提到的两个操作，subscribeOn 和 observeOn ，subscribeOn 主要是影响 subscribe链 和 notify 链，而 observeOn 只能影响 notify 链。

看一下 subscribe 方法：

    public final void subscribe(Observer observer) {
        ObjectHelper.requireNonNull(observer, "observer is null");
        try {
            observer = RxJavaPlugins.onSubscribe(this, observer);

            ObjectHelper.requireNonNull(observer, "Plugin returned null Observer");

            subscribeActual(observer);
        } catch (NullPointerException e) { // NOPMD
            throw e;
        } catch (Throwable e) {
            Exceptions.throwIfFatal(e);
            // can't call onError because no way to know if a Disposable has been set or not
            // can't call onSubscribe because the call might have set a Subscription already
            RxJavaPlugins.onError(e);

            NullPointerException npe = new NullPointerException("Actually not, but can't throw other exceptions due to RS");
            npe.initCause(e);
            throw npe;
        }
    }

主要是调用了 subscribeActual 方法，它是抽象方法，具体的事件源去实现自己的订阅策略

    protected abstract void subscribeActual(Observer observer);

ObservableSubscribeOn

看一下 ObservableSubscribeOn 的 subscribeActual 方法：

    public void subscribeActual(final Observer s) {
        final SubscribeOnObserver parent = new SubscribeOnObserver(s);
        s.onSubscribe(parent);
        parent.setDisposable(scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent)));
    }

重点关注一下这一句代码

scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent))

SubscribeTask是什么？是一个Runnable

final class SubscribeTask implements Runnable

再看一下 SubscribeTask 里面做了什么

        @Override
        public void run() {
            source.subscribe(parent);
        }

所以大概意思就是，Scheduler 把 subscribe 操作，切换到 Scheduler 内部的运行线程，所以它可以影响 subscribe 链。

ObservableObserveOn

再看一下 ObservableObserveOn 的 subscribeActual 方法，

    @Override
    protected void subscribeActual(Observer observer) {
        if (scheduler instanceof TrampolineScheduler) {
            source.subscribe(observer);
        } else {
            Scheduler.Worker w = scheduler.createWorker();

            source.subscribe(new ObserveOnObserver(observer, w, delayError, bufferSize));
        }
    }

我们不关注 if 里面的内容，它不执行线程切换，只是把操作放到后面执行，关注这段代码：

source.subscribe(new ObserveOnObserver(observer, w, delayError, bufferSize));

在之前运行的线程中执行 subscribe 调用，再看一下 ObserveOnObserver ，它是一个 Runnable

static final class ObserveOnObserver extends BasicIntQueueDisposable implements Observer, Runnable

在 onNext 中，调用了 Scheduler.Worker 的 schedule 方法，成功的把 notify 操作 切换到其他线程了。

        @Override
        public void onNext(T t) {
            if (done) {
                return;
            }

            if (sourceMode != QueueDisposable.ASYNC) {
                queue.offer(t);
            }
            schedule();
        }

        void schedule() {
            if (getAndIncrement() == 0) {
                worker.schedule(this);
            }
        }

所以它只能影响 notify 链，而不能影响 subscribe 链。

5、事件过滤转换操作

简述一下事件过滤转换操作过程，这里只用 filter 来举例子。RxJava 所谓的操作符，只不过是生成不同的事件源对象（ObservableSource 子类的实例），事件源分为几大类：

原始事件流
单一事件流 ：一个单一的事件源
组合事件流 ：由多个单一或者组合事件源组合而成的组合事件流（merge等等）

装饰器流
转换流 ：对事件进行加工处理后的事件流（filter等等）
调度流 ：对事件执行线程的调度（subscribeOn等等）

这里看一下 filter 操作生成的事件流， 对应的对象是 ObservableFilter ，看一下 subscribeActual 方法：

    @Override
    public void subscribeActual(Observer s) {
        source.subscribe(new FilterObserver(s, predicate));
    }

subscribe 操作委托给内部的事件源去操作，然后用一个 FilterObserver 来包装原始的 Observer，看一下 FilterObserver 主要代码：

        @Override
        public void onNext(T t) {
            if (sourceMode == NONE) {
                boolean b;
                try {
                    b = filter.test(t);
                } catch (Throwable e) {
                    fail(e);
                    return;
                }
                if (b) {
                    actual.onNext(t);
                }
            } else {
                actual.onNext(null);
            }
        }

内部基于一个 Predicate 对象来执行真正的过滤操作，如果满足过滤条件，该事件就继续向下分发，如果不符合，就被过滤掉，典型的代理模式。