An API for asynchronous programming with observable streams.
ReactiveX is a combination of the best ideas from the Observer pattern, the Iterator pattern, and functional programming.
ReactiveX 使用可觀察數據流進行異步編程的API。
ReactiveX結合了觀察者模式、迭代器模式和函數式編程的精華。html
關於Reactive(本文統一譯做響應式),有一個The Reactive Manifesto【響應式宣言】:響應式系統(Reactive System)具有如下特質:即時響應性(Responsive)、回彈性(Resilient)、彈性(Elastic)以及消息驅動(Message Driven)。react
很顯然開發一個響應式系統,並不簡單。
那本文就來說一講如何基於Rx.NET進行響應式編程,進而開發更加靈活、鬆耦合、可伸縮的響應式系統。git
在開始以前呢,咱們有必要了解下幾種編程範式:命令式編程、聲明式編程、函數式編程和響應式編程。github
命令式編程:命令式編程的主要思想是關注計算機執行的步驟,即一步一步告訴計算機先作什麼再作什麼。數據庫
//1. 聲明變量 List<int> results = new List<int>(); //2. 循環變量 foreach(var num in Enumerable.Range(1,10)) { //3. 添加條件 if (num > 5) { //4. 添加處理邏輯 results.Add(num); Console.WriteLine(num); } }
聲明式編程:聲明式編程是以數據結構的形式來表達程序執行的邏輯。它的主要思想是告訴計算機應該作什麼,但不指定具體要怎麼作。編程
var nums = from num in Enumerable.Range(1,10) where num > 5 select num
函數式編程:主要思想是把運算過程儘可能寫成一系列嵌套的函數調用。api
Enumerable.Range(1, 10).Where(num => num > 5).ToList().ForEach(Console.WriteLine);
響應式編程:響應式編程是一種面向數據流和變化傳播的編程範式,旨在簡化事件驅動應用的實現。響應式編程專一於如何建立依賴於變動的數據流並對變化作出響應。緩存
IObservable<int> nums = Enumerable.Range(1, 10).ToObservable(); IDisposable subscription = nums.Where(num => num > 5).Subscribe(Console.WriteLine); subscription.Dispose();
從一個簡單的Demo開始。
假設咱們如今模擬電熱壺燒水,實時輸出當前水溫,通常咱們會這樣作:安全
Enumerable.Range(1, 100).ToList().ForEach(Console.WriteLine); // do something else. 阻塞
假設當前程序是智能家居的中控設備,不只控制電熱壺燒水,還控制其餘設備,爲了不阻塞主線程。通常咱們會建立一個Thread或Task去作。服務器
Task.Run(() => Enumerable.Range(1, 100).ToList().ForEach(Console.WriteLine)); // do something else. 非阻塞
假設如今咱們不只要在控制檯輸出並且還要實時經過揚聲器報警。這時咱們應該想到委託和事件。
class Heater { private delegate void TemperatureChanged(int temperature); private event TemperatureChanged TemperatureChangedEvent; public void BoilWater() { TemperatureChangedEvent += ShowTemperature; TemperatureChangedEvent += MakeAlerm; Task.Run( () => Enumerable.Range(1, 100).ToList().ForEach((temperature) => TemperatureChangedEvent(temperature)) ); } private void ShowTemperature(int temperature) { Console.WriteLine($"當前溫度:{temperature}"); } private void MakeAlerm(int temperature) { Console.WriteLine($"嘟嘟嘟,當前水溫{temperature}"); } } class Program { static void Main(string[] args) { Heater heater = new Heater(); heater.BoilWater(); } }
瞬間代碼量就上去了。可是藉助Rx.NET,咱們能夠簡化成如下代碼:
var observable = Enumerable.Range(1, 100).ToObservable(NewTheadScheduler.Default);//申明可觀察序列 Subject<int> subject = new Subject<int>();//申明Subject subject.Subscribe((temperature) => Console.WriteLine($"當前溫度:{temperature}"));//訂閱subject subject.Subscribe((temperature) => Console.WriteLine($"嘟嘟嘟,當前水溫:{temperature}"));//訂閱subject observable.Subscribe(subject);//訂閱observable
僅僅經過如下三步:
ToObservable
將枚舉序列轉換爲可觀察序列。NewTheadScheduler.Default
來指定在單獨的線程進行枚舉。Subscribe
方法進行事件註冊。Subject
進行多播傳輸經過以上咱們能夠看到Rx.NET大大簡化了事件處理的步驟,而這只是Rx的冰山一角。
Reactive Extensions(Rx)是一個爲.NET應用提供響應式編程模型的庫,用來構建異步基於事件流的應用,經過安裝System.Reactive
Nuget包進行引用。Rx將事件流抽象爲Observable sequences(可觀察序列)表示異步數據流,使用LINQ運算符查詢異步數據流,並使用Scheduler
來控制異步數據流中的併發性。簡單地說:Rx = Observables + LINQ + Schedulers。
在軟件系統中,事件是一種消息用於指示發生了某些事情。事件由Event Source(事件源)引起並由Event Handler(事件處理程序)使用。
在Rx中,事件源能夠由observable表示,事件處理程序能夠由observer表示。
可是應用程序使用的數據如何表示呢,例如數據庫中的數據或從Web服務器獲取的數據。而在應用程序中咱們通常處理的數據無外乎兩種:靜態數據和動態數據。 但不管使用何種類型的數據,其均可以做爲流來觀察。換句話說,數據流自己也是可觀察的。也就意味着,咱們也能夠用observable來表示數據流。
講到這裏,Rx.NET的核心也就一目瞭然了:
在Rx中,分別使用IObservable<T>
和IObserver<T>
接口來表示可觀察序列和觀察者。它們預置在system命名空間下,其定義以下:
public interface IObservable<out T> { //Notifies the provider that an observer is to receive notifications. IDisposable Subscribe(IObserver<T> observer); } public interface IObserver<in T> { //Notifies the observer that the provider has finished sending push-based notifications. void OnCompleted(); //Notifies the observer that the provider has experienced an error condition. void OnError(Exception error); //Provides the observer with new data. void OnNext(T value); }
建立IObservable<T>
主要有如下幾種方式:
1. 直接實現IObservable<T>
接口
2. 使用Observable.Create
建立
Observable.Create<int>(observer=>{ for (int i = 0; i < 5; i++) { observer.OnNext(i); } observer.OnCompleted(); return Disposable.Empty; })
3. 使用Observable.Deffer
進行延遲建立(當有觀察者訂閱時才建立)
好比要鏈接數據庫進行查詢,若是沒有觀察者,那麼數據庫鏈接會一直被佔用,這樣會形成資源浪費。使用Deffer能夠解決這個問題。
Observable.Defer(() => { var connection = Connect(user, password); return connection.ToObservable(); });
4. 使用Observable.Generate
建立迭代類型的可觀察序列
IObservable<int> observable = Observable.Generate( 0, //initial state i => i < 10, //condition (false means terminate) i => i + 1, //next iteration step i => i * 2); //the value in each iteration
5. 使用Observable.Range
建立指定區間的可觀察序列
IObservable<int> observable = Observable.Range (0, 10).Select (i => i * 2);
6. 建立特殊用途的可觀察序列
Observable.Return ("Hello World");//建立單個元素的可觀察序列 Observable.Never<string> ();//建立一個空的永遠不會結束的可觀察序列 Observable.Throw<ApplicationException> ( new ApplicationException ("something bad happened"))//建立一個拋出指定異常的可觀察序列 Observable.Empty<string> ()//建立一個空的當即結束的可觀察序列
7. 使用ToObservable
轉換IEnumerate
和Task類型
Enumerable.Range(1, 10).ToObservable(); IObservable<IEnumerable<string>> resultsA = searchEngineA.SearchAsync(term).ToObservable();
8. 使用Observable.FromEventPattern<T>
和Observable.FromEvent<TDelegate, TEventArgs>
進行事件的轉換
public delegate void RoutedEventHandler(object sender, System.Windows.RoutedEventArgs e) IObservable<EventPattern<RoutedEventArgs>> clicks = Observable.FromEventPattern<RoutedEventHandler, RoutedEventArgs>( h => theButton.Click += h, h => theButton.Click -= h); clicks.Subscribe(eventPattern => output.Text += "button clicked" + Environment.NewLine);
9. 使用Observable.Using
進行資源釋放
IObservable<string> lines = Observable.Using ( () => File.OpenText ("TextFile.txt"), // opens the file and returns the stream we work with stream => Observable.Generate ( stream, //initial state s => !s.EndOfStream, //we continue until we reach the end of the file s => s, //the stream is our state, it holds the position in the file s => s.ReadLine ()) //each iteration will emit the current line (and moves to the next) );
10. 使用Observable.Interval
建立指定間隔可觀察序列
11. 使用Observable.Timer
建立可觀察的計時器
建立完IObservable
下面經過圖示來解釋經常使用操做符的做用:
基於以上示例,咱們瞭解到,藉助Rx能夠簡化事件模型的實現,而其實質上就是對觀察者模式的擴展。提到觀察者模式,咱們知道一個Subject能夠被多個觀察者訂閱,從而完成消息的多播。一樣,在Rx中,也引入了Subject用於多播消息傳輸,不過Rx中的Subject具備雙重身份——便是觀察者也是被觀察者。
interface ISubject<in TSource, out TResult> : IObserver<TSource>,IObservable<TResult> { }
Rx中默認提供瞭如下四種實現:
Subject
AsyncSubject
ReplaySubject
BehaviorSubject
但對於第一種Subject<T>
有一點須要指出,當其有多個觀察者序列時,一旦其中一箇中止發送消息,則Subject就中止廣播全部其餘序列後續發送的任何消息。
對於Observable,它們是有溫度的,有冷熱之分。它們的區別以下圖所示:
Cold Observable:有且僅當有觀察者訂閱時才發送通知,且每一個觀察者獨享一份完整的觀察者序列。
Hot Observable:無論有無觀察者訂閱都會發送通知,且全部觀察者共享同一份觀察者序列。
在Rx中,使用Scheduler來控制併發。而對於Scheduler咱們能夠理解爲程序調度,經過Scheduler來規定在什麼時間什麼地點執行什麼事情。Rx提供瞭如下幾種Scheduler:
舉例而言:
Observable.Return("Hello",NewThreadScheduler.Default) .Subscribe(str=>Console.WriteLine($"{str} on ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}") ); Console.WriteLine($"Current ThreadId:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); 以上輸出: Current ThreadId:1 Hello on ThreadId:4
羅裏吧嗦的總算把《Rx.NET In Action》這本書的內容大體梳理了一遍,對Rx也有了一個更深的認識,Rx擴展了觀察者模式用於支持數據和事件序列,內置系列操做符容許咱們以聲明式的方式組合這些序列,且無需關注底層的實現進行事件驅動開發:如線程、同步、線程安全、併發數據結構和非阻塞IO。
但事無鉅細,不免疏漏。對響應式編程有興趣的不妨拜讀下此書,相信對你會大有裨益。
參考資料:
Rx.NET in Action.pdf
ReactiveX
.Net中的反應式編程(Reactive Programming)