RxJava 观察绑定和事件发送流程及其中的线程切换分析

本文的所有分析都是基于 RxJava2 进行的。以下的 RxJava 指 RxJava2
阅读本文你将会知道：

• RxJava 的观察绑定和事件发送过程
• RxJava 观察绑定和事件发送过程中的线程切换

从 RxJava1.0 到 RxJava2.0，在项目开发中已经使用了很长时间这个库了。链式调用，丝滑的线程切换很香，但是如果没弄清楚其中的奥妙很容易掉进线程调度的坑里。这篇文章我们就来对 RxJava 的订阅过程、时间发送过程、线程调度进行分析

订阅和事件流

先说结论

• 按着代码书写顺序，事件自上向下发送
• 订阅从 subscribe() 开始自下向上订阅，这也是整个事件流的起点，当订阅开始整个操作才会生效执行
• 订阅完成后才会发送事件

图解

为了更便于理解订阅的流转方向,我将Observable调用 subscribe() 订阅描述为了 Observer beSubscribed()

订阅及数据发送

源码分析

Observabe 创建过程

此过程对应图中黑色箭头部分，以操作符中的map()操作为例：

   @CheckReturnValue
   @SchedulerSupport(SchedulerSupport.NONE)
   public final  Observable map(Function mapper) {
       ObjectHelper.requireNonNull(mapper, "mapper is null");
       return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableMap(this, mapper));
   }

调用map操作符时，RxJavaPliguns 会注册一个新的 ObservableMap 对象，查看其它操作符会发现都有对应的 Observable 对象产生。同时，上游的 Observabe会作为 source 参数传入赋值给这个新的 Observable 的 source属性。层层向下，可以对这个新生成的 Observable又可以继续使用操作符。

订阅过程：

当调用最后一个 Observable 的 subscribe（） 方法时，即开始订阅过程。此过程对应图中红色箭头部分

   @SchedulerSupport(SchedulerSupport.NONE)
   @Override
   public final void subscribe(Observer observer) {
       ObjectHelper.requireNonNull(observer, "observer is null");
       try {
           observer = RxJavaPlugins.onSubscribe(this, observer);

           ObjectHelper.requireNonNull(observer, "The RxJavaPlugins.onSubscribe hook returned a null Observer. Please change the handler provided to RxJavaPlugins.setOnObservableSubscribe for invalid null returns. Further reading: https://github.com/ReactiveX/RxJava/wiki/Plugins");

           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;
       }
   }

在调用subscribe(Observer) 时实际上会去调用各个 Observable实现子类中的 subscribeActual() 方法:

   @Override
   public void subscribeActual(Observer t) {
       source.subscribe(new MapObserver(t, function));
   }

而在这个subscribeActual() 方法也很简单，调用了 source 去订阅一个新生成的 Observer 对象，同时这个新的MapObserver会将调用subscribe()时传入的 observer,赋值给downstream属性。这样每一级订阅都会将上级的 Observable、本级生成的 Observer、订阅下级传入的Observer联系起来，直到达到 Observable 最初创建的地方整个订阅过程结束。

事件发送过程：

此过程对应图中绿色箭头部分Observable 事件起点创建有很多中操作符，他们都会创建出最初发送的事件/数据，以 ObservableCreate为例：

   @Override
   protected void subscribeActual(Observer observer) {
       CreateEmitter parent = new CreateEmitter(observer);
       observer.onSubscribe(parent);

       try {
           source.subscribe(parent);
       } catch (Throwable ex) {
           Exceptions.throwIfFatal(ex);
           parent.onError(ex);
       }
   }

订阅时会调用source.subscrebe(parent),而这个source 又是从哪儿来的呢？

   public ObservableCreate(ObservableOnSubscribe source) {
       this.source = source;
   }

   Observable.create(object : ObservableOnSubscribe {
          override fun subscribe(emitter: ObservableEmitter) {
               emitter.onNext("data")
          }

   })

从代码中我们可以看出，这个 source 即为我们创建时传入的 ObservableOnSubscribe,因此emitter.onNext("data")即是事件发送的起点。我们再继续看emitter的 onNext() 做了什么：

        @Override
        public void onNext(T t) {
            if (t == null) {
                onError(new NullPointerException("onNext called with null. Null values are generally not allowed in 2.x operators and sources."));
                return;
            }
            if (!isDisposed()) {
                observer.onNext(t);
            }
        }

源码中现实调用了observer.onNext(),而这个observer 则是前面订阅过程中 source.subscribe(new MapObserver(t, function)) 传入的那个 observer，从而将事件发送到了下一级，下一级的 Observer 同样在 onNext() 将事件发送到更下一级，一直到最终我们 subscribe()时传入的那个Observer 实例完毕。

线程调度

事件订阅发送流程通过上面的文章基本已经能够摸清了，我们接下来关注另一个重点 线程调度问题。

调度方式

RxJava 中线程变换通过 subscribeOn()和 observeOn()两个操作来进行。其中 subscribeOn()改变的是订阅线程的执行线程，即事件发生的线程。observeOn()改变的是事件结果观察者回调所在线程，即 onNext()方法所在的线程。

举个栗子

使用 RxJava + Retrofit 进行网络请求时，用 RxJava 管理网络请求过程的线程切换。subscribeOn()指定的是网络请求的线程，observeOn()指定的是网络请求后事件流的执行线程。

源码分析

前面说过，每次操作符的使用，RxJava 都会生成一个对应的新的 Observable对象。observeOn()与 subscribeOn()也不例外。线程调度的核心逻辑都在 ObservableSubscribeOn 与 ObservableObserveOn两个类中

subscribeOn()过程

  @CheckReturnValue
  @SchedulerSupport(SchedulerSupport.CUSTOM)
  public final Observable subscribeOn(Scheduler scheduler) {
      ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null");
       return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableSubscribeOn(this, scheduler));
   }

调用 subscribeOn() 时会产生一个新的ObservableSubscribeOn并把当前这个Observable 和传入的 Scheduler作为参数传入。前面分析过当最终调用 subscribe()时会引起整个观察链的 Observable 自下而上调用 subscribe()，而这个subscribe()方法中实际为调用抽象类 Observable的各个实现子类的 subscribeActual()方法 。

   @Override
   public void subscribeActual(final Observer observer) {
       final SubscribeOnObserver parent = new SubscribeOnObserver(observer);

       observer.onSubscribe(parent);

       parent.setDisposable(scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent)));
   }

主要看这句 scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent));,SubscribeTask 前面内容已经分析过，就是调用上级 Observable 来订阅生成的这个 SubscribeOnObserver。

   @NonNull
   public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {
       final Worker w = createWorker();

       final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);

       DisposeTask task = new DisposeTask(decoratedRun, w);

       w.schedule(task, delay, unit);

       return task;
   }

scheduleDirect 方法，会使用传入的 scheduler 在指定的线程创建一个 Worker 对象来执行SubscribeTask,从而达到了切换订阅线程的目的。所以多个subscribeOn()叠加时，最终线程还是会回到最后执行的（代码第一次出现的）subscribeOn() 指定的线程。

observeOn()过程

调用 observeOn(Scheduler) 方法，会调用内部的同名方法生成一个新的 ObservableObserveOn对象，并把当前这个Observable 和传入的 Scheduler作为参数传入。订阅过程与ObservableSubscribeOn不一样，会直接在当前线程调用上级Observable订阅自己，，我们主要看ObservableObserveOn的ObserveOnObserver是如何调度结果数据发送的线程的。

       @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);
           }
       }

从源码中可以发现，最终会使用 worker 去向下游发送事件。这个 worker就是我们observeOn() 方法中指定的线程创建的 worker。从而达到切换线程的目的，由于事件又是自上而下的，所以每次切换都能在下游事件中感受到线程的变化。

日志分析

把subscribeOn()和 observeOn()放一起来说不太容易说明白其中的线程变换，我先看看单独使用其中的一个操作符的时候，导致的线程变化。

仅调用 subscribeOn() 调度线程

Observable.just("Data")
                .map {
                    Log.d("Map 1", Thread.currentThread().name)
                    return@map it
                }
                .subscribeOn(Schedulers.io()) 
                .doOnSubscribe {
                    Log.d("doOnSubscribe 1 ", Thread.currentThread().name)
                }
                .map {
                    Log.d("Map 2 ", Thread.currentThread().name)
                    return@map it
                }
                .subscribeOn(Schedulers.newThread())
                .doOnSubscribe {
                    Log.d("doOnSubscribe 2 ", Thread.currentThread().name)
                }
                .map {
                    Log.d("Map 3 ", Thread.currentThread().name)
                    return@map it
                }
                .subscribe(object : Observer {
                    override fun onComplete() {

                    }

                    override fun onSubscribe(d: Disposable) {
                        Log.d("onSubscribe", Thread.currentThread().name)
                    }

                    override fun onNext(t: String) {
                        Log.d("onNext", Thread.currentThread().name)
                    }

                    override fun onError(e: Throwable) {
                        e.printStackTrace()
                    }

                })

执行结果：

image.png

从日志可以看出：

• 1、订阅是自下向上的（onSubscribe -->doOnSubscribe 2 -->doOnsubscribe 1）
• 2、自下向上看，每次调用 subscribeOn 订阅线程将会发生改变，直到下次调用 subscribeOn
• 3、事件是自上向下传递的（Map 1 --> Map 2 --> Map 3 --> onNext）,且所在线程为最后一次线程切换后所在的线程 RxCachedThreadScheduler-1

仅调用 subscribeOn() 调度线程

        Observable.just("Data")
                .map {
                    Log.d("Map 1", Thread.currentThread().name)
                    return@map it
                }
//                .doOnSubscribe {
//                    Log.d("doOnSubscribe 1 ", Thread.currentThread().name)
//                }
//                .subscribeOn(Schedulers.io())
                .observeOn(Schedulers.newThread())
                .map {
                    Log.d("Map 2 ", Thread.currentThread().name)
                    return@map it
                }
//                .doOnSubscribe {
//                    Log.d("doOnSubscribe 2 ", Thread.currentThread().name)
//                }
//                .subscribeOn(Schedulers.newThread())
                .observeOn(Schedulers.newThread())
                .map {
                    Log.d("Map 3 ", Thread.currentThread().name)
                    return@map it
                }
                .subscribe(object : Observer {
                    override fun onComplete() {

                    }

                    override fun onSubscribe(d: Disposable) {
                        Log.d("onSubscribe", Thread.currentThread().name)
                    }

                    override fun onNext(t: String) {
                        Log.d("onNext", Thread.currentThread().name)
                    }

                    override fun onError(e: Throwable) {
                        e.printStackTrace()
                    }

                })

执行结果：

日志打印

从日志可以看出：

• 1、事件发送是正常的自上向下（Map 1 --> Map 2 --> Map 3 --> onNex）
• 2、自上向下，每次调用 observeOn 观察结果回调线程都将切换一次（main -->RxNewThreadScheduler-1 -->RxNewThreadScheduler-2）

混合使用调度线程

我们把上述代码中注释部分都打开，得到的日志如下：

日志打印

通过上面的三次日志打印我们可以看出：

订阅链的日志自下而上打印完毕后，再自上而下打印观察结果。subscribeOn 会切换线程，并不是像有的文章所说只有第一次指定线程(即自下而上的最后一次)有效。第一次有效只是我们的错觉，因为订阅是自下而上的，不管前面的线程怎样切换追踪都会切换到 subscribeOn第一次指定线程(即自下而上的最后一次)。我们在回调结果中未进行线程切换操作时，只能感知到这一次线程切换 (Map1 与 doOnSubscribe 1 所在线程一致)。observeOn的每次指定线程都会让事件流切换到对应的线程中去。完整的事件订阅和发送流程如下图所示，从我们调用 subscribe()将观察者和观察对象关联起来开始，subscribe() 中传入的 Observer 的 onNext 或 onError结束，形成了一个逆时针的 n 形的链条。右边部分的观察链中，每次 subscribeOn 都会切换观察线程。左边部分的事件发送链，会从观察链的最后一次指定的线程开始发送事件，每次调用 observeOn都会指定新的事件发送线程。

图解

参照上面的源码和日志分析，再结合本图相信大家会对 RxJava 的现场调度有一个更立体的认识

RxJava2 线程切换流程