理解RxJava線程模型

RxJava作為目前一款超火的框架，它便捷的線程切換一直被人們津津樂道，本文從源碼的角度，來對RxJava的線程模型做一次深入理解。（注：本文的多處代碼都並非原本的RxJava的源碼，而是用來說明邏輯的偽代碼）

入手體驗

RxJava 中切換線程非常簡單，例如最常見的異步線程處理，主線程回調的模型，可以很優雅的用如下代碼來做處理：

1. Observable.just("magic")
2. .map(str -> doExpensiveWork(str))
3. .subscribeOn(Schedulers.io())
4. .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
5. .subscribe(obj -> System.out.print(String.valueOf(obj)));

如上,subscribeOn(Schedulers.io())保證了doExpensiveWork 函數發生在io線程，observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())保證了subscribe 回調發生在Android 的主線程。所以，這自然而然的引出了本文的關鍵點，subscribeOn與observeOn到底區別在哪里？

流程淺析

要想回答上面的問題，我們首先需要對RxJava的流程有大體了解，一個Observable從產生，到最終執行subscribe,中間可以經歷n個變換，每次變換會產生一個新的Observable,就像奧運開幕的傳遞火炬一樣，每次火炬都會傳遞到下一個人，最終點燃聖火的是最后一個火炬手，即最終執行subscribe操作的是最后一個Observable,所以，每個Observable之間必須有聯系，這種關系在代碼中的體現就是，每個變換后的Observable都會持有上一個Observable 中OnSubscribe對象的引用（Observable.create 函數所需的參數），最終 Observable的subscribe函數中的關鍵代碼是這一句：

1. observable.onSubscribe.call(subscriber)

這個observable就是最后一個變換后的observable，那這個onSubscribe對象是誰呢？如何一個observable沒有經過任何變換，直接執行了subscribe，當然就是我們在create中傳入的onSubscribe， 但如果中間經過map、reduce等變換，這個onSubscribe顯然就應該是創建變換后的observable傳入的參數，大部分變換最終都交由lift函數：

1. public final <R> Observable<R> lift(final Operator<? extends R, ? super T> operator) {
2. return new Observable<R>(new OnSubscribeLift<T, R>(onSubscribe, operator));
3. }

所以，上文所提到的onSubscribe對象應該是OnSubscribeLift的實例，而這個OnSubscribeLift所接收的兩個參數，一個是前文提到的，上一個Observable中的OnSubscribe對象，而operator則是每種變換的一個抽象接口。再來看這個OnSubscribeLift對象的call方法：

1. public void call(Subscriber<? super R> o) {
2. Subscriber<? super T> st = operator.call(o);
3. parent.call(st);
4. ｝

operator與parent就是前文提到的兩個參數，可見，operator接口會擁有call方法，接收一個Subscriber， 並返回一個新的Subscriber對象，而接下來的parent.call(st)是回調上一層observable的onSubscribe的call方法,這樣如此繼續，一直到一個onSubscribe截止。這樣我們首先理清了一條線路，就是從最后一個observable的subscribe后，OnSubscribe調用的順序是從后向前的。

這就帶來了另外一個疑問，從上面的代碼可以看到，在執行parent.call(st)之前已經執行了operator.call(o)方法，如果call方法里就把變換的操作執行了的話，那似乎變換也會是從后向前傳遞的呀？所以這個operator.call方法絕對不是我們想象的那么簡單。這里以map操作符為例，看源碼：

1. public Subscriber<? super T> call(final Subscriber<? super R> s) {
2. MapSubscriber<T, R> parent = new MapSubscriber<T, R>(o, transformer);
3. o.add(parent);
4. return parent;
5. }

這里果然沒有執行變換操作，而是生成一個MapSubscriber對象，這里需要注意MapSubscriber構造函數的兩個參數，transformer是真正要執行變換的Func1對象，這很好理解，那對於o這個Subscriber是哪一個呢？什么意思？舉個🌰：

o1 -> o2 -> subscribe(Subscriber s0);

o1 經過map操作變為o2， o2執行subscribe操作，如果你理解上文可以知道，這段流程的執行順序為s0會首先傳遞給o2， o2的lift操作會將s0轉換為s1傳遞給o1, 那么在生成o2 這個map操作的 call(final Subscriber<? super R> s)方法中，s值得是誰呢？是s0還是s1呢？答案應該是s0，也就是它的下一級Subscriber，原因很簡單，call方法中返回的MapSubscriber對象parent才是s1.

所以，我們來看一下MapSubscriber的onNext方法做了什么呢？

1. public void onNext(T t) {
2. R result;
3. result = transformer.call(t);
4. s.onNext(result);
5. }

很明了，首先執行變換，然后回調下一級的onNext函數。

至此，一個observable從初始，到變換，再到subscribe，我們已經對整個流程有了大體了解。簡單來講一個o1經過map變為o2,可以理解為o2對o1做了一層hook，會經歷兩次流程，首先是onSubscribe對象的call流程會從o2流向o1,我們簡稱流程a，到達o1后,o1又會出發Subscriber的onNext系列流程，簡稱流程b,流程b才是真正執行變換的流程，其走向是從o1流向o2.理解了這個，我們就可以更近一步的理解RxJava中線程的模型了。

tip： 一定要深刻理解流程a與流程b的區別。這對下文理解線程切換至關重要。

切換方式

RxJava對線程模型的抽象是Scheduler，這是一個抽象類，包含一個抽象方法：

1. public abstract Worker createWorker();

這個Worker是何方神聖呢？它其實是Scheduler的抽象內部類，主要 包含兩個抽象方法：

1. 1) public abstract Subscription schedule(Action0 action);
3. 2) public abstract Subscription schedule(final Action0 action, final long delayTime, final TimeUnit unit);

可見，Worker才是線程執行的主力，兩個方法一個用與立即執行任務，另一個用與執行延時任務。而Scheduler是Worker的工廠，用於對外提供Worker。

RxJava中共有兩種常見的方式來切換線程，分別是subscribeOn變換與observeOn變換，這兩者接收的參數都是Scheduler。接下來從源碼層面來對比這兩者的差別。

subscribeOn

首先看subscribeOn的部分

1. public final Observable<T> subscribeOn(Scheduler scheduler) {
2. return create(new OperatorSubscribeOn<T>(this, scheduler));
3. }

create一個新的Observable，傳入的參數是OperatorSubscribeOn，很明顯這應該是OnSubscribe的一個實現，關注這個OperatorSubscribeOn的call實現方法：

1. public void call(final Subscriber<? super T> subscriber) {
2. final Worker inner = scheduler.createWorker();
3. inner.schedule(new Action0() {
4. @Override
5. public void call() {
6. final Thread t = Thread.currentThread();
8. Subscriber<T> s = new Subscriber<T>(subscriber) {
9. @Override
10. public void onNext(T t) {
11. subscriber.onNext(t);
12. }
14. ...
16. };
18. source.unsafeSubscribe(s);
19. }
20. });
21. }

這里比較關鍵了，上文提到了流程a與流程b，首先明確一點，這個call方法的執行時機是流程a，也就是說這個call發生在流程b之前，call方法里首先通過外部傳入的scheduler創建Worker - inner對象，接着在inner中執行了一段代碼，神奇了，Action0中call方法這段代碼就在worker線程中執行了，也就是此刻程進行了切換。注意最后一句代碼source.unsafeSubscribe(s)，source 代表創建OperatorSubscribeOn對象是傳進來的上一個Observable, 這句的源碼如下：

1. public final Subscription unsafeSubscribe(Subscriber<? super T> subscriber) {
2. return onSubscribe.call(subscriber);
3. }

和上文提到的lift方法中OnSubscribeLift對象的call方法中parent.call(st)作用類似，就是將當前的Observable與上一個Observable通過onSubscribe關聯起來。

至此，我們可以大致了解了subscribeOn的原理，它會在流程a就進行了線程切換，但由於流程a上實際上都是Observable之間串聯關系的代碼，並且是從后面的Observable流向前面的Observable，這帶來的一個隱含意思就是，對於流程b而言，最早的subscribeOn會屏蔽其后面的subscribeOn！ 比如：

1. Observable.just("magic")
2. .map(file -> doExpensiveWork(file))
3. .subscribeOn(Schedulers.io())
4. .subscribeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
5. .subscribe(obj -> doAction(obj)));

這段代碼中無論是doExpensiveWork函數還是doAction函數，都會在io線程出觸發。

observeOn

理解了subscribeOn，那理解observeOn就會更容易一下，observeOn函數最終會轉換到這個函數：

1. public final Observable<T> observeOn(Scheduler scheduler, boolean delayError, int bufferSize) {
2. return lift(new OperatorObserveOn<T>(scheduler, delayError, bufferSize));
3. }

很明顯，這是做了一次lift操作，我們需要關注OperatorObserveOn這個Operator，查看其call方法：

1. public Subscriber<? super T> call(Subscriber<? super T> child) {
2. ObserveOnSubscriber<T> parent = new ObserveOnSubscriber<T>(scheduler, child, delayError, bufferSize);
3. parent.init();
4. return parent;
5. }

這里返回的是一個ObserveOnSubscriber對象，我們關注這個Subscriber的onNext函數，

1. public void onNext(final T t) {
2. schedule();
3. }

它只是簡單的執行了schedule函數，來看下這個schedule：

1. protected void schedule() {
2. recursiveScheduler.schedule(this);
3. }

這里亂入的recursiveScheduler.schedule是什么鬼？它並不神奇，它就是ObserveOnSubscriber構造函數傳進來的scheduler創建的worker：

1. this.recursiveScheduler = scheduler.createWorker();

所以，magic再次產生，observeOn在其onNext中進行了線程的切換，那這個onNext是在什么時候執行的呢？通過上文可知，是在流程b中。所以observeOn會影響其后面的流程，直到出現下一次observeOn或者結束。

周邊技巧

線程模型的選擇

RxJava為我們內置了幾種線程模型，主要區別如下：

• computation

  內部是一個線程，線程池的大小cpu核數：Runtime.getRuntime().availableProcessors(),這種線程比較適合做純cpu運算，如求100億以內的斐波那契數列的和之類。

• newThread

  每次createWorker都會生成一個新的線程。

• io

  與newThread類似，但內部是一個沒有上線的線程池，一般來講，使用io會比newThread好一些，因為其內部的線程池可以重用線程。

• immediate

  在當前線程立即執行

• trampoline

  在當前線程執行，與immediate不同的是，它並不會立即執行，而是將其存入隊列，等待當前Scheduler中其它任務執行完畢后執行，這個在我們時常使用的並不多，它主要服務於repeat ，retry這類特殊的變換操作。

• from

  接收一個Executor，允許我們自定義Scheduler。

Scheduler.Worker強勢搶鏡

其實RxJava中的Worker完全可以抽出來為我所用，如下面這種寫法，就是新開線程執行了一個action。

1. Scheduler.Worker worker = Schedulers. newThread().createWorker();
2. worker.schedule(new Action0() {
3. @Override
4. public void call() {
5. throw new RuntimeException("surprise");
6. }
7. });

當然，你要選擇合適的時機去關閉（unsubscribe）worker來釋放資源。

自帶光環的操作符

某些操作符是有默認的線程模型的，比如前文提到的repeat 與retry會默認在trampoline線程模型下執行， buffer ，debounce之類會默認切換到computation。這里不做深入探討，只是當你遇到某些問題時記得，有些人物是自帶裝備與光環的。

總結

理解RxJava的線程模型最重要的是要與我們平常對異步的理解來區分開：

2. doAsync("magic", new Callback() {
3. @Override
4. public void handle(Object msg) {
5. a) ....
6. }
7. });
9. b)....

這是之前我們常寫的代碼，通常只會區分UI線程和非UI 線程，doAsync函數開始后，程序進行了分流，一個線程在執行一個doAsync， 另一個線程在執行b段代碼。RxJava另辟蹊徑，對整個線程做了抽象，RxJava的處理順序像一條流水，這不僅僅表現在代碼寫起來像一條鎖鏈上，邏輯上也是如此，對Observable自身而言，更改線程只是變換了流水前進的軌道，並不是進行分流，Android中常見 非UI線程處理數據，UI 線程展示數據也只是這條流水變換的一種方式。

就我個人的理解，對於RxJava的線程切換，把它理解為異步，非異步，阻塞，非阻塞都有些不恰當，暫且只能理解為變換。so amazing！