前言
通过前面五个篇幅的介绍，相信大家对RxJava的基本使用以及操作符应该有了一定的认识。但是知其然还要知其所以然；所以从这一章开始我们聊聊源码，分析RxJava的实现原理。本文我们主要从三个方面来分析RxJava的实现：
- RxJava基本流程分析
- 操作符原理分析
- 线程调度原理分析
本章节基于RxJava1.1.9版本的源码
一、RxJava执行流程分析
在RxJava系列2(基本概念及使用介绍)中我们介绍过，一个最基本的RxJava调用是这样的：
示例A
Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() {
@Override
public void call(Subscriber<? super String> subscriber) {
subscriber.onNext("Hello RxJava!");
subscriber.onCompleted();
}
}).subscribe(new Subscriber<String>() {
@Override
public void onCompleted() {
System.out.println("completed!");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
}
@Override
public void onNext(String s) {
System.out.println(s);
}
});
首先调用Observable.create()创建一个被观察者Observable，同时创建一个OnSubscribe作为create()方法的入参；接着创建一个观察者Subscriber，然后通过subseribe()实现二者的订阅关系。这里涉及到三个关键对象和一个核心的方法：
- Observable（被观察者）
- OnSubscribe (从纯设计模式的角度来理解，
OnSubscribe.call()可以看做是观察者模式中被观察者用来通知观察者的notifyObservers()方法) - Subscriber （观察者）
- subscribe() （实现观察者与被观察者订阅关系的方法）
1、Observable.create()源码分析
首先我们来看看Observable.create()的实现:
public static <T> Observable<T> create(OnSubscribe<T> f) {
return new Observable<T>(RxJavaHooks.onCreate(f));
}
这里创建了一个被观察者Observable，同时将RxJavaHooks.onCreate(f)作为构造函数的参数，源码如下：
protected Observable(OnSubscribe<T> f) {
this.onSubscribe = f;
}
我们看到源码中直接将参数RxJavaHooks.onCreate(f)赋值给了当前我们构造的被观察者Observable的成员变量onSubscribe。那么RxJavaHooks.onCreate(f)返回的又是什么呢？我们接着往下看：
public static <T> Observable.OnSubscribe<T> onCreate(Observable.OnSubscribe<T> onSubscribe) {
Func1<OnSubscribe, OnSubscribe> f = onObservableCreate;
if (f != null) {
return f.call(onSubscribe);
}
return onSubscribe;
}
由于我们并没调用RxJavaHooks.initCreate()，所以上面代码中的onObservableCreate为null；因此RxJavaHooks.onCreate(f)最终返回的就是f，也就是我们在Observable.create()的时候new出来的OnSubscribe。（由于对RxJavaHooks的理解并不影响我们对RxJava执行流程的分析，因此在这里我们不做进一步的探讨。为了方便理解我们只需要知道RxJavaHooks一系列方法的返回值就是入参本身就OK了，例如这里的RxJavaHooks.onCreate(f)返回的就是f）。
至此我们做下逻辑梳理：Observable.create()方法构造了一个被观察者Observable对象，同时将new出来的OnSubscribe赋值给了该Observable的成员变量onSubscribe。
2、Subscriber源码分析
接着我们看下观察者Subscriber的源码，为了增加可读性，我去掉了源码中的注释和部分代码。
public abstract class Subscriber<T> implements Observer<T>, Subscription {
private final SubscriptionList subscriptions;//订阅事件集，所有发送给当前Subscriber的事件都会保存在这里
...
protected Subscriber(Subscriber<?> subscriber, boolean shareSubscriptions) {
this.subscriber = subscriber;
this.subscriptions = shareSubscriptions && subscriber != null ? subscriber.subscriptions : new SubscriptionList();
}
...
@Override
public final void unsubscribe() {
subscriptions.unsubscribe();
}
@Override
public final boolean isUnsubscribed() {
return subscriptions.isUnsubscribed();
}
public void onStart() {
}
...
}
public interface Subscription {
void unsubscribe();
boolean isUnsubscribed();
}
Subscriber实现了Subscription接口，从而对外提供isUnsubscribed()和unsubscribe()方法。前者用于判断是否已经取消订阅；后者用于将订阅事件列表(也就是当前观察者的成员变量subscriptions)中的所有Subscription取消订阅，并且不再接受观察者Observable发送的后续事件。
3、subscribe()源码分析
前面我们分析了观察者和被观察者相关的源码，那么接下来便是整个订阅流程中最最关键的环节了。
public final Subscription subscribe(Subscriber<? super T> subscriber) {
return Observable.subscribe(subscriber, this);
}
static <T> Subscription subscribe(Subscriber<? super T> subscriber, Observable<T> observable) {
...
subscriber.onStart();
if (!(subscriber instanceof SafeSubscriber)) {
subscriber = new SafeSubscriber<T>(subscriber);
}
try {
RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe).call(subscriber);
return RxJavaHooks.onObservableReturn(subscriber);
} catch (Throwable e) {
...
return Subscriptions.unsubscribed();
}
}
subscribe()方法中将传进来的subscriber包装成了SafeSubscriber，SafeSubscriber其实是subscriber的一个代理，对subscriber的一系列方法做了更加严格的安全校验。保证了onCompleted()和onError()只会有一个被执行且只执行一次，一旦它们其中方法被执行过后onNext()就不在执行了。
上述代码中最关键的就是RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe).call(subscriber)。这里的RxJavaHooks和之前提到的一样，RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe)返回的正是他的第二个入参observable.onSubscribe，也就是当前observable的成员变量onSubscribe。而这个成员变量我们前面提到过，它是我们在Observable.create()的时候new出来的。所以这段代码可以简化为onSubscribe.call(subscriber)。这也印证了我在RxJava系列2(基本概念及使用介绍)中说的，onSubscribe.call(subscriber)中的subscriber正是我们在subscribe()方法中new出来的观察者。
到这里，我们对RxJava的执行流程做个总结：首先我们调用crate()创建一个观察者，同时创建一个OnSubscribe作为该方法的入参；接着调用subscribe()来订阅我们自己创建的观察者Subscriber。
一旦调用subscribe()方法后就会触发执行OnSubscribe.call()。然后我们就可以在call方法调用观察者subscriber的onNext(),onCompleted(),onError()。
最后我用张图来总结下之前的分析结果：
二、操作符原理分析
之前我们介绍过几十个操作符，要一一分析它们的源码显然不太现实。在这里我抛砖引玉，选取一个相对简单且常用的map操作符来分析。
我们先来看一个map操作符的简单应用：
示例B
Observable.create(new Observable.OnSubscribe<Integer>() {
@Override
public void call(Subscriber<? super Integer> subscriber) {
subscriber.onNext(1);
subscriber.onCompleted();
}
}).map(new Func1<Integer, String>() {
@Override
public String call(Integer integer) {
return "This is " + integer;
}
}).subscribe(new Subscriber<String>() {
@Override
public void onCompleted() {
System.out.println("onCompleted!");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
@Override
public void onNext(String s) {
System.out.println(s);
}
});
为了便于表述，我将上面的代码做了如下拆解：
Observable<Integer> observableA = Observable.create(new Observable.OnSubscribe<Integer>() {
@Override
public void call(Subscriber<? super Integer> subscriber) {
subscriber.onNext(1);
subscriber.onCompleted();
}
});
Subscriber<String> subscriberOne = new Subscriber<String>() {
@Override
public void onCompleted() {
System.out.println("onCompleted!");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
@Override
public void onNext(String s) {
System.out.println(s);
}
};
Observable<String> observableB =
observableA.map(new Func1<Integer, String>() {
@Override
public String call(Integer integer) {
return "This is " + integer;;
}
});
observableB.subscribe(subscriberOne);
map()的源码和上一小节介绍的create()一样位于Observable这个类中。
public final <R> Observable<R> map(Func1<? super T, ? extends R> func) {
return create(new OnSubscribeMap<T, R>(this, func));
}
通过查看源码我们发现调用map()的时候实际上是创建了一个新的被观察者Observable，我们姑且称它为ObservableB；一开始通过Observable.create()创建的Observable我们称之为ObservableA。在创建ObservableB的时候同时创建了一个OnSubscribeMap，而ObservableA和变换函数Func1则作为构造OnSubscribeMap的参数。
public final class OnSubscribeMap<T, R> implements OnSubscribe<R> {
final Observable<T> source;//ObservableA
final Func1<? super T, ? extends R> transformer;//map操作符中的转换函数Func1。T为转换前的数据类型，在上面的例子中为Integer；R为转换后的数据类型，在该例中为String。
public OnSubscribeMap(Observable<T> source, Func1<? super T, ? extends R> transformer) {
this.source = source;
this.transformer = transformer;
}
@Override
public void call(final Subscriber<? super R> o) {//结合第一小节的分析结果，我们知道这里的入参o其实就是我们自己new的观察者subscriberOne。
MapSubscriber<T, R> parent = new MapSubscriber<T, R>(o, transformer);
o.add(parent);
source.unsafeSubscribe(parent);
}
static final class MapSubscriber<T, R> extends Subscriber<T> {
final Subscriber<? super R> actual;//这里的actual就是我们在调用subscribe()时创建的观察者mSubscriber
final Func1<? super T, ? extends R> mapper;//变换函数
boolean done;
public MapSubscriber(Subscriber<? super R> actual, Func1<? super T, ? extends R> mapper) {
this.actual = actual;
this.mapper = mapper;
}
@Override
public void onNext(T t) {
R result;
try {
result = mapper.call(t);
} catch (Throwable ex) {
Exceptions.throwIfFatal(ex);
unsubscribe();
onError(OnErrorThrowable.addValueAsLastCause(ex, t));
return;
}
actual.onNext(result);
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
...
actual.onError(e);
}
@Override
public void onCompleted() {
...
actual.onCompleted();
}
@Override
public void setProducer(Producer p) {
actual.setProducer(p);
}
}
}
OnSubscribeMap实现了OnSubscribe接口，因此OnSubscribeMap就是一个OnSubscribe。在调用map()的时候创建了一个新的被观察者ObservableB，然后我们用ObservableB.subscribe(subscriberOne)订阅了观察者subscriberOne。结合我们在第一小节的分析结果，所以OnSubscribeMap.call(o)中的o就是subscribe(subscriberOne)中的subscriberOne；一旦调用了ObservableB.subscribe(subscriberOne)就会执行OnSubscribeMap.call()。
在call()方法中，首先通过我们的观察者o和转换函数transformer构造了一个MapSubscriber，最后调用了source也就是observableA的unsafeSubscribe()方法。即observableA订阅了一个观察者MapSubscriber。
public final Subscription unsafeSubscribe(Subscriber<? super T> subscriber) {
try {
...
RxJavaHooks.onObservableStart(this, onSubscribe).call(subscriber);
return RxJavaHooks.onObservableReturn(subscriber);
} catch (Throwable e) {
...
return Subscriptions.unsubscribed();
}
}
上面这段代码最终执行了onSubscribe也就是OnSubscribeMap的call()方法，call()方法中的参数就是之前在OnSubscribeMap.call()中new出来的MapSubscriber。最后在call()方法中执行了我们自己的业务代码：
subscriber.onNext(1);
subscriber.onCompleted();
其实也就是执行了MapSubscriber的onNext()和onCompleted()。
@Override
public void onNext(T t) {
R result;
try {
result = mapper.call(t);
} catch (Throwable ex) {
...
return;
}
actual.onNext(result);
}
onNext(T t)方法中的的mapper就是变换函数，actual就是我们在调用subscribe()时创建的观察者subscriberOne。这个T就是我们例子中的Integer，R就是String。在onNext()中首先调用变换函数mapper.call()将T转换成R(在我们的例子中就是将Integer类型的1转换成了String类型的“This is 1”)；接着调用subscriberOne.onNext(String result)。同样在调用MapSubscriber.onCompleted()时会执行subscriberOne.onCompleted()。这样就完成了一直完成的调用流程。
我承认太啰嗦了，花费了这么大的篇幅才将map()的转换原理解释清楚。我也是希望尽量的将每个细节都呈现出来方便大家理解，如果看我啰嗦了这么久还是没能理解，请看下面我画的这张执行流程图。
三、线程调度原理分析
在前面的文章中我介绍过RxJava可以很方便的通过subscribeOn()和observeOn()来指定数据流的每一部分运行在哪个线程。其中subscribeOn()指定了处理Observable的全部的过程(包括发射数据和通知)的线程；observeOn()指定了观察者的onNext(), onError()和onCompleted()执行的线程。接下来我们就分析分析源码，看看线程调度是如何实现的。
在分析源码前我们先看看一段常见的通过RxJava实现的线程调度代码：
示例C
Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() {
@Override
public void call(Subscriber<? super String> subscriber) {
subscriber.onNext("Hello RxJava!");
subscriber.onCompleted();
}
}).subscribeOn(Schedulers.io())
.observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
.subscribe(new Subscriber<String>() {
@Override
public void onCompleted() {
System.out.println("completed!");
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
}
@Override
public void onNext(String s) {
System.out.println(s);
}
});
1、subscribeOn()源码分析
public final Observable<T> subscribeOn(Scheduler scheduler) {
...
return create(new OperatorSubscribeOn<T>(this, scheduler));
}
通过上面的代码我们可以看到，subscribeOn()和map()一样是创建了一个新的被观察者Observable。因此我大致就能猜到subscribeOn()的执行流程应该和map()差不多，OperatorSubscribeOn肯定也是一个OnSubscribe。那我们接下来就看看OperatorSubscribeOn的源码：
public final class OperatorSubscribeOn<T> implements OnSubscribe<T> {
final Scheduler scheduler;//线程调度器，用来指定订阅事件发送、处理等所在的线程
final Observable<T> source;
public OperatorSubscribeOn(Observable<T> source, Scheduler scheduler) {
this.scheduler = scheduler;
this.source = source;
}
@Override
public void call(final Subscriber<? super T> subscriber) {
final Worker inner = scheduler.createWorker();
subscriber.add(inner);
inner.schedule(new Action0() {
@Override
public void call() {
final Thread t = Thread.currentThread();
Subscriber<T> s = new Subscriber<T>(subscriber) {
@Override
public void onNext(T t) {
subscriber.onNext(t);
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
try {
subscriber.onError(e);
} finally {
inner.unsubscribe();
}
}
@Override
public void onCompleted() {
try {
subscriber.onCompleted();
} finally {
inner.unsubscribe();
}
}
@Override
public void setProducer(final Producer p) {
subscriber.setProducer(new Producer() {
@Override
public void request(final long n) {
if (t == Thread.currentThread()) {
p.request(n);
} else {
inner.schedule(new Action0() {
@Override
public void call() {
p.request(n);
}
});
}
}
});
}
};
source.unsafeSubscribe(s);
}
});
}
}
OperatorSubscribeOn实现了OnSubscribe接口，call()中对Subscriber的处理也和OperatorMap对Subscriber的处理类似。首先通过scheduler构建了一个Worker；然后用传进来的subscriber构造了一个新的Subscriber s，并将s丢到Worker.schedule()中来处理；最后用原Observable去订阅观察者s。而这个Worker就是线程调度的关键！前面的例子中我们通过subscribeOn(Schedulers.io())指定了Observable发射处理事件以及通知观察者的一系列操作的执行线程，正是通过这个Schedulers.io()创建了我们前面提到的Worker。所以我们来看看Schedulers.io()的实现。
首先通过Schedulers.io()获得了ioScheduler并返回，上面的OperatorSubscribeOn通过这个的Scheduler的createWorker()方法创建了我们前面提到的Worker。
public static Scheduler io() {
return RxJavaHooks.onIOScheduler(getInstance().ioScheduler);
}
接着我们看看这个ioScheduler是怎么来的，下面的代码向我们展现了是如何在Schedulers的构造函数中通过RxJavaSchedulersHook.createIoScheduler()来初始化ioScheduler的。
private Schedulers() {
...
Scheduler io = hook.getIOScheduler();
if (io != null) {
ioScheduler = io;
} else {
ioScheduler = RxJavaSchedulersHook.createIoScheduler();
}
...
}
最终RxJavaSchedulersHook.createIoScheduler()返回了一个CachedThreadScheduler，并赋值给了ioScheduler。
public static Scheduler createIoScheduler() {
return createIoScheduler(new RxThreadFactory("RxIoScheduler-"));
}
public static Scheduler createIoScheduler(ThreadFactory threadFactory) {
...
return new CachedThreadScheduler(threadFactory);
}
到这一步既然我们知道了ioScheduler就是一个CachedThreadScheduler，那我们就来看看它的createWorker()的实现。
public Worker createWorker() {
return new EventLoopWorker(pool.get());
}
上面的代码向我们赤裸裸的呈现了前面OperatorSubscribeOn中的Worker其实就是EventLoopWorker。我们重点要关注的是他的scheduleActual()。
static final class EventLoopWorker extends Scheduler.Worker implements Action0 {
private final CompositeSubscription innerSubscription = new CompositeSubscription();
private final CachedWorkerPool pool;
private final ThreadWorker threadWorker;
final AtomicBoolean once;
EventLoopWorker(CachedWorkerPool pool) {
this.pool = pool;
this.once = new AtomicBoolean();
this.threadWorker = pool.get();
}
...
@Override
public Subscription schedule(final Action0 action, long delayTime, TimeUnit unit) {
...
ScheduledAction s = threadWorker.scheduleActual(new Action0() {
@Override
public void call() {
if (isUnsubscribed()) {
return;
}
action.call();
}
}, delayTime, unit);
innerSubscription.add(s);
s.addParent(innerSubscription);
return s;
}
}
通过对源码的一步步追踪，我们知道了前面OperatorSubscribeOn.call()中的inner.schedule()最终会执行到ThreadWorker的scheduleActual()方法。
public ScheduledAction scheduleActual(final Action0 action, long delayTime, TimeUnit unit) {
Action0 decoratedAction = RxJavaHooks.onScheduledAction(action);
ScheduledAction run = new ScheduledAction(decoratedAction);
Future<?> f;
if (delayTime <= 0) {
f = executor.submit(run);
} else {
f = executor.schedule(run, delayTime, unit);
}
run.add(f);
return run;
}
scheduleActual()中的ScheduledAction实现了Runnable接口，通过线程池executor最终实现了线程切换。上面便是subscribeOn(Schedulers.io())实现线程切换的全部过程。
2、observeOn()源码分析
observeOn()切换线程是通过lift来实现的，相比subscribeOn()在实现原理上相对复杂些。不过本质上最终还是创建了一个新的Observable。
public final Observable<T> observeOn(Scheduler scheduler, boolean delayError, int bufferSize) {
...
return lift(new OperatorObserveOn<T>(scheduler, delayError, bufferSize));
}
public final <R> Observable<R> lift(final Operator<? extends R, ? super T> operator) {
return create(new OnSubscribeLift<T, R>(onSubscribe, operator));
}
OperatorObserveOn作为OnSubscribeLift构造函数的参数用来创建了一个新的OnSubscribeLift对象，接下来我们看看OnSubscribeLift的实现：
public final class OnSubscribeLift<T, R> implements OnSubscribe<R> {
final OnSubscribe<T> parent;
final Operator<? extends R, ? super T> operator;
public OnSubscribeLift(OnSubscribe<T> parent, Operator<? extends R, ? super T> operator) {
this.parent = parent;
this.operator = operator;
}
@Override
public void call(Subscriber<? super R> o) {
try {
Subscriber<? super T> st = RxJavaHooks.onObservableLift(operator).call(o);
try {
st.onStart();
parent.call(st);
} catch (Throwable e) {
Exceptions.throwIfFatal(e);
st.onError(e);
}
} catch (Throwable e) {
Exceptions.throwIfFatal(e);
o.onError(e);
}
}
}
OnSubscribeLift继承自OnSubscribe，通过前面的分析我们知道一旦调用了subscribe()将观察者与被观察绑定后就会触发被观察者所对应的OnSubscribe的call()方法，所以这里会触发OnSubscribeLift.call()。在call()中调用了OperatorObserveOn.call()并返回了一个新的观察者Subscriber st，接着调用了前一级Observable对应OnSubscriber.call(st)。
我们再看看OperatorObserveOn.call()的实现：
public Subscriber<? super T> call(Subscriber<? super T> child) {
...
ObserveOnSubscriber<T> parent = new ObserveOnSubscriber<T>(scheduler, child, delayError, bufferSize);
parent.init();
return parent;
}
OperatorObserveOn.call()中创建了一个ObserveOnSubscriber并调用init()进行了初始化。
static final class ObserveOnSubscriber<T> extends Subscriber<T> implements Action0 {
...
@Override
public void onNext(final T t) {
...
schedule();
}
@Override
public void onCompleted() {
...
schedule();
}
@Override
public void onError(final Throwable e) {
...
schedule();
}
protected void schedule() {
if (counter.getAndIncrement() == 0) {
recursiveScheduler.schedule(this);
}
}
@Override
public void call() {
long missed = 1L;
long currentEmission = emitted;
final Queue<Object> q = this.queue;
final Subscriber<? super T> localChild = this.child;
final NotificationLite<T> localOn = this.on;
for (;;) {
long requestAmount = requested.get();
while (requestAmount != currentEmission) {
boolean done = finished;
Object v = q.poll();
boolean empty = v == null;
if (checkTerminated(done, empty, localChild, q)) {
return;
}
if (empty) {
break;
}
localChild.onNext(localOn.getValue(v));
currentEmission++;
if (currentEmission == limit) {
requestAmount = BackpressureUtils.produced(requested, currentEmission);
request(currentEmission);
currentEmission = 0L;
}
}
if (requestAmount == currentEmission) {
if (checkTerminated(finished, q.isEmpty(), localChild, q)) {
return;
}
}
emitted = currentEmission;
missed = counter.addAndGet(-missed);
if (missed == 0L) {
break;
}
}
}
...
}
ObserveOnSubscriber继承自Subscriber，并实现了Action0接口。我们看到ObserveOnSubscriber的onNext()、onCompleted()、onError()都有个schedule()，这个方法就是我们线程调度的关键；通过schedule()将新观察者ObserveOnSubscriber发送给subscriberOne的所有事件都切换到了recursiveScheduler所对应的线程，简单的说就是把subscriberOne的onNext()、onCompleted()、onError()方法丢到了recursiveScheduler对应的线程中来执行。
那么schedule()又是如何做到这一点的呢？他内部调用了recursiveScheduler.schedule(this)，recursiveScheduler其实就是一个Worker，和我们在介绍subscribeOn()时提到的worker一样，执行schedule()实际上最终是创建了一个runable，然后把这个runnable丢到了特定的线程池中去执行。在runnable的run()方法中调用了ObserveOnSubscriber.call()，看上面的代码大家就会发现在call()方法中最终调用了subscriberOne的onNext()、onCompleted()、onError()方法。这便是它实现线程切换的原理。
好了，我们最后再看看示例C对应的执行流程图，帮助大家加深理解。
总结
这一章以执行流程、操作符实现以及线程调度三个方面为切入点剖析了RxJava源码。下一章将站在更宏观的角度来分析整个RxJava的框架结构、设计思想等等。敬请期待~~ :)
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