响应式编程第二弹：RxJava 2设计探索

Posted 2021-04-30 前沿技墅

作者 知秋

本名李飞，长期致力于基础代码库的研发工作，通过博客与视频平台bilibili，结合自己的经验做了大量源码解读的分享。对JDK、Spring、RxJava、SpringReactor、Netty、Reactor-Netty等有很深刻的研究和独到的见解，并以此打造“Java编程方法论系列丛书”。基于开源精神，与志同道合的伙伴们一起创建了simviso开源分享团队，为开源社区服务。

 

近些年来，从RxJava，到Java 9中引入的响应式流API，再到Spring WebFlux，乃至MongoDB推荐使用的响应式Java客户端驱动等，响应式编程在很多场合被高频地提及。我们可以大胆猜测，响应式编程在未来一定会成为最受欢迎的编程思想实践之一。作为响应式编程的Java语言实现，RxJava封装设计理念值得细品。 

源的创建设计思路

先来看一段Observable的相关代码：

从create方法可以看到，其目的就是产生和发送元素，在此对之前的内容再复习、整理一下。对于源来讲，其核心是subscribe方法的实现，也就是所谓的subscribeActual方法的实现，而源应该具备向下发送元素的能力。这里的下发动作应该属于业务范畴，按照我们在第3章最后所介绍的适配、装饰和代理来进行设计，这样就可以设计一个类首先继承Observable，得到源类型（这里是指ObservableCreate），然后设计一个具体的接口来承上启下（这里是指ObservableOnSubscribe），这也是装饰增强模式的应用之一（这种设计往往属于函数式接口应用，其“实现承上，参数启下”，参数类型应该是对外界所传参数的包装类，也就是将两个业务分开，承上的放在方法中，启下的放在参数中）。我们将后面的订阅者（即Observer）接入进来，通过ObservableOnSubscribe所实现的方法传入参数的类型，对其进行包装，达到所谓的启下。说得通俗一点就是，这个函数式接口就是一个电源转换器，目的是将Observable适配到Observer。于是就有了如下的源码设计：

// 用来进行承上启下

// 通过继承得到我们想要的服务类型

    // 业务的封装 

最后，人为实现发送元素，也就是我们在ObservableOnSubscribe中做的事情，既产生了元素，又发送了元素，达到了我们的预期，也留给了人为操作的接口。这种设计方式在设计底层基础库代码的时候十分有用，我们对各个部分的任务都做了明确的分工，确定所做事情的服务对象，然后进行通用的接口设计，即通过一个函数式接口对象来达到承上启下的作用（此为核心），既实现了服务对象提供的通用接口方法，也方便了下游的接入操作（此处往往涉及对下游操作的包装），对外使用者只需提供对此函数式接口的业务实现。也就是说，此函数式接口其实在此做了类似于中间件的实现，对数据元素生产与消费者的适配接入都做了很好处理。所以说，我们对RPC和消息中间件的一些灵感，又何尝不是从基础代码中获得的呢？

中间操作的转承

我们讨论了源的创建，接着讨论初始源到各个操作源之间的事情。

下面从Observable的fromArray产生元素的源来入手：

可以看到产生元素的地方就是数组array，其下发动作发生在ObservableFromArray.From-ArrayDisposable#run中，我们将目光聚集到这个run方法，发现其拿到元素就下发，并没有对数组array中的元素进行其他操作。假如元素是基本类型的话，这就是值传递，可以保证源的不可变性，但若元素是引用类型，则不一定。

接下来通过一个filter操作看看源之间的传递：

我们都知道，在未发生订阅，即没有触发subscribeActual方法之前，各种操作一直做的都是创建实例，也就是实现内部构造器的动作，这里就是ObservableFilter(Observable- Source<T> source, Predicate<?super T> predicate)构造器。而该构造器内的主要动作就是将上一个源的引用赋值给this.source：

再结合之前学过的各种操作组合，可以看到每经过一个操作就将上一个源对象和自己捆绑到一起，环环相扣。其实在各种操作最后调用subscribe方法之前，我们会包装出一个对象，其ObservableSource字段实现了类似于继承的模式，通过强引用将各个操作所设定的Observable对象给串联起来，就好像绑在一根绳上的蚂蚱。然后我们会发现，在调用subscribe方法之后，最外层操作（即最后一个操作）返回的Observable对象会首先接触到自定义的Observer，而subscribeActual里的动作就是对传入的Observer参数对象进行包装并由上一步传入的ObservableSource对象进行订阅（subscribe），从外往里对我们定义的Observer对象进行逆包装，好比通过蚂蚱绳封装了所有的业务操作，而这些业务操作就是放在靠近Observer一边的。这也体现了RxJava的设计理念之一，对元素的操作业务归根结底应该由Observer来完成，我们不应该从理念上干涉，但可以从设计上归并。由此，得出两条主线（Observable对象的创建传递主线与订阅后Observer的逆向包装传递主线）传递串联的技巧，这也是我们在代码设计中常用的手法，比如Spring框架、Netty框架等对于上下文Context的传递都有类似应用。关于业务的包装处理，更多地体现在适配上，而这个适配的封装设计在架构上就是一个中间件形式，在发布源处配置一下，在Observer处再配置一下，然后连接起来，于是对内各个操作类是高度内聚紧凑的，对外这个设计理念是高度抽象、可重用的。

小结

通过一系列的探索，相信大家心里已经比较有谱了。最后要说一下RxJava设计里面的问题，即其无法保证引用类型的状态，这需要我们注意。也就是当下发元素是引用类型时，比如这个元素是数组，那么修改数组里的元素，源数据也会被修改。这违背了源不可变性原则，所以要特别注意一定要保证下发元素的状态不可改变。但假如传递的是基本类型，因为是值传递，所以我们可以放心修改。

对于各种操作的设计执行，最后总结为一句，那就是操作组合设计是从上到下的，即所谓的套娃制作设计（先确定最外层，也就是源的实现，然后层层向内设计，产生订阅的那一刻结束设计）。而在执行的时候（产生订阅的时候），就相当于套娃的组装，先放最小的（即我们常见的LambdaObserver的封装），然后放第二小的，以此类推，直至最后放最大的，这里其实是将之前的操作进行逆向拼接（拼接的是Observer），拼接完成后接触下发元素。

 

本文节选自新书《Java编程方法论：响应式RxJava与代码设计实战》。响应式是未来的编程趋势，因此很有必要深入了解响应式RxJava 2的源码，从设计到实现细节，以达到RxJava 2源码库组件级别的拓展。阅读原文推波助澜，将你带入拥有大量案例的宝藏，感受按照功能迭代方式进行的讲解，饱览海量教学视频——就问你，做好迎娶白富美一举走上人生巅峰的心理建设了吗？

内容简介：本书不仅介绍RxJava2，更是通过一个成熟、优秀的代码库来向读者展示阅读源码的思路及编程方面的技巧，其中包含了并发编程的实战技巧、数据结构的设计方法、设计模式的使用方法、函数式编程的各种技巧等，希望读者可以深入思考并获得属于自己的一套编程方法论。这只是“Java编程方法论系列丛书”的第一本，后续还有对Reactor 3、Reactor-Netty、Spring WebFlux，以及JDK等方面解读的书籍，欢迎大家关注。

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