了解 RxJava 的应该都知道是一个基于事务驱动的库，响应式编程的典范。提到事务驱动和响应就不得不说说，设计模式中观察者模式，已经了解的朋友，可以直接跳过观察者模式的介绍，直接到 RxJava 源码中对于观察者的应用。
观察者模式
该部分结合自扔物线的 《给 Android 开发者的 RxJava 详解》， 强烈推荐刚接触 RxJava 的朋友阅读。
传统观察者模式
观察者模式面向的需求是：A 对象（观察者）对 B 对象（被观察者）的某种变化高度敏感，需要在 B 变化的一瞬间做出反应。举个例子，新闻里喜闻乐见的警察抓小偷，警察需要在小偷伸手作案的时候实施抓捕。在这个例子里，警察是观察者，小偷是被观察者，警察需要时刻盯着小偷的一举一动，才能保证不会漏过任何瞬间。程序的观察者模式和这种真正的『观察』略有不同，观察者不需要时刻盯着被观察者（例如 A 不需要每过 2ms 就检查一次 B 的状态），而是采用注册( Register )或者称为订阅( Subscribe )的方式，告诉被观察者：我需要你的某某状态，你要在它变化的时候通知我。 Android 开发中一个比较典型的例子是点击监听器 OnClickListener 。对设置 OnClickListener 来说， View 是被观察者， OnClickListener 是观察者，二者通过 setOnClickListener() 方法达成订阅关系。订阅之后用户点击按钮的瞬间，Android Framework 就会将点击事件发送给已经注册的 OnClickListener 。采取这样被动的观察方式，既省去了反复检索状态的资源消耗，也能够得到最高的反馈速度。当然，这也得益于我们可以随意定制自己程序中的观察者和被观察者，而警察叔叔明显无法要求小偷『你在作案的时候务必通知我』。
OnClickListener 的模式大致如下图：
如图所示，通过 setOnClickListener() 方法，Button 持有 OnClickListener 的引用（这一过程没有在图上画出）；当用户点击时，Button 自动调用 OnClickListener 的 onClick() 方法。另外，如果把这张图中的概念抽象出来（Button -> 被观察者、OnClickListener -> 观察者、setOnClickListener() -> 订阅，onClick() -> 事件），就由专用的观察者模式（例如只用于监听控件点击）转变成了通用的观察者模式。如下图：
而 RxJava 作为一个工具库，使用的就是通用形式的观察者模式。
RxJava 中观察者模式
RxJava 有四个基本概念：Observable (可观察者，即被观察者)、 Observer (观察者)、 subscribe (订阅)、事件。Observable 和 Observer 通过 subscribe() 方法实现订阅关系，从而 Observable 可以在需要的时候发出事件来通知 Observer。
与传统观察者模式不同， RxJava 的事件回调方法除了普通事件 onNext() （相当于 onClick() / onEvent()）之外，还定义了两个特殊的事件：onCompleted() 和 onError()。
-
onCompleted(): 事件队列完结。RxJava 不仅把每个事件单独处理，还会把它们看做一个队列。RxJava 规定，当不会再有新的onNext()发出时，需要触发onCompleted()方法作为标志。 -
onError(): 事件队列异常。在事件处理过程中出异常时，onError()会被触发，同时队列自动终止，不允许再有事件发出。 - 在一个正确运行的事件序列中,
onCompleted()和onError()有且只有一个，并且是事件序列中的最后一个。需要注意的是，onCompleted()和onError()二者也是互斥的，即在队列中调用了其中一个，就不应该再调用另一个。并且只要onCompleted()和onError()中有一个调用了，都会中止onNext()的调用。
RxJava 的观察者模式大致如下图：
基本实现
基于以上观点， RxJava 的基本实现主要有三点:
创建 Observer
Observer 即观察者，它决定事件触发的时候将有怎样的行为。 RxJava 中的 Observer 接口的实现方式：
Observer observer = new Observer() {
@Override
public void onNext(String s) {
Log.d(tag, "Item: " + s);
}
@Override
public void onCompleted() {
Log.d(tag, "Completed!");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
Log.d(tag, "Error!");
}
};
除了 Observer 接口之外，RxJava 还内置了一个实现了 Observer 的抽象类：Subscriber。 Subscriber 对 Observer 接口进行了一些扩展，但他们的基本使用方式是完全一样的：
Subscriber subscriber = new Subscriber() {
@Override
public void onNext(String s) {
Log.d(tag, "Item: " + s);
}
@Override
public void onCompleted() {
Log.d(tag, "Completed!");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
Log.d(tag, "Error!");
}
};
不仅基本使用方式一样，实质上，在 RxJava 的 subscribe 过程中，Observer 也总是会先被转换成一个 Subscriber 再使用。
// Observable.java 源码
public final Subscription subscribe(final Observer observer) {
if (observer instanceof Subscriber) { // 如果是 Subscriber 的子类，直接转化为 Subscriber
return subscribe((Subscriber)observer);
}
if (observer == null) {
throw new NullPointerException("observer is null");
}
return subscribe(new ObserverSubscriber(observer));
}
// ObserverSubscriber.java
public final class ObserverSubscriber extends Subscriber {
...
}
通过源码可以看到，传入的
Observer最终还是会转化为Subscriber来使用。
所以如果你只想使用基本功能，选择 Observer 和 Subscriber 是完全一样的。它们的区别对于使用者来说主要有两点：
-
onStart(): 这是 Subscriber 增加的方法。它会在 subscribe 刚开始，而事件还未发送之前被调用，可以用于做一些准备工作，例如数据的清零或重置。这是一个可选方法，默认情况下它的实现为空。需要注意的是，如果对准备工作的线程有要求（例如弹出一个显示进度的对话框，这必须在主线程执行）， onStart() 就不适用了，因为它总是在 subscribe 所发生的线程被调用，而不能指定线程。要在指定的线程来做准备工作，可以使用 doOnSubscribe() 方法。
// Subscriber.java
public void onStart() {
// do nothing by default
}
-
unsubscribe(): 这是 Subscriber 所实现的另一个接口 Subscription 的方法，用于取消订阅。在这个方法被调用后，Subscriber 将不再接收事件。一般在这个方法调用前，可以使用 isUnsubscribed() 先判断一下状态。unsubscribe()这个方法很重要，因为在 subscribe() 之后， Observable 会持有 Subscriber 的引用，这个引用如果不能及时被释放，将有内存泄露的风险。所以最好保持一个原则：要在不再使用的时候尽快在合适的地方（例如 onPause() onStop() 等方法中）调用unsubscribe()来解除引用关系，以避免内存泄露的发生。
// Subscriber.java
@Override
public final void unsubscribe() {
subscriptions.unsubscribe();
}
@Override
public final boolean isUnsubscribed() {
return subscriptions.isUnsubscribed();
}
创建 Observable
Observable 即被观察者，它决定什么时候触发事件以及触发怎样的事件。例如 create() 方法
Observable observable = Observable.create(new Observable.OnSubscribe() {
@Override
public void call(Subscriber subscriber) {
subscriber.onNext("Hello");
subscriber.onNext("Hi");
subscriber.onNext("Aloha");
subscriber.onCompleted();
}
});
可以看到，这里传入了一个 OnSubscribe 对象作为参数。OnSubscribe 会被存储在返回的 Observable 对象中，它的作用相当于一个计划表，当 Observable 被订阅的时候，OnSubscribe 的 call() 方法会自动被调用，事件序列就会依照设定依次触发（对于上面的代码，就是观察者Subscriber 将会被调用三次 onNext() 和一次 onCompleted()。这样，由被观察者调用了观察者的回调方法，就实现了由被观察者向观察者的事件传递，即观察者模式。
create() 方法是 RxJava 最基本的创造事件序列的方法。基于这个方法， RxJava 还提供了一些方法用来快捷创建事件队列，例如 just(), from()
订阅 Subscribe
创建了 Observable 和 Observer 之后，再用 subscribe() 方法将它们联结起来，整条链子就可以工作了。代码形式很简单：
observable.subscribe(observer);
// 或者：
observable.subscribe(subscriber);
有人可能会注意到，
subscribe()这个方法有点怪：它看起来是『observalbe订阅了observer / subscriber』而不是『observer / subscriber订阅了observalbe』，这看起来就像『杂志订阅了读者』一样颠倒了对象关系。这让人读起来有点别扭，不过如果把 API 设计成observer.subscribe(observable) / subscriber.subscribe(observable)，虽然更加符合思维逻辑，但对流式 API 的设计就造成影响了，比较起来明显是得不偿失的。
整个过程中对象间的关系如下图：
源码层解析
基础原理
// 例子
Observable.create(new Observable.OnSubscribe() {
@Override
public void call(Subscriber subscriber) {
subscriber.onNext("Hello");
subscriber.onNext("Hi");
subscriber.onNext("Aloha");
subscriber.onCompleted();
}
}).subscribe(new Subscriber() {
@Override
public void onCompleted() {
System.out.println("onCompleted");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
}
@Override
public void onNext(String s) {
System.out.println("value: " + s);
}
});
log 信息
value: Hello
value: Hi
value: Aloha
onCompleted
看到上面代码，可能会有人跟我一样不明白， create() 中的 OnSubscribe 中 call() 的 Subscriber 是怎么样最终就变成了 subscribe() 中的 Subscriber。
下面来一下 Observable.subscribe(Subscriber) 的内部实现是这样的（仅核心代码）：
// 注意：这不是 subscribe() 的源码，而是将源码中与性能、兼容性、扩展性有关的代码剔除后的核心代码。
static Subscription subscribe(Subscriber subscriber, Observable observable) {
...
// 可以用于做一些准备工作，例如数据的清零或重置, 默认情况下它的实现为空
subscriber.onStart();
if (!(subscriber instanceof SafeSubscriber)) {
// 强制转化为 SafeSubscriber 是为了保证 onCompleted 或 onError 调用的时候会中止 onNext 的调用
subscriber = new SafeSubscriber(subscriber);
}
...
// // onObservableStart() 默认返回的就是 observable.onSubscribe
RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe).call(subscriber);
// onObservableReturn() 默认也是返回 subscriber
return RxJavaHooks.onObservableReturn(subscriber);
...
}
通过源码可以看到，subscriber() 实际就做了 4 件事情
- 调用
Subscriber.onStart()。这个方法在前面已经介绍过，是一个可选的准备方法。 - 将传入的
Subscriber转化为SafeSubscriber， 为了保证 onCompleted 或 onError 调用的时候会中止 onNext 的调用。
// 注意：这不是 SafeSubscriber 的源码，而是将源码中与性能、兼容性、扩展性有关的代码剔除后的核心代码。
public class SafeSubscriber extends Subscriber {
private final Subscriber actual;
boolean done; // 通过改标志来保证 onCompleted 或 onError 调用的时候会中止 onNext 的调用
public SafeSubscriber(Subscriber actual) {
super(actual);
this.actual = actual;
}
@Override
public void onCompleted() {
if (!done) {
done = true;
...
actual.onCompleted();
...
unsubscribe(); // 取消订阅，结束事务
}
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
...
if (!done) {
done = true;
_onError(e);
}
}
@Override
public void onNext(T t) {
if (!done) { // done 为 true 时，中止传递
actual.onNext(t);
}
}
@SuppressWarnings("deprecation")
protected void _onError(Throwable e) {
...
actual.onError(e);
...
unsubscribe();
...
}
}
通过代码可以看出来，通过 SafeSubscriber 中的布尔变量 done 来做标记保证上文提到的 onCompleted() 和 onError() 二者的互斥性，即在队列中调用了其中一个，就不应该再调用另一个。并且只要 onCompleted() 和 onError() 中有一个调用了，都会中止 onNext() 的调用。
- 调用 Observable 中的 OnSubscribe.call(Subscriber) 。在这里，事件发送的逻辑开始运行。从这也可以看出，在 RxJava 中， Observable 并不是在创建的时候就立即开始发送事件，而是在它被订阅的时候，即当 subscribe() 方法执行的时候。
- 将传入的
Subscriber作为 Subscription 返回。这是为了方便unsubscribe().
以上就是 RxJava 最基本的一个通过观察者模式，来响应事件的原理。下面来看看 RxJava 中一些基本操作符的实现原理又是怎样的。
为了能更好的理解源码，需要对 RxJava 有基本的使用基础，对 RxJava 不太熟悉的朋友请先一步到《给 Android 开发者的 RxJava 详解》
进阶
Observable.interval(1, TimeUnit.SECONDS)
.map(new Func1() {
@Override
public Long call(Long aLong) {
return aLong * 5;
}
})
.subscribe(new Action1() {
@Override
public void call(Long aLong) {
System.out.println("value: " + aLong);
}
});
log 信息
value: 0
value: 5
value: 10
...
上面的列子会每秒生成一个从 0 依次递增的整数，然后通过 map() 变换操作符后，变成了 5 的倍数的一个整数列。
第一次看到该例子时，就喜欢上了 RxJava，这种链式函数的交互模式真的很简洁，终于可以从回调地狱里逃出来了。喜欢的同时不免也会想 RxJava 是如何实现的。这种链式的函数流可以算是建造者模式的一种变形，只不过省去了中间 Builder 而直接返回当前对象来实现。 更让我兴奋的是内部这些操作符的实现原理。
上文也已经说过了在 RxJava 中， Observable 并不是在创建的时候就立即开始发送事件，而是在它被订阅的时候，即当 subscribe() 方法执行的时候。 所以对于上面一段的代码我们要从 subscribe() 往前屡，首先看一下 map() 这个函数的内部实现。
public final Observable map(Func1 func) {
// 新建了一个 Observable 并使用新的 OnSubscribeMap 来封装传入的数据
return unsafeCreate(new OnSubscribeMap(this, func));
}
不用说大家也猜到了 OnSubscribeMap 是 OnSubscribe 的子类
// 注意：这不是 OnSubscribeMap 的源码，而是将源码中与性能、兼容性、扩展性有关的代码剔除后的核心代码。
public final class OnSubscribeMap implements OnSubscribe {
final Observable source;
final Func1 transformer;
public OnSubscribeMap(Observable source, Func1 transformer) {
this.source = source; // 列子中经过 Observable.interval() 函数生成的 Observable
this.transformer = transformer;
}
// 传入的 o 就是例子中 `subscribe()` 出入的 Subscribe
// 具体结合 Observable.subscribe() 源码来理解
@Override
public void call(final Subscriber o) {
// 对传入的 Subscriber 进行再次封装成 MapSubscriber
// 具体 Observable.map() 的逻辑是在 MapSubscriber 中
MapSubscriber parent = new MapSubscriber(o, transformer);
o.add(parent); // 加入到 SubscriptionList 中，为之后取消订阅
// Observable.interval() 返回的 Observable 进行订阅(关键点)
source.unsafeSubscribe(parent);
}
...
}
可以看到 call() 方法的逻辑很简单，只是将例子中 Observable.subscribe() 传入的 Subscriber 进行封装后，再将上流传入的 Observable 进行订阅
// 注意：这不是 MapSubscriber 的源码
// 而是将源码中与性能、兼容性、扩展性有关的代码剔除后的核心代码。
static final class MapSubscriber extends Subscriber {
final Subscriber actual;
final Func1 mapper;
public MapSubscriber(Subscriber actual, Func1 mapper) {
this.actual = actual; // Observable.subscribe() 传入的 Subscriber
this.mapper = mapper;
}
@Override
public void onNext(T t) {
R result;
...
result = mapper.call(t); // 数据进行了变换
...
actual.onNext(result); // 往下流传
}
...
}
通过以上就完成了
map()对数据的变换，这里最终的就是理解OnSubscribeMap的call()中 source.unsafeSubscribe(parent);source指的是例子中Observable.interval()生成的对象。
再来看一下 RxJava 中对 Observable.interval() 的实现
public static Observable interval(long initialDelay, long period, TimeUnit unit, Scheduler scheduler) {
return unsafeCreate(new OnSubscribeTimerPeriodically(initialDelay, period, unit, scheduler));
}
可以看出 interval() 和 map() 一样都是通过生成新的 Observable 并向 Observable 中传入与之对应的 OnSubscribe 的子类来完成具体操作。
// 注意：这不是 OnSubscribeTimerPeriodically 的源码
// 而是将源码中与性能、兼容性、扩展性有关的代码剔除后的核心代码。
public final class OnSubscribeTimerPeriodically implements OnSubscribe {
final long initialDelay;
final long period;
final TimeUnit unit;
final Scheduler scheduler;
public OnSubscribeTimerPeriodically(long initialDelay, long period, TimeUnit unit, Scheduler scheduler) {
this.initialDelay = initialDelay;
this.period = period;
this.unit = unit;
this.scheduler = scheduler;
}
// 传入的 Subscriber 为上文提到的 OnSubscribeMap.call() 方法中 source.unsafeSubscribe(parent);
@Override
public void call(final Subscriber child) {
final Worker worker = scheduler.createWorker();
child.add(worker);
worker.schedulePeriodically(new Action0() {
long counter;
@Override
public void call() {
...
child.onNext(counter++);
...
}
}, initialDelay, period, unit);
}
}
以上就是 RxJava 整体的逻辑结构，可以看到 RxJava 将观察者模式发挥的淋漓尽致。整体逻辑的处理有点像递归函数的原理。而 map() 则像一种代理机制，通过事件拦截和处理实现事件序列的变换。
总结: 精简掉细节的话，也可以这么说：在 Observable 执行了各种操作符( map, interval 等)之后 方法之后，会返回一个新的 Observable，这个新的 Observable 会像一个代理一样，负责接收原始的 Observable 发出的事件，并在处理后发送给 Subscriber。
参考
- 给 Android 开发者的 RxJava 详解