ReactiveCocoa初识篇

关于ReactiveCocoa

ReactiveCocoa是iOS环境下的一个函数式响应式编程框架。函数式响应式编程(Functional Reactive Programming, FRP)这个概念由微软的牛X团队提出,ReactiveCocoa是受其启发而诞生的框架,应用范围非常广泛。

ReactiveCocoa至今已经发展出第4个版本了,而本文所针对的ReactiveCocoa版本是v2.5;照常例,下文将使用RAC代替ReactiveCocoa。

P.S: ReactiveCocoa 3.0已经放弃对iOS 7的支持,因此如果支持iOS 7,必须得使用更低的版本。因此,若想通过CocoaPods安装ReactiveCocoa v2.5,需要指明platform是低于v8.0的版本,譬如platform :ios, '7.0'。如果使用Swift语言,RxSwift似乎是更好的选择。

在本文中,理解Signal是重头戏,个人认为,结合Sequence理解信号(Signal)比较容易一些,因此会花一些篇幅阐述Sequence;除此之外,还有必要介绍高阶函数和函数式编程。

P.S: Sequence在RAC中的地位越来越低,在Swift环境中,干脆被干掉了。

高阶函数和函数式编程

从维基百科的解释来看,一个高阶函数需要满足如下两个条件:

  • 一个或者多个函数作为输入;
  • 有一个函数作为输出。

P.S: 维基百科代表不了权威,至少在高阶函数这个问题上,网友存在分歧,有的人认为这两个条件满足一个即可;另一部分人认为二者皆不可缺。为了配合我所参考的资料 –iOS的函数响应型编程– 的说法,我只好选择后者。

有必要在了解ReactiveCocoa之前认识一下函数式编程,可以参考函数式编程初探和用RXCollections进行函数式编程。

流和序列

RAC有一个核心概念叫流(Stream),它是data的序列化抽象。下文提到的LimBoy把Signal比喻成水管,我认为完全可以把Stream也比喻成水管,data就好像流淌在水管中的玻璃球,玻璃球直径和水管内径相仿,只能依次流过。以我们当前的认知水平,data的序列化就好像是一个数组或者列表。Data在序列中依次被排好序,它们能像水管中的玻璃球一样流出来。

P.S: 「水管」和「玻璃球」比喻,我所知道的出处是LimBoy,下文再解释Signal时会再次说明。

在RAC中,使用类RACStream抽象Stream,该类是个抽象类,本身不能被用来定义实例,用得更多的是它的两个子类:RACSequence和RACSignal。换句话说,在RAC中,有两种特定的流:序列(RACSequence)和信号(RACSignal)。

可以使用RAC为NSArray定义的category方法rac_sequence,将数组桥接为一个序列:

NSArray*array =@[@1,@2,@3,@4];
RACSequence*sequence1 = [arrayrac_sequence];

可以对生成的sequence1进行map、filter等处理,得到一个新的序列,前者对序列中的每个data进行处理,后者将序列中的data进行匹配过滤。下面例子先进行map处理,对序列中的data进行平方处理,得到一个新的序列sequence2,然后再对新序列进行filter处理,将偶数给剔除掉,得到sequence3,最后,再将sequence3还原为NSArray,并将所有元素给打印出来:

RACSequence *sequence2 = [sequence1 map:^id(NSNumber * value) {
    return [NSNumber numberWithInteger:value.integerValue*value.integerValue];
}];
RACSequence *sequence3 = [sequence2 filter:^BOOL(NSNumber * value) {
    return value.integerValue % 2 == 1;
}];
NSLog(@"%@", sequence3.array);
// print: (1, 9)

显然,上述的两个步骤其实可以链式串起来,这样至少可以将sequence2这个临时变量给省掉。
到了这里,应该对Sequence有了基本的理解了。

P.S: 文笔不佳,阅读《iOS的函数响应型编程》的前两章效果会更好。

P.S: 除了NSArray,还可以桥接为RACSequence的类型包括:NSDictionary、NSEnumerator、NSIndexSet、NSSet、RACSequence、RACTuple(RAC定义的一种类型,和其他语言譬如Swift中的Tuple类似)。

除了上面提到的map、filter,RAC的Stream还定义了其他很多基本操作:

- (instancetype)flattenMap:(RACStream * (^)(id value))block;
- (instancetype)flatten;
- (instancetype)map:(id (^)(id value))block;
- (instancetype)filter:(BOOL (^)(id value))block;
- (instancetype)ignore:(id)value;
- (instancetype)skip:(NSUInteger)skipCount;
- (instancetype)take:(NSUInteger)count;
+ (instancetype)zip:(id)streams;

如上只是其中一部分,更过基本操作详见RACStream.h。需要说明的是,上述的基本操作都是建立在如下API基础之上,RACStream并未实现这些API,得由子类(即RACSequence和RACSignal)自己实现。

+ (instancetype)empty;
+ (instancetype)return:(id)value;
- (instancetype)bind:(RACStreamBindBlock (^)(void))block;
- (instancetype)concat:(RACStream *)stream;
- (instancetype)zipWith:(RACStream *)stream;

P.S: RACStream定义的如上5个抽象方法,sunnyxx在其博客Reactive Cocoa Tutorial [2] = 百变RACStream里已有比较好的说明,可以参考一下。

如何看待上述的基本方法呢?这些方法(无论是类方法还是实例方法)都返回RACStream对象,这意味着可以在它们的基础上进行链式调用,事实上达成了函数式编程的目的。

想想数学分支中的代数,最基础的运算无非是加减,在加减的基础上引出了乘除,然后有了各种各样更复杂的数学运算,譬如求导、微分、积分、卷积等等。对于Stream也一样,在理解这些基本操作后,我们就可以基于链式调用实现各种复杂的逻辑。

至于这些操作的具体意义及用法,本文先略过,以后再说。

信号

在RAC中,Signal也是一种Stream,可以被绑定和传递。把Sequence想象成Stream并不是很难,但把Signal理解成Stream还是蛮有挑战的。
如何理解Signal呢?能力有限,我也没有更好的表述。如下是一段在ReactiveCocoa的中文世界里被广泛传播的解释:

可以把信号想象成水龙头,只不过里面不是水,而是玻璃球(data),直径跟水管的内径一样,这样就能保证玻璃球是依次排列,不会出现并排的情况(数据都是线性处理的,不会出现并发情况)。水龙头的开关默认是关的,除非有了接收方(subscriber),才会打开。这样只要有新的玻璃球进来,就会自动传送给接收方。可以在水龙头上加一个过滤嘴(filter),不符合的不让通过,也可以加一个改动装置,把球改变成符合自己的需求(map)。也可以把多个水龙头合并成一个新的水龙头(combineLatest:reduce:),这样只要其中的一个水龙头有玻璃球出来,这个新合并的水龙头就会得到这个球。

P.S: 这段摘自LimBoy的博文ReactiveCocoa与Functional Reactive Programming。

Sequence v.s Signal

Sequence和Signal都是Stream,但它们是不同类型的流。前者是pull-driven(拉驱动),后者是push-driven(推驱动)。所谓pull-driven,可以类比获取网页的方式,发起一个正确的HTTP请求,我们总会得到一些数据,因为数据就在服务端的数据库中躺着;而push-driven,可以类比推送(Push),数据并不是随时都有的,客户端也不知道什么时候该去获取,只能与服务端保持长连接,当服务端有新数据时,就主动推送(Push)过来。

对于初学者,理解pull-driven和push-driven这两个名词不是很容易,但理解Sequence和Signal的区别还是不难:对于Sequence而言,在它被创立之初,其中的data(玻璃球)是被确定的,可以从流中把它们一个一个查询出来;但对于Signal而言,在它(水管)被创立的时候,其中是没有data(玻璃球)的,data是之后在某个时刻(譬如notification发生时、网络请求完成时)才被放入的。
除了data驱动方式不同,Sequence和Signal所传递的data类型还不同,Sequence传递的是对象,Signal传递的是事件,无论是对象还是事件,在本文中都以data概述。

P.S: RACSequence和RACSignal可以互相转化,详见Signal。

Signal和Subscriber

对于Sequence而言,在其创立之初,其中的data就是确定的,经过一系列的操作(譬如map、filter)便可将同步将结果给取出来。

但对于Signal,不晓得什么时候才有data被放进去,显然不能同步等待处理结果。因而需要有一种机制来解决这个问题。

Subscription就是来解决这个问题的,Subscriber是Subscription中的核心概念,RAC定义RACSubscriber来描述它。关于Subscription和Subscriber,官方文档已经有非常清晰的表述,详见这里和这里。

P.S: 当把信号理解成时,「signal」这个名词怎么看都觉得别扭,但当它和subscriber搭配时,却又显得那么和谐。

在描述signal和subscriber的关系时,Limboy使用插座和插头分别来类比它们,插座(signal)负责取电,插头(subscriber)负责使用电,一个插座可以插任意数量的插头。当一个插座没有插头时,什么都不会干,处于冷(cold)状态,只有插了插头才会去获取电,此时处于热(hot)状态。

上文已经提到Signal传递的data是event,它所传递的event包括3种:值事件完成事件错误事件。其中在传递值事件时,可以携带数据。

落实到代码层面,传递值事件完成事件以及错误事件的本质就是向subscriber发送sendNext:、sendComplete以及sendError:消息,如下代码可以简单描述它们的关系:

// 1. 创建信号(冷信号)
RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id subscriber) {
    // block在什么时候被调用: 当信号被订阅时调用;
  
    // 3. 模拟data(值事件)的产生
    [subscriber sendNext:@"Hello"];
    return nil;
}];

// 2. 订阅信号(冷信号变热信号)
[signal subscribeNext:^(id x) {
    // block什么时候被调用:当subscriber接收到sendNext:消息时;
    NSLog(@"%@", x);
}];

上述代码中,步骤2在内部实现里创建一个RACSubscriber对象,该对象会被传入到步骤3所对应的block中。

冷信号和热信号

没有被订阅的信号被称为冷信号,冷信号默认情况下什么都不干,换句话说,冷信号的subscription block永远都不会被执行,譬如:

RACSignal *coldSignal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id subscriber) {
    NSLog(@"triggered");
    [subscriber sendNext:@"hello, next"];
    [subscriber sendCompleted];
    return nil;
}];

这段代码创建了一个signal,但因为没有被subscribed,所以什么也不会发生。代码中使用类方法createSignal:创建一个RACDynamicSignal(RACSignal的子类)对象,后者有一个名为didSubscribe的Block属性,调用createSignal:传入的实参block被赋予该属性,当RACDynamicSignal被订阅(subscribe)时,会回调该block。

P.S: RAC中的RACSignal以类簇的方式实现,有点类似于Foundation中NSString、NSArray等,它定义了很多RACSignal子类,暂时不用理会这些子类,以后的博客中再详细介绍。

Side Effect

如果某个RACSignal(以RACDynamicSignal为例)被多个subscriber订阅,那么它的didSubscribe会被多次调用吗?默认情况下是的,如下:

RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id subscriber) {
    // didSubscribe block
    NSLog(@"triggered");
    [subscriber sendNext:@"test"];
    return nil;
}];

[signal subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"subscriber No.1: %@", x);
}];

[signal subscribeNext:^(id x) {
  NSLog(@"subscriber No.2: %@", x);
}];

/* prints:
triggered
subscriber No.1: test
triggered
subscriber No.2: test
*/

显然,didSubscribe被调用了两次。或许这是你想要的结果,或许不是;更多的时候这不是我们想要的结果,即所谓的副作用(side effect)。如果想要避免这种情况的发生,可以使用reply方法,它的作用是保证signal只被触发一次,然后把sendNext:的value给缓存起来,下一次再有新的subscriber时。直接发送缓存的value。如下:

RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id subscriber) {
    // didSubscribe block
    NSLog(@"triggered");
    [subscriber sendNext:@"test"];
    return nil;
}];

signal = [signal replay];

[signal subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"subscriber No.1: %@", x);
}];

[signal subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"subscriber No.2: %@", x);
}];

/* prints:
triggered
subscriber No.1: test
subscriber No.2: test
*/

P.S: 我对side effects的理解有问题,把它单纯想象成应该避免的负面东西,这是不对的。需要有更深刻的理解,得重写一下!还得思考「side effects里一般放什么样的代码?」。

时至今日,ReactiveCocoa已经和AFNetWorking一样,变得非常大众了,关于它的学习资料也不像前两年那样稀缺,如下是我认为质量比较高的学习资料:

  • ReactiveCocoa v2.5官方说明文档

  • LeeBoy的几篇ReactiveCocoa博文

    • ReactiveCocoa与Functional Reactive Programming
    • 说说ReactiveCocoa 2
    • ReactiveCocoa2实战
  • iOS的函数响应型编程,非常浅显易懂。

  • ReactiveCocoa Design Patterns

  • 美团点评技术团队分享的几篇关于冷信号和热信号的博客

    • 细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号(一)
    • 细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号(二)
    • 细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号(三)
  • Sunnyxx系列博客

    • Reactive Cocoa Tutorial [0] = Overview
    • Reactive Cocoa Tutorial [1] = 神奇的Macros
    • Reactive Cocoa Tutorial [2] = 百变RACStream
    • Reactive Cocoa Tutorial [3] = RACSignal的巧克力工厂
    • Reactive Cocoa Tutorial [4] = 只取所需的Filters

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