Android異步框架RxJava 1.x系列(一) - 觀察者模式及實現

時間 2019-11-26

標籤 android 異步框架 rxjava 1.x 系列觀察者模式實現欄目 Android 简体版

原文原文鏈接

前言

RxJava 是一款基於 Java VM 實現的響應式編程擴展庫 - 基於觀察者模式的異步和事件處理框架。RxJava 官方目前同時維護了兩個版本，分別是 1.x 和 2.x，區別是它們使用不一樣的 group id 和 namespaces。java

版本	group id	namespaces
v1.x	io.reactivex	io.reactivex
v2.x	io.reactivex.rxjava2	rx

本系列的文章將針對 RxJava 1.x 進行介紹，先給出 Github 的地址：react

RxJava：github.com/ReactiveX/R…
RxAndroid：github.com/ReactiveX/R…

經過 Gradle 引入相關依賴：android

compile 'io.reactivex:rxjava:1.0.14' 
compile 'io.reactivex:rxandroid:1.0.1' 
複製代碼

正文

1. RxJava的定義

一個精準的解釋以下：RxJava 是一個運行於 Java VM ，由可觀測序列組成的，異步、基於事件的函數庫。git

2. RxJava的優勢

換句話說，『一樣是作異步，爲何人們用它，而不用現成的 AsyncTask / Handler / XXX / ... ？』github

一個詞：簡潔。編程

異步操做很關鍵的一點是程序的簡潔性，由於在調度過程比較複雜的狀況下，異步代碼常常會既難寫也難被讀懂。 Android 創造的 AsyncTask 和Handler，其實都是爲了讓異步代碼更加簡潔。RxJava 的優點也是簡潔，但它的簡潔的不同凡響之處在於，隨着程序邏輯變得愈來愈複雜，它依然可以保持簡潔。後端

在 Android 開發中，假設有這樣一個需求：界面上有一個自定義的視圖 imageCollectorView ，它的做用是顯示多張圖片，並能使用 addImage(Bitmap) 方法來任意增長顯示的圖片。如今須要程序將一個給出的目錄數組 File[] folders 中每一個目錄下的 png 圖片都加載出來並顯示在 imageCollectorView 中。數組

注意: 因爲讀取圖片的過程較爲耗時，須要放在後臺執行，而圖片的顯示則必須在 UI 線程執行。緩存

經常使用的實現方式有多種，這裏給出其中一種：多線程

new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        super.run();
        for (File folder : folders) {
            File[] files = folder.listFiles();
            for (File file : files) {
                if (file.getName().endsWith(".png")) {
                    final Bitmap bitmap = getBitmapFromFile(file);
                    getActivity().runOnUiThread(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            imageCollectorView.addImage(bitmap);
                        }
                    });
                }
            }
        }
    }
}.start();
複製代碼

而若是使用 RxJava，實現方式是這樣的：

Observable.from(folders)
    .flatMap(new Func1<File, Observable<File>>() {
        @Override
        public Observable<File> call(File file) {
            return Observable.from(file.listFiles());
        }
    })
    .filter(new Func1<File, Boolean>() {
        @Override
        public Boolean call(File file) {
            return file.getName().endsWith(".png");
        }
    })
    .map(new Func1<File, Bitmap>() {
        @Override
        public Bitmap call(File file) {
            return getBitmapFromFile(file);
        }
    })
    .subscribeOn(Schedulers.io())
    .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
    .subscribe(new Action1<Bitmap>() {
        @Override
        public void call(Bitmap bitmap) {
            imageCollectorView.addImage(bitmap);
        }
    });
複製代碼

能夠發現，使用 RxJava 方式代碼量明顯大大增長，所謂簡潔從何而來？

這裏說的簡潔是指的邏輯上的。觀察一下你會發現，RxJava 的這個實現，是一條從上到下的鏈式調用，沒有任何嵌套，這在邏輯的簡潔性上是具備優點的。當需求變得複雜時，這種優點將更加明顯（試想若是還要求只選取前 10 張圖片，常規方式要怎麼辦？若是有更多這樣那樣的要求呢？再試想，在這一大堆需求實現完兩個月以後須要改功能，當你翻回這裏看到本身當初寫下的那一片迷之縮進，你能保證本身將迅速看懂，而不是對着代碼從新捋一遍思路？）。

另外，若是你的 IDE 是 Android Studio，其實每次打開某個 Java 文件的時候，你會看到被自動 Lambda 化的預覽，這將讓你更加清晰地看到程序邏輯：

Observable.from(folders)
    .flatMap((Func1) (folder) -> { Observable.from(file.listFiles()) })
    .filter((Func1) (file) -> { file.getName().endsWith(".png") })
    .map((Func1) (file) -> { getBitmapFromFile(file) })
    .subscribeOn(Schedulers.io())
    .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
    .subscribe((Action1) (bitmap) -> { imageCollectorView.addImage(bitmap) });
複製代碼

因此，RxJava 有啥優勢？就好在簡潔，優勢就是把複雜邏輯，經過函數式編程模型穿成一條線。

3. 觀察者模式的擴展

RxJava 的異步實現，是經過一種擴展的觀察者模式來實現的。

3.1. 通用的觀察者模式

觀察者模式面向的需求是：A 對象（觀察者）對 B 對象（被觀察者）的某種變化高度敏感，須要在 B 變化的一瞬間作出反應。

舉個例子，新聞裏喜聞樂見的警察抓小偷，警察須要在小偷伸手做案的時候實施抓捕。在這個例子裏，警察是觀察者，小偷是被觀察者，警察須要時刻盯着小偷的一舉一動，才能保證不會漏過任何瞬間。

程序的觀察者模式略有不一樣，觀察者不須要時刻盯着被觀察者（例如 A 不須要每過 2ms 就檢查一次 B 的狀態），而是採用註冊( Register )或者稱爲訂閱(Subscribe)的方式，告訴被觀察者：我須要你的某種狀態，你要在它變化的時候通知我。

採起這樣被動的觀察方式，既省去了反覆檢索狀態的資源消耗，也可以獲得最高的反饋速度。

Android 開發中一個典型的例子是點擊監聽器 OnClickListener 。對設置 OnClickListener 來講，View 是被觀察者，OnClickListener 是觀察者，兩者經過 setOnClickListener() 方法達成訂閱關係。訂閱以後用戶點擊按鈕的瞬間，Android Framework 就會將點擊事件發送給已註冊的 OnClickListener 。

OnClickListener 的觀察者模式大體以下圖：

如圖所示，經過 setOnClickListener() 方法，Button 持有 OnClickListener 的引用（這一過程沒有在圖上畫出）。當用戶點擊時，Button 自動調用 OnClickListener 的 onClick() 方法。

按照觀察者模式抽象出來的各個概念：

Button: 被觀察者
OnClickListener: 觀察者
setOnClickListener(): 訂閱
onClick(): 事件處理

就由專用的觀察者模式轉變成了通用的觀察者模式，以下圖：

3.2. RxJava的觀察者模式

RxJava 有四個基本概念：

Observable: 可觀察者，即被觀察者
Observer: 觀察者
Subscribe: 訂閱
Event: 事件處理

Observable 和 Observer 經過 subscribe() 方法實現訂閱關係，使得Observable 能夠在須要的時候發出事件來通知 Observer。

與傳統觀察者模式不一樣，RxJava 的事件回調方法除了普通事件 onNext() （至關於 onClick()) 以外，還定義了兩個特殊的事件：onCompleted() 和 onError()。

onCompleted(): 事件隊列完結

RxJava 不只把每一個事件單獨處理，還會把它們看作一個隊列。RxJava規定，當不會再有新的 onNext() 發出時，須要觸發 onCompleted() 方法做爲事件完成標誌。

onError(): 事件隊列異常

在事件處理過程當中出異常時，onError() 會被觸發，同時隊列自動終止，不容許再有事件發出。

在一個正確運行的事件序列中, onCompleted() 和 onError() 有且只有一個被調用，而且是事件序列中的最後一個執行。

RxJava 的觀察者模式大體以下圖：

4. RxJava的基本使用

基於以上的概念，RxJava 的基本使用有 3 個步驟：

4.1. 建立Obsever

Observer 即觀察者，它決定事件觸發的時候將有怎樣的行爲。 RxJava 中的 Observer 接口的聲明方式：

Observer<String> observer = new Observer<String>() {
    @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: " + e.getMessage());
    }
};
複製代碼

除了 Observer 接口以外，RxJava 還內置了一個實現了 Observer 的抽象類：Subscriber。 Subscriber 對 Observer 接口進行了一些擴展，但他們的基本使用方式是徹底同樣的：

Subscriber<String> subscriber = new Subscriber<String>() {
    @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: " + e.getMessage());
    }
};
複製代碼

實質上，在 RxJava 的 subscribe 過程當中，Observer 也老是會先被轉換成一個 Subscriber 再使用。因此若是你只想使用基本功能，選擇 Observer 和 Subscriber 是徹底同樣的。它們的區別對於使用者來講主要有兩點：

onStart()

這是 Subscriber 增長的方法。它會在 subscribe 剛開始，而事件還未發送以前被調用。能夠用於作一些準備工做，例如數據的清零或重置。這是一個可選方法，默認狀況下它的實現爲空。

須要注意的是，若是對準備工做的線程有要求（例如: 彈出一個顯示進度的對話框，這必須在主線程執行），onStart() 就不適用了。由於它老是在 subscribe 所發生的線程被調用，而不能指定線程。要在指定的線程來作準備工做，可使用 doOnSubscribe() 方法，具體能夠在後面的章節中看到。

unsubscribe()

這是 Subscriber 所實現的另外一個接口 Subscription 的方法，用於取消訂閱。在這個方法被調用後，Subscriber 將再也不接收事件。通常在這個方法調用前，可使用 isUnsubscribed() 先判斷一下狀態。

unsubscribe() 這個方法很重要，由於在 subscribe() 以後， Observable 會持有 Subscriber 的引用。這個引用若是不能及時被釋放，將有內存泄露的風險。

注意：在再也不使用的時候儘快在合適的地方（例如: onPause() 和 onStop() 等方法中）調用 unsubscribe() 來解除引用關係，以免內存泄露的發生。

4.2. 建立Obsevable

4.2.1. Obsevable.create()

Observable 即被觀察者，它決定何時觸發事件以及觸發怎樣的事件。 RxJava 使用 create() 方法來建立一個 Observable ，併爲它定義事件觸發規則。示例以下：

Observable observable = Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() {
    @Override
    public void call(Subscriber<? super String> subscriber) {
        subscriber.onNext("Hello");
        subscriber.onNext("Hi");
        subscriber.onNext("Aloha");
        subscriber.onCompleted();
    }
});
複製代碼

能夠看到，這裏傳入了一個 OnSubscribe 對象做爲參數。OnSubscribe 會被存儲在返回的 Observable 對象中。

它的做用至關於一個計劃表，當 Observable 被訂閱的時候，OnSubscribe 的 call() 方法會自動被調用，事件序列就會依照設定依次觸發（對於上面的代碼，就是觀察者Subscriber 將會被調用三次 onNext() 和一次 onCompleted()）。

這樣，由被觀察者調用了觀察者的回調方法，就實現了由被觀察者向觀察者的事件傳遞，即觀察者模式。

4.2.2. Obsevable.just(T...)

create() 方法是 RxJava 最基本的建立事件序列的方法。基於這個方法，RxJava 還提供了一些方法用於快捷建立事件隊列，例如 just() 方法：

Observable observable = Observable.just("Hello", "Hi", "Aloha");
// 將會依次調用方法序列：onNext("Hello") -> onNext("Hi") -> onCompleted()
複製代碼

4.2.3. Obsevable.from(T[])和from(Iterable<? extends T>)

將傳入的數組或 Iterable 拆分紅具體對象後，依次發送給觀察者，示例以下：

String[] words = {"Hello", "Hi", "Aloha"};
Observable observable = Observable.from(words);
// 將會依次調用方法序列：onNext("Hello") -> onNext("Hi") -> onCompleted()
複製代碼

4.3. Subscribe關聯

建立了 Observable 和 Observer 以後，再用 subscribe() 方法將它們關聯起來，整條鏈子就能夠工做了。代碼很簡單：

observable.subscribe(observer);
// 或者
observable.subscribe(subscriber);
複製代碼

可能會注意到，subscribe() 這個方法有點怪：它看起來是『observable 訂閱了 observer / subscriber』，而不是『observer / subscriber 訂閱了 observable』。這看起來就像『雜誌訂閱了讀者』同樣顛倒了對象關係。

這讓人讀起來有點彆扭，不過若是把 API 設計成『observer.subscribe(observable) / subscriber.subscribe(observable)』，雖然更加符合思惟邏輯，但對流式 API 的設計就形成影響了，比較起來明顯是得不償失的。

Observable.subscribe(Subscriber) 的內部實現是這樣的(核心代碼):

public Subscription subscribe(Subscriber subscriber) {
    subscriber.onStart();
    onSubscribe.call(subscriber);
    return subscriber;
}
複製代碼

能夠看到subscriber() 作了3件事：

(a). 調用Subscriber.onStart()

這個方法在前面已經介紹過，是一個可選的準備方法。

(b). 調用Observable中的OnSubscribe.call(Subscriber)

事件發送的邏輯開始運行。從這也能夠看出，在RxJava中，Observable並非在建立的時候就當即開始發送事件，而是在它被訂閱的時候，即當subscribe()方法執行的時候。

(c). 返回Subscription

將傳入的Subscriber做爲Subscription返回。這是爲了方便後面的unsubscribe()。

整個過程當中對象間的關係以下圖：

或者能夠看動圖：

除了 subscribe(Observer) 和 subscribe(Subscriber) ，subscribe() 還支持不完整定義的回調，RxJava 會自動根據定義建立出 Subscriber。形式以下：

Action1<String> onNextAction = new Action1<String>() {
    // onNext()
    @Override
    public void call(String s) {
        Log.d(tag, s);
    }
};
Action1<Throwable> onErrorAction = new Action1<Throwable>() {
    // onError()
    @Override
    public void call(Throwable throwable) {
        // Error handling
    }
};
Action0 onCompletedAction = new Action0() {
    // onCompleted()
    @Override
    public void call() {
        Log.d(tag, "completed");
    }
};

// 自動建立 Subscriber ，並使用 onNextAction 來定義 onNext()
observable.subscribe(onNextAction);
// 自動建立 Subscriber ，並使用 onNextAction 和 onErrorAction 來定義 onNext() 和 onError()
observable.subscribe(onNextAction, onErrorAction);
// 自動建立 Subscriber ，並使用 onNextAction、 onErrorAction 和 onCompletedAction 來定義 onNext()、 onError() 和 onCompleted()
observable.subscribe(onNextAction, onErrorAction, onCompletedAction);
複製代碼

簡單解釋一下這段代碼中出現的 Action1 和 Action0。

Action0

Action0 是 RxJava 的一個接口，它只有一個方法 call()，這個方法是無參無返回值的。因爲 onCompleted() 方法也是無參無返回值的，所以 Action0 能夠被當成一個包裝對象，將 onCompleted() 的內容打包起來將本身做爲一個參數傳入 subscribe() 以實現不完整定義的回調。

Action1

Action1 也是一個接口，它一樣只有一個方法 call(T param)，這個方法也無返回值，但有一個參數。與 Action0 同理，因爲 onNext(T obj) 和 onError(Throwable error) 也是單參數無返回值的，所以 Action1 能夠將 onNext(obj) 和 onError(error) 打包起來傳入 subscribe() 以實現不完整定義的回調。

事實上，雖然 Action0 和 Action1 在 API 中使用最普遍，但 RxJava 提供了多個 ActionX 形式的接口 (例如: Action2, Action3)，它們能夠被用以包裝不一樣的無返回值的方法。

4.4. 場景示例

4.4.1. 打印字符串數組

將字符串數組 names 中的全部字符串依次打印出來：

String[] names = ...;
Observable.from(names)
    .subscribe(new Action1<String>() {
        @Override
        public void call(String name) {
            Log.d(tag, name);
        }
    });
複製代碼

4.4.2. 由ID取得圖片顯示

int drawableRes = ...;
ImageView imageView = ...;

Observable.create(new OnSubscribe<Drawable>() {
    @Override
    public void call(Subscriber<? super Drawable> subscriber) {
        Drawable drawable = getTheme().getDrawable(drawableRes));
        subscriber.onNext(drawable);
        subscriber.onCompleted();
    }
}).subscribe(new Observer<Drawable>() {
    @Override
    public void onNext(Drawable drawable) {
        imageView.setImageDrawable(drawable);
    }

    @Override
    public void onCompleted() {
    }

    @Override
    public void onError(Throwable e) {
        Toast.makeText(activity, "Error!", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
});
複製代碼

正如上面兩個例子這樣，建立出 Observable 和 Subscriber，再用 subscribe() 將它們串起來，一次 RxJava 的基本使用就完成了，很是簡單！

然而。

小結

在 RxJava 的默認規則中，事件的發出和消費都是在同一個線程的。也就是說，若是隻用上面的方法，實現出來的只是一個同步的觀察者模式。觀察者模式自己的目的就是『後臺處理，前臺回調』的異步機制，所以異步對於 RxJava 是相當重要的。而要實現異步，則須要用到 RxJava 的另外一個核心的概念 Scheduler，後續將給出詳細介紹。

歡迎關注技術公衆號：零壹技術棧