RxJS 入门指引和初步应用

感谢作者徐飞的授权发布。
作者：徐飞，网名民工精髓V，蚂蚁金服前端工程师。有十年以上大型企业应用前端架构及开发经验，熟悉AngularJS等框架，对Web组件化有一些思考。博客地址：https://github.com/xufei/blog/issues。

RxJS是一个强大的Reactive编程库，提供了强大的数据流组合与控制能力，但是其学习门槛一直很高，本次分享期望从一些特别的角度解读它在业务中的使用，而不是从API角度去讲解。

RxJS简介

通常，对RxJS的解释会是这么一些东西，我们来分别看看它们的含义是什么。

• Reactive
• Lodash for events
• Observable
• Stream-based

什么是Reactive呢，一个比较直观的对比是这样的：

比如说，abc三个变量之间存在加法关系：

a = b + c

在传统方式下，这是一种一次性的赋值过程，调用一次就结束了，后面b和c再改变，a也不会变了。

而在Reactive的理念中，我们定义的不是一次性赋值过程，而是可重复的赋值过程，或者说是变量之间的关系：

a: = b + c

定义出这种关系之后，每次b或者c产生改变，这个表达式都会被重新计算。不同的库或者语言的实现机制可能不同，写法也不完全一样，但理念是相通的，都是描述出数据之间的联动关系。

在前端，我们通常有这么一些方式来处理异步的东西：

• 回调
• 事件
• Promise
• Generator

其中，存在两种处理问题的方式，因为需求也是两种：

• 分发
• 流程

在处理分发的需求的时候，回调、事件或者类似订阅发布这种模式是比较合适的；而在处理流程性质的需求时，Promise和Generator比较合适。

在前端，尤其交互很复杂的系统中，RxJS其实是要比Generator有优势的，因为常见的每种客户端开发都是基于事件编程的，对于事件的处理会非常多，而一旦系统中大量出现一个事件要修改视图的多个部分（状态树的多个位置），分发关系就更多了。

RxJS的优势在于结合了两种模式，它的每个Observable上都能够订阅，而Observable之间的关系，则能够体现流程（注意，RxJS里面的流程的控制和处理，其直观性略强于Promise，但弱于Generator）。

我们可以把一切输入都当做数据流来处理，比如说：

• 用户操作
• 网络响应
• 定时器
• Worker

RxJS提供了各种API来创建数据流：

• 单值：of, empty, never
• 多值：from
• 定时：interval, timer
• 从事件创建：fromEvent
• 从Promise创建：fromPromise
• 自定义创建：create

创建出来的数据流是一种可观察的序列，可以被订阅，也可以被用来做一些转换操作，比如：

• 改变数据形态：map, mapTo, pluck
• 过滤一些值：filter, skip, first, last, take
• 时间轴上的操作：delay, timeout, throttle, debounce, audit, bufferTime
• 累加：reduce, scan
• 异常处理：throw, catch, retry, finally
• 条件执行：takeUntil, delayWhen, retryWhen, subscribeOn, ObserveOn
• 转接：switch

也可以对若干个数据流进行组合：

• concat，保持原来的序列顺序连接两个数据流
• merge，合并序列
• race，预设条件为其中一个数据流完成
• forkJoin，预设条件为所有数据流都完成
• zip，取各来源数据流最后一个值合并为对象
• combineLatest，取各来源数据流最后一个值合并为数组

这时候回头看，其实RxJS在事件处理的路上已经走得太远了，从事件到流，它被称为lodash for events，倒不如说是lodash for stream更贴切，它提供的这些操作符也确实可以跟lodash媲美。

数据流这个词，很多时候，是从data-flow翻译过来的，但flow跟stream是不一样的，我的理解是：flow只关注一个大致方向，而stream是受到更严格约束的，它更像是在无形的管道里面流动。

那么，数据的管道是什么形状的？

在RxJS中，存在这么几种东西：

• Observable 可观察序列，只出不进
• Observer 观察者，只进不出
• Subject 可出可进的可观察序列，可作为观察者
  
  • ReplaySubject 带回放
• Subscription 订阅关系

前三种东西，根据它们数据进出的可能性，可以通俗地理解他们的连接方式，这也就是所谓管道的“形状”，一端密闭一端开头，还是两端开口，都可以用来辅助记忆。

上面提到的Subscription，则是订阅之后形成的一个订阅关系，可以用于取消订阅。

下面，我们通过一些示例来大致了解一下RxJS所提供的能力，以及用它进行开发所需要的思路转换。

示例一：简单的订阅

很多时候，我们会有一些显示时间的场景，比如在页面下添加评论，评论列表中显示了它们分别是什么时间创建的，为了含义更清晰，可能我们会引入moment这样的库，把这个时间转换为与当前时间的距离：

const diff = moment(createAt).fromNow()

这样，显示的时间就是：一分钟内，昨天，上个月这样的字样。

但我们注意到，引入这个转换是为了增强体验，而如果某个用户停留在当前视图时间太长，它的这些信息会变得不准确，比如说，用户停留了一个小时，而它看到的信息还显示：5分钟之前发表了评论，实际时间是一个小时零5分钟以前的事了。

从这个角度看，我们做这个体验增强的事情只做了一半，不准确的信息是不能算作增强体验的。

在没有RxJS的情况下，我们可能会通过一个定时器来做这件事，比如在组件内部：

tick() {
  this.diff = moment(createAt).fromNow()
  setTimeout(tick.bind(this), 1000)
}

但组件并不一定只有一份实例，这样，整个界面上可能就有很多定时器在同时跑，这是一种浪费。如果要做优化，可以把定时器做成一种服务，把业务上需要周期执行的东西放进去，当作定时任务来跑。

如果使用RxJS，可以很容易做到这件事：

Observable.interval(1000).subscribe(() => {
  this.diff = moment(createAt).fromNow()
})

示例二：对时间轴的操纵

RxJS一个很强大的特点是，它以流的方式来对待数据，因此，可以用一些操作符对整个流上所有的数据进行延时、取样、调整密集度等等。

const timeA$ = Observable.interval(1000)
const timeB$ = timeA$.filter(num => {
    return (num % 2 != 0)
      && (num % 3 != 0)
      && (num % 5 != 0)
      && (num % 7 != 0)
  })

const timeC$ = timeB$.debounceTime(3000)
const timeD$ = timeC$.delay(2000)

示例代码中，我们创建了四个流：

• A是由定时器产生的，每秒一个值；
• B从A里面过滤掉了一些；
• C在B的基础上，对每两个间距在3秒之内的值进行了处理，只留下后一个值；
• D把C的结果整体向后平移了2秒。

所以结果大致如下：

A: 0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
B:    1                             11    13          17    19
C:          1                                   13                19
D:                1                                   13

示例三：我们来晚了

RxJS还提供了BehaviourSubject和ReplaySubject这样的东西，用于记录数据流上一些比较重要的信息，让那些“我们来晚了”的订阅者们回放之前错过的一切。

ReplaySubject可以指定保留的值的个数，超过的部分会被丢弃。

最近新版《射雕英雄传》比较火，我们来用代码描述其中一个场景。

郭靖和黄蓉一起背书，黄蓉记忆力很好，看了什么，就全部记得；而郭靖属鱼的，记忆只有七秒，始终只记得背诵的最后三个字，两人一起背诵《九阴真经》。

代码实现如下：

const 九阴真经 = '天之道，损有余而补不足'

const 黄蓉$ = new ReplaySubject(Number.MAX_VALUE)
const 郭靖$ = new ReplaySubject(3)

const 读书$ = Observable.from(九阴真经.split(''))

读书$.subscribe(黄蓉$)
读书$.subscribe(郭靖$)

执行之后，我们就可以看到，黄蓉背出了所有字，郭靖只记得“补不足”三个字。

示例四：自动更新的状态树

熟悉Redux的人应该会对这样一套理念不陌生：

当前视图状态 := 之前的状态 + 本次修改的部分

从一个应用启动之后，整个全局状态的变化，就等于初始的状态叠加了之后所有action导致的状态修改结果。

所以这就是一个典型的reduce操作。在RxJS里面，有一个scan操作符可以用来表达这个含义，比如说，我们可以表达这样一个东西：

const action$ = new Subject()
const reducer = (state, payload) => {
  // 把payload叠加到state上返回
}

const state$ = action$.scan(reducer)
  .startWith({})

只需往这个action$里面推action，就能够在state$上获取出当前状态。

在Redux里面，会有一个东西叫combineReducer，在state比较大的时候，用不同的reducer修改state的不同的分支，然后合并。如果使用RxJS，也可以很容易表达出来：

const meAction$ = new Subject()
const meReducer = (state, payload) => {}

const articleAction$ = new Subject()
const articleReducer = (state, payload) => {}

const me$ = meAction$.scan(meReducer).startWith({})
const article$ = articleAction$.scan(articleReducer).startWith({})

const state$ = Observable
  .zip(
    me$,
    article$,
    (me, article) => {me, article}
  )

借助这样的机制，我们实现了Redux类似的功能，社区里面也有基于RxJS实现的Redux-Observable这样的Redux中间件。

注意，我们这里的代码中，并未使用dispatch action这样的方式去严格模拟Redux。

再深入考虑，在比较复杂的场景下，reducer其实很复杂。比如说，视图上发起一个操作，会需要修改视图的好多地方，因此也就是要修改全局状态树的不同位置。

在这样的场景中，从视图发起的某个action，要么调用一个很复杂的reducer去到处改数据，要么再次发起多个action，让很多个reducer各自改自己的数据。

前者的问题是，代码耦合太严重；后者的问题是，整个流程太难追踪，比如说，某一块状态，想要追踪到自己是被从哪里发起的修改所改变的，是非常困难的事情。

如果我们能够把Observable上面的同步修改过程视为reducer，就可以从另外一些角度大幅简化代码，并且让联动逻辑清晰化。例如，如果我们想描述一篇文章的编辑权限：

const editable$ = Observable.combineLatest(article$, me$)
  .map(arr => {
    let [article, me] = arr
    return me.isAdmin || article.author === me.id
  })

这段代码的实质是什么？其实本质上还是reducer，表达的是数据的合并与转换过程，而且是同步的。我们可以把article和me的变更reduce到article$和me$里，由它们派发隐式的action去推动editable计算新值。

更详细探索的可以参见之前的这篇文章：复杂单页应用的数据层设计。

示例五：幸福人生

人生是什么样子的呢？

著名央视主持人白岩松曾经说过：

赚钱是为了买房，买房是为了赚钱。

这两句话听上去很悲哀，却很符合社会现实。（不要在意是不是白岩松说的啦，不是他就是鲁迅，要么就是莎士比亚）

作为程序员，我们可以尝试想想如何用代码把它表达出来。

如果用命令式编程的理念来描述这段逻辑，是不太好下手的，因为它看起来像个死循环，可是人生不就是一天一天的死循环吗，这个复杂的世界，谁是自变量，谁是因变量？

死循环之所以很难用代码表达，是因为你不知道先定义哪个变量，如果变量的依赖关系形成了闭环，就总有一段定义不起来。

但是，在RxJS这么一套东西中，我们可以很容易把这套关系描述出来。前面说过，基于RxJS编程，就好像是在组装管道，依赖关系其实是定义在管道上，而不是在数据上。所以，不存在命令式的那些问题，只要管道能够接起来，再放进去数据就可以了。所以，我们可以先定义管道之间的依赖关系，

首先，从这段话中寻找一些变量，得到如下结果：

• 钱
• 房

然后，我们来探索它们各自的来源。

钱从哪里来？
出租房子。
房子从哪里来？
钱挣够了就买。

听上去还是死循环啊？

我们接着分析：

钱是只有一个来源吗？
不是，原始积累肯定不是房租，我们假定那是工资。
所以，收入是有工资和房租两个部分组成。 房子是只有一个来源吗？
对，我们不是贪官，房子都是用钱买的。

好，现在我们有四个变量了：

• 钱
• 房
• 工资
• 房租

我们尝试定义这些变量之间的关系：

• 工资 := 定时取值的常量
• 房租 := 定时取值的变量，与房子数量成正比
• 钱 := 工资 + 房租
• 房 := 钱.map(够了就买)

调整这些变量的定义顺序，凡是不依赖别人的，一律提到最前面实现。尴尬地发现，这四个变量里，只有工资是一直不变的，先提前。

const salary$ = Observable.interval(100).mapTo(2)

剩下的，都是依赖别人的，而且，没有哪个东西是只依赖已定义的变量，在存在业务上的循环依赖的时候，就会发生这样的情况。在这种情况下，我们可以从中找出被依赖最少的变量，声明一个Subject用于占位，比如这里的房子。

const house$ = new Subject()

接下来再看，以上几个变量中，有哪个可以跟着确定？是房租，所以，我们可以得到房租与房子数量的关系表达式，注意，以上的salary$、house$，表达的都是单次增加的值，不代表总的值，但是，算房租是要用总的房子数量来算的，所以，我们还需要先表达出总的房子数量：

const houseCount$ = house$.scan((acc, num) => acc + num, 0).startWith(0)

然后，可以得到房租的表达式：

const rent$ = Observable.interval(3000)
  .withLatestFrom(houseCount$)
  .map(arr => arr[1] * 5)

解释一下上面这段代码：

• 房租由房租周期的定时器触发；
• 然后到房子数量中取最后一个值，也就是当前有多少套房；
• 然后，用房子数量乘以单套房的月租，假设是5；

房租定义出来了之后，钱就可以被定义了：

const income$ = Observable.merge(salary$, rent$)

注意，income$所代表的含义是，所有的单次收入，包含工资和房租。

到目前为止，我们还有一个东西没有被定义，那就是房子。如何从收入转化为房子呢？为了示例简单，我们把它们的关系定义为：

一旦现金流够买房，就去买。

所以，我们需要定义现金流与房子数量的关系：

const cash$ = income$
  .scan((acc, num) => {
    const newSum = acc + num

    const newHouse = Math.floor(newSum / 100)
    if (newHouse > 0) {
      house$.next(newHouse)
    }

    return newSum % 100
  }, 0)

这段逻辑的含义是：

• 累积之前的现金流与本次收入；
• 假定房价100，先看看现金够买几套房，能买几套买几套；
• 重新计算买完之后的现金。

总结一下，这么一段代码，就表达清楚了我们所有的业务需求：

// 挣钱是为了买房，买房是为了赚钱
const house$ = new Subject()
const houseCount$ = house$.scan((acc, num) => acc + num, 0).startWith(0)

// 工资始终不涨
const salary$ = Observable.interval(100).mapTo(2)
const rent$ = Observable.interval(3000)
  .withLatestFrom(houseCount$)
  .map(arr => arr[1] * 5)

// 一买了房，就没现金了……
const income$ = Observable.merge(salary$, rent$)
const cash$ = income$
  .scan((acc, num) => {
    const newSum = acc + num

    const newHouse = Math.floor(newSum / 100)
    if (newHouse > 0) {
      house$.next(newHouse)
    }

    return newSum % 100
  }, 0)

// houseCount$.subscribe(num => console.log(`houseCount: ${num}`))
// cash$.subscribe(num => console.log(`cash: ${num}`))

这段代码所表达出来的业务关系如图：

            工资周期  ———>  工资
                            ↓
房租周期  ———>  租金  ———>  收入  ———>  现金 
                ↑           ↓ 
             房子数量 <——— 新购房

注意：在这个例子中，house$的处理方式与众不同，因为我们的业务逻辑是环形依赖，至少要有一个东西先从里面拿出来占位，后续再处理，否则没有办法定义整条链路。

小结

本篇通过一些简单例子介绍了RxJS的使用场景，可以用这么一句话来描述它：

其文简，其意博，其理奥，其趣深

RxJS提供大量的操作符，用于处理不同的业务需求。对于同一个场景来说，可能实现方式会有很多种，需要在写代码之前仔细斟酌。由于RxJS的抽象程度很高，所以，可以用很简短代码表达很复杂的含义，这对开发人员的要求也会比较高，需要有比较强的归纳能力。

本文是入职蚂蚁金服之后，第一次内部分享，科普为主，后面可能会逐步作一些深入的探讨。

蚂蚁的大部分业务系统前端不太适合用RxJS，大部分是中后台CRUD系统，因为两个原因：整体性、实时性的要求不高。

什么是整体性？这是一种系统设计的理念，系统中的很多业务模块不是孤立的，比如说，从展示上，GUI与命令行的差异在于什么？在于数据的冗余展示。我们可以把同一份业务数据以不同形态展示在不同视图上，甚至在PC端，由于屏幕大，可以允许同一份数据以不同形态同时展现，这时候，为了整体协调，对此数据的更新就会要产生很多分发和联动关系。

什么是实时性？这个其实有多个含义，一个比较重要的因素是服务端是否会主动向推送一些业务更新信息，如果用得比较多，也会产生不少的分发关系。

在分发和联动关系多的时候，RxJS才能更加体现出它比Generator、Promise的优势。

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