RxJava2详解（三）--调度器

调度器(Scheduler)

ReactiveX通过对线程调度的封装，让开发者无需关注线程管理、线程同步、线程安全、并发数据结构和非阻塞IO等底层实现，而Scheduler是RxJava异步和并行计算的关键。
RxJava借鉴了Iterable/Iterator模式的思想，定义了一套Scheduler/Worker API。RxJava的Scheduler不进行任何调度的工作，但它负责创建Worker，Worker负责实际调度，无论是直接调度还是递归调度。此外Worker还实现了Subscription接口，所以它可以被取消订阅，这会取消所有还未执行的任务，此后也不会再接受新的任务（尽可能）。这对于操作符（例如重复任务）使用Scheduler非常有用，如果下游取消订阅了整个链条，就能一次取消所有定时的任务。
Scheduler/Worker需要满足以下的要求：

• 所有的方法都需要是线程安全的；
• Worker需要保证即时、串行提交的任务按照先进先出（FIFO）的顺序被执行；
• Worker需要尽可能保证被取消订阅时要取消还未执行的任务；
• 取消订阅一个Worker不能影响同一个Scheduler的其他Worker；

这些要求看起来比较严格，但这让我们对并发数据流的推算更加容易，这和我们严格要求Observer的方法被串行调用是一样的。
除了上面必须的要求，下面几点特性如果能具备也是非常好的：

• 一个被Worker调度的任务最好不要切换线程执行（hopping threads），保证在一个任务只在一个线程内执行能提升性能（避免线程切换的开销）。
• 串行发起的延迟任务，如果延迟时间相同，最好也能按照 FIFO 的顺序执行，并发调度的任务不做此要求。

考虑到上面的这些要求，一个保守的Scheduler实现最好用单线程的线程池来支持每个Worker，而这也正是标准Scheduler的实现方案：底层的ScheduledExecutorService保证了上面的特性。

SubscribeOn

subscribeOn()的目的就是，确保调用subscribe()函数的副作用代码（执行额外的代码）在另外的（参数指定的）线程中执行。然而首先几乎没有官方的 RxJava 代码会在自己的线程执行这些副作用代码；其次你也可以在自定义的Observable中执行副作用代码，无论是通过create()函数来实现，还是通过SyncOnSubscribe和fromCallable() API 来实现。
那我们为什么需要把副作用代码移到其他的线程中执行呢？主要的使用场景是在当前线程进行网络请求、数据库访问或者其他任何涉及阻塞的操作。让一个Tomcat的工作线程阻塞住并不是什么大问题（当然我们也可以通过响应式方式改进这种情况），但在 Swing 应用中阻塞了事件分发线程（Event Dispatch Thread，EDT），或者在Android中阻塞了主线程，就会对用户体验造成不利的影响了。
因此，如果源头会在被订阅时立即执行一些操作，我们希望这些操作在其他的线程执行。通常我们可以把对subscribe()的调用以及后续整个过程的所有操作都提交到一个ExecutorService上，但这时我们会面临取消订阅和Subscriber分离的问题。随着越来越多（越来越复杂）的操作需要异步地取消订阅，用这样的方式处理所有的情况将会变得很不方便。
幸运的是，我们可以把这一逻辑抽象成一个操作符：subscribeOn()。
关于subscribeOn最常见的两个问题就是：如果使用了两次subscribeOn（直接或者通过其他操作符间接使用两次），会发生什么？为什么第二次使用subscribeOn无法再次修改subscribe执行的线程？
源头被订阅之后执行的代码，将在最先使用的（代码上最靠近源头的）subscribeOn()操作符指定的线程上执行，而且后续的subscribeOn()都无法改变这一结果。这就是为什么基于Rx的API不能在返回Observable的时候提前使用subscribeOn()或者提供指定Scheduler选项的原因。

ObserveOn

observeOn()的目的是确保所有发出的数据/通知都在指定的线程中被接收。RxJava默认是同步的，即onXXX()是在同一个线程中串行调用的：

for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    MapSubscriber.onNext(i) {
       FilterSubscriber.onNext(i) {
           TakeSubscriber.onNext(i) {
               MySubscriber.onNext(i);
           }
       }
    }
}

在很多场景下，我们需要把onNext()的调用（以及其后的所有链式调用）转移到另一个线程中。例如，可能生成map()的输入是很快的，但是map时的计算非常耗时，有可能会阻塞GUI线程。又例如，我们可能有些在后台线程中执行的任务（数据库、网络访问，或者耗时的计算），需要把结果在GUI中进行展示，很多GUI框架只允许在特定线程中修改GUI内容。
从概念上来说，observeOn通过调度一个任务，把源Observable的onXXX()调度到指定的调度器（scheduler）上。这样，下游接收（执行）onXXX()时，就是在指定的调度器上，但接收的是同样的值：

ExecutorService exec = Executors.newSingleThreadedExecutor();
IObservable observeOn = o -> {
    source.subscribe(new Observer() {
        @Override
        public void onNext(T t) {
            exec.submit(() -> o.onNext(t));
        }

        @Override
        public void onError(Throwable e) {
            exec.submit(() -> o.onError(e));
        }

        @Override
        public void onCompleted() {
            exec.submit(() -> o.onCompleted());
        }            
    });
};

这种实现方式要求executor是单线程的，否则就需要保证FIFO以及不会有来自同一个源的多个任务被同时执行。
取消订阅的处理将更加复杂，因为我们必须保持所有正在执行中的任务，当它们执行结束时移除它们，以及保证每个任务都能被及时取消。
通过对比subscribeOn和observeOn，我们可以发现subscribeOn调度了整个source.subscribe(...)的调用，而observeOn则是调度每个单独的subscriber.onXXX()调用。
所以你可以看到如果多次使用observeOn，内部被调度的任务，将会把subscriber.onNext的执行调度到另一个调度器中：

worker.schedule(() -> worker2.schedule(() -> subscriber.onNext(t)));

所以observeOn会重载调用链中指定的线程，因此最靠近subscriber的observeOn指定的线程，将作为最终onXXX()执行的线程。从上面展开的等效代码我们可以看出，worker被浪费了，因为多余的调度并没有任何意义。

总结

subscribeOn()是为了使源Observable订阅的代码在指定调度器(线程)上执行，多次调用subscribeOn()时，后面的subscribeOn()只会改变前面的subscribeOn()调度操作所在的线程，并不能改变最终被调度的代码执行的线程，但对于中途的代码执行的线程，还是会影响到的。
observeOn()是为了使onXXX方法在指定调度器(线程)上执行，多次调用observeOn()时，每次调用都会改变数据向下传递时所在的线程。

References

• Piasy: RXJAVA系列翻译
• Piasy: 拆轮子系列：拆 RxJava