前言
成为一名优秀的Android开发，需要一份完备的知识体系，在这里，让我们一起成长为自己所想的那样~。
到目前为止笔者分析了Android中最热门的网络底层和封装框架：Android主流三方库源码分析（一、深入理解OKHttp源码）和Android主流三方库源码分析（二、深入理解Retrofit源码），Android中使用最广泛的图片加载框架Glide的加载流程：Android主流三方库源码分析（三、深入理解Glide源码）以及Android中性能最好的数据库框架Android主流三方库源码分析（四、深入理解GreenDao源码）。本篇，我将会对近几年比较热门的函数式编程框架RxJava的源码进行详细的分析。
一、RxJava到底是什么？
RxJava是基于Java虚拟机上的响应式扩展库，它通过使用可观察的序列将异步和基于事件的程序组合起来。
与此同时，它扩展了观察者模式来支持数据/事件序列，并且添加了操作符，这些操作符允许你声明性地组合序列，同时抽象出要关注的问题：比如低级线程、同步、线程安全和并发数据结构等。
从RxJava的官方定义来看，我们如果要想真正地理解RxJava，就必须对它以下两个部分进行深入的分析：
- 1、订阅流程。
- 2、线程切换。
当然，RxJava操作符的源码也是很不错的学习资源，特别是FlatMap、Zip等操作符的源码，有很多可以借鉴的地方，但是它们内部的实现比较复杂，限于篇幅，本文只讲解RxJava的订阅流程和线程切换原理。接下来，笔者一一对以上RxJava的两个关键部分来进行详细地讲解。
二、RxJava的订阅流程
首先给出RxJava消息订阅的例子：
Observable.create(newObservableOnSubscribe<String>() {
@Override
public void subscribe(ObservableEmitter<String>emitter) throws Exception {
emitter.onNext("1");
emitter.onNext("2");
emitter.onNext("3");
emitter.onComplete();
}
}).subscribe(new Observer<String>() {
@Override
public void onSubscribe(Disposable d) {
Log.d(TAG, "onSubscribe");
}
@Override
public void onNext(String s) {
Log.d(TAG, "onNext : " + s);
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
Log.d(TAG, "onError : " + e.toString());
}
@Override
public void onComplete() {
Log.d(TAG, "onComplete");
}
});
可以看到，这里首先创建了一个被观察者，然后创建一个观察者订阅了这个被观察者，因此下面分两个部分对RxJava的订阅流程进行分析：
- 1、创建被观察者过程。
- 2、订阅过程；。
1、创建被观察者过程
首先，上面使用了Observable类的create()方法创建了一个被观察者，看看里面做了什么。
1.1、Observable#create()
// 省略一些检测性的注解
public static <T> Observable<T> create(ObservableOnSubscribe<T> source) {
ObjectHelper.requireNonNull(source, "source is null");
return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableCreate<T>(source));
}
在Observable的create()里面实际上是创建了一个新的ObservableCreate对象，同时，把我们定义好的ObservableOnSubscribe对象传入了ObservableCreate对象中，最后调用了RxJavaPlugins.onAssembly()方法。接下来看看这个ObservableCreate是干什么的。
1.2、ObservableCreate
public final class ObservableCreate<T> extends Observable<T> {
final ObservableOnSubscribe<T> source;
public ObservableCreate(ObservableOnSubscribe<T> source) {
this.source = source;
}
...
}
这里仅仅是把ObservableOnSubscribe这个对象保存在ObservableCreate中了。然后看看RxJavaPlugins.onAssembly()这个方法的处理。
1.3、RxJavaPlugins#onAssembly()
public static <T> Observable<T> onAssembly(@NonNull Observable<T> source) {
// 应用hook函数的一些处理，一般用到不到
...
return source;
}
最终仅仅是把我们的ObservableCreate给返回了。
1.4、创建被观察者过程小结
从以上分析可知，Observable.create()方法仅仅是先将我们自定义的ObservableOnSubscribe对象重新包装成了一个ObservableCreate对象。
2、订阅过程
接着，看看Observable.subscribe()的订阅过程是如何实现的。
2.1、Observable#subscribe()
public final void subscribe(Observer<? super T> observer) {
...
// 1
observer = RxJavaPlugins.onSubscribe(this,observer);
...
// 2
subscribeActual(observer);
...
}
在Observable的subscribe()方法内部首先调用了RxJavaPlugins的onSubscribe()方法。
2.2、RxJavaPlugins#onSubscribe()
public static <T> Observer<? super T> onSubscribe(@NonNull Observable<T> source, @NonNull Observer<? super T> observer) {
// 应用hook函数的一些处理，一般用到不到
...
return observer;
}
除去hook应用的逻辑，这里仅仅是将observer返回了。接着来分析下subscribeActual()方法，
2.3、Observable#subscribeActual()
protected abstract void subscribeActual(Observer<? super T> observer);
这是一个抽象的方法，很明显，它对应的具体实现类就是我们在第一步创建的ObservableCreate类，接下来看到ObservableCreate的subscribeActual()方法。
2.4、ObservableCreate#subscribeActual()
@Override
protected void subscribeActual(Observer<? super T> observer) {
// 1
CreateEmitter<T> parent = new CreateEmitter<T>(observer);
// 2
observer.onSubscribe(parent);
try {
// 3
source.subscribe(parent);
} catch (Throwable ex) {
Exceptions.throwIfFatal(ex);
parent.onError(ex);
}
}
在注释1处，首先新创建了一个CreateEmitter对象，同时传入了我们自定义的observer对象进去。
2.4.1、CreateEmitter
static final class CreateEmitter<T>
extends AtomicReference<Disposable>
implements ObservableEmitter<T>, Disposable {
...
final Observer<? super T> observer;
CreateEmitter(Observer<? super T> observer) {
this.observer = observer;
}
...
}
从上面可以看出，CreateEmitter通过继承了Java并发包中的原子引用类AtomicReference
2.4.2、ObservableOnSubscribe#subscribe()
Observable observable = Observable.create(new ObservableOnSubscribe<String>() {
@Override
public voidsubscribe(ObservableEmitter<String> emitter) throws Exception {
emitter.onNext("1");
emitter.onNext("2");
emitter.onNext("3");
emitter.onComplete();
}
});
这里面使用到了ObservableEmitter的onNext()方法将事件流发送出去，最后调用了onComplete()方法完成了订阅过程。ObservableEmitter是一个抽象类，实现类就是我们传入的CreateEmitter对象，接下来我们看看CreateEmitter的onNext()方法和onComplete()方法的处理。
2.4.3、CreateEmitter#onNext() && CreateEmitter#onComplete()
static final class CreateEmitter<T>
extends AtomicReference<Disposable>
implements ObservableEmitter<T>, Disposable {
...
@Override
public void onNext(T t) {
...
if (!isDisposed()) {
//调用观察者的onNext()
observer.onNext(t);
}
}
@Override
public void onComplete() {
if (!isDisposed()) {
try {
observer.onComplete();
} finally {
dispose();
}
}
}
...
}
在CreateEmitter的onNext和onComplete方法中首先都要经过一个isDisposed的判断，作用就是看当前的事件流是否被切断（废弃）掉了，默认是不切断的，如果想要切断，可以调用Disposable的dispose()方法将此状态设置为切断（废弃）状态。我们继续看看这个isDisposed内部的处理。
2.4.4、ObservableEmitter#isDisposed()
@Override
public boolean isDisposed() {
return DisposableHelper.isDisposed(get());
}
注意到这里通过get()方法首先从ObservableEmitter的AtomicReference
2.4.5、DisposableHelper#isDisposed() && DisposableHelper#set()
public enum DisposableHelper implements Disposable {
DISPOSED;
public static boolean isDisposed(Disposable d) {
// 1
return d == DISPOSED;
}
public static boolean set(AtomicReference<Disposable> field, Disposable d) {
for (;;) {
Disposable current = field.get();
if (current == DISPOSED) {
if (d != null) {
d.dispose();
}
return false;
}
// 2
if (field.compareAndSet(current, d)) {
if (current != null) {
current.dispose();
}
return true;
}
}
}
...
public static boolean dispose(AtomicReference<Disposable> field) {
Disposable current = field.get();
Disposable d = DISPOSED;
if (current != d) {
// ...
current = field.getAndSet(d);
if (current != d) {
if (current != null) {
current.dispose();
}
return true;
}
}
return false;
}
...
}
DisposableHelper是一个枚举类，内部只有一个值即DISPOSED, 从上面的分析可知它就是用来标记事件流被切断（废弃）状态的。先看到注释2和注释3处的代码field.compareAndSet(current, d)和field.getAndSet(d)，这里使用了原子引用AtomicReference
2.4.6、CreateEmitter
@Override
public void onNext(T t) {
...
// 1
if (!isDisposed()) {
observer.onNext(t);
}
}
@Override
public void onError(Throwable t) {
if (!tryOnError(t)) {
// 2
RxJavaPlugins.onError(t);
}
}
@Override
public boolean tryOnError(Throwable t) {
...
// 3
if (!isDisposed()) {
try {
observer.onError(t);
} finally {
// 4
dispose();
}
return true;
}
return false;
}
@Override
public void onComplete() {
// 5
if (!isDisposed()) {
try {
observer.onComplete();
} finally {
// 6
dispose();
}
}
}
在注释1、3、5处，onNext()和onError()、onComplete()方法首先都会判断事件流是否被切断的处理，如果事件流此时被切断了，那么onNext()和onComplete()则会退出方法体，不做处理，onError()则会执行到RxJavaPlugins.onError(t)这句代码，内部会直接抛出异常，导致崩溃。如果事件流没有被切断，那么在onError()和onComplete()内部最终会调用到注释4、6处的这句dispose()代码，将事件流进行切断，由此可知，onError()和onComplete()只能调用一个，如果先执行的是onComplete()，再调用onError()的话就会导致异常崩溃。
三、RxJava的线程切换
首先给出RxJava线程切换的例子：
Observable.create(new ObservableOnSubscribe<String>() {
@Override
public voidsubscribe(ObservableEmitter<String>emitter) throws Exception {
emitter.onNext("1");
emitter.onNext("2");
emitter.onNext("3");
emitter.onComplete();
}
})
.subscribeOn(Schedulers.io())
.observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
.subscribe(new Observer<String>() {
@Override
public void onSubscribe(Disposable d) {
Log.d(TAG, "onSubscribe");
}
@Override
public void onNext(String s) {
Log.d(TAG, "onNext : " + s);
}
@Override
public void onError(Throwable e) {
Log.d(TAG, "onError : " +e.toString());
}
@Override
public void onComplete() {
Log.d(TAG, "onComplete");
}
});
可以看到，RxJava的线程切换主要分为subscribeOn()和observeOn()方法，首先，来分析下subscribeOn()方法。
1、subscribeOn(Schedulers.io())
在Schedulers.io()方法中，我们需要先传入一个Scheduler调度类，这里是传入了一个调度到io子线程的调度类，我们看看这个Schedulers.io()方法内部是怎么构造这个调度器的。
2、Schedulers#io()
static final Scheduler IO;
...
public static Scheduler io() {
// 1
return RxJavaPlugins.onIoScheduler(IO);
}
static {
...
// 2
IO = RxJavaPlugins.initIoScheduler(new IOTask());
}
static final class IOTask implements Callable<Scheduler> {
@Override
public Scheduler call() throws Exception {
// 3
return IoHolder.DEFAULT;
}
}
static final class IoHolder {
// 4
static final Scheduler DEFAULT = new IoScheduler();
}
Schedulers这个类的代码很多，这里我只拿出有关Schedulers。io这个方法涉及的逻辑代码进行讲解。首先，在注释1处，同前面分析的订阅流程的处理一样，只是一个处理hook的逻辑，最终返回的还是传入的这个IO对象。再看到注释2处，在Schedulers的静态代码块中将IO对象进行了初始化，其实质就是新建了一个IOTask的静态内部类，在IOTask的call方法中，也就是注释3处，可以了解到使用了静态内部类的方式把创建的IOScheduler对象给返回出去了。绕了这么大圈子，Schedulers.io方法其实质就是返回了一个IOScheduler对象。
3、Observable#subscribeOn()
public final Observable<T> subscribeOn(Scheduler scheduler) {
...
return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableSubscribeOn<T>(this, scheduler));
}
在subscribeOn()方法里面，又将ObservableCreate包装成了一个ObservableSubscribeOn对象。我们关注到ObservableSubscribeOn类。
4、ObservableSubscribeOn
public final class ObservableSubscribeOn<T> extends AbstractObservableWithUpstream<T, T> {
final Scheduler scheduler;
public ObservableSubscribeOn(ObservableSource<T> source, Scheduler scheduler) {
// 1
super(source);
this.scheduler = scheduler;
}
@Override
public void subscribeActual(final Observer<? super T> observer) {
// 2
final SubscribeOnObserver<T> parent = new SubscribeOnObserver<T>(observer);
// 3
observer.onSubscribe(parent);
// 4
parent.setDisposable(scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent)));
}
...
}
首先，在注释1处，将传进来的source和scheduler保存起来。接着，等到实际订阅的时候，就会执行到这个subscribeActual方法，在注释2处，将我们自定义的Observer包装成了一个SubscribeOnObserver对象。在注释3处，通知观察者订阅了被观察者。在注释4处，内部先创建了一个SubscribeTask对象，来看看它的实现。
5、ObservableSubscribeOn#SubscribeTask
final class SubscribeTask implements Runnable {
private final SubscribeOnObserver<T> parent;
SubscribeTask(SubscribeOnObserver<T> parent) {
this.parent = parent;
}
@Override
public void run() {
source.subscribe(parent);
}
}
SubscribeTask是ObservableSubscribeOn的内部类，它实质上就是一个任务类，在它的run方法中会执行到source.subscribe(parent)的订阅方法，这个source其实就是我们在ObservableSubscribeOn构造方法中传进来的ObservableCreate对象。接下来看看scheduler.scheduleDirect()内部的处理。
6、Scheduler#scheduleDirect()
public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run) {
return scheduleDirect(run, 0L, TimeUnit.NANOSECONDS);
}
public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {
// 1
final Worker w = createWorker();
// 2
final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
// 3
DisposeTask task = new DisposeTask(decoratedRun, w);
// 4
w.schedule(task, delay, unit);
return task;
}
这里最后会执行到上面这个scheduleDirect()重载方法。首先，在注释1处，会调用createWorker()方法创建一个工作者对象Worker，它是一个抽象类，这里的实现类就是IoScheduler，下面，我们看看IoScheduler类的createWorker()方法。
6.1、IOScheduler#createWorker()
final AtomicReference<CachedWorkerPool> pool;
...
public IoScheduler(ThreadFactory threadFactory) {
this.threadFactory = threadFactory;
this.pool = new AtomicReference<CachedWorkerPool>(NONE);
start();
}
...
@Override
public Worker createWorker() {
// 1
return new EventLoopWorker(pool.get());
}
static final class EventLoopWorker extends Scheduler.Worker {
...
EventLoopWorker(CachedWorkerPool pool) {
this.pool = pool;
this.tasks = new CompositeDisposable();
// 2
this.threadWorker = pool.get();
}
}
首先，在注释1处调用了pool.get()这个方法，pool是一个CachedWorkerPool类型的原子引用对象，它的作用就是用于缓存工作者对象Worker的。然后，将得到的CachedWorkerPool传入新创建的EventLoopWorker对象中。重点关注一下注释2处，这里讲CachedWorkerPool缓存的threadWorker对象保存起来了。
下面，我们继续分析3.6处代码段的注释2处的代码，这里又是一个关于hook的封装处理，最终还是返回的当前的Runnable对象。在注释3处新建了一个切断任务DisposeTask将decoratedRun和w包装了起来。最后在注释4处调用了工作者的schedule()方法。下面我们来分析下它内部的处理。
6.2、IoScheduler#schedule()
@Override
public Disposable schedule(@NonNull Runnableaction, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit){
...
return threadWorker.scheduleActual(action,delayTime, unit, tasks);
}
内部调用了threadWorker的scheduleActual()方法，实际上是调用到了父类NewThreadWorker的scheduleActual()方法，我们继续看看NewThreadWorker的scheduleActual()方法中做的事情。
6.2.1、NewThreadWorker#scheduleActual()
public NewThreadWorker(ThreadFactory threadFactory) {
executor = SchedulerPoolFactory.create(threadFactory);
}
@NonNull
public ScheduledRunnable scheduleActual(final Runnable run, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit, @Nullable DisposableContainer parent) {
Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
// 1
ScheduledRunnable sr = new ScheduledRunnable(decoratedRun, parent);
if (parent != null) {
if (!parent.add(sr)) {
return sr;
}
}
Future<?> f;
try {
// 2
if (delayTime <= 0) {
// 3
f = executor.submit((Callable<Object>)sr);
} else {
// 4
f = executor.schedule((Callable<Object>)sr, delayTime, unit);
}
sr.setFuture(f);
} catch (RejectedExecutionException ex) {
if (parent != null) {
parent.remove(sr);
}
RxJavaPlugins.onError(ex);
}
return sr;
}
在NewThreadWorker的scheduleActual()方法的内部，在注释1处首先会新建一个ScheduledRunnable对象，将Runnable对象和parent包装起来了，这里parent是一个DisposableContainer对象，它实际的实现类是CompositeDisposable类，即一个保存所有事件流是否被切断状态的容器，它内部的实现是使用了RxJava自己定义的一个简单的OpenHashSet类ji进行存储。最后注释2处，判断是否设置了延迟时间，如果设置了，则调用线程池的submit()方法立即进行线程切换，否则，调用schedule()方法进行延时执行线程切换。
7、为什么多次执行subscribeOn()，只有第一次有效？
从上面的分析，我们可以很容易了解到被观察者被订阅时是从最外面的一层（ObservableSubscribeOn）通知到里面的一层（ObservableOnSubscribe），当连续执行了到多次subscribeOn()的时候，其实就是先执行倒数第一次的subscribeOn()方法，直到最后一次执行的subscribeOn()方法肯定会覆盖前面的线程切换。
8、observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
public final Observable<T> observeOn(Scheduler scheduler) {
return observeOn(scheduler, false, bufferSize());
}
public final Observable<T> observeOn(Scheduler scheduler, boolean delayError, int bufferSize) {
....
return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableObserveOn<T>(this, scheduler, delayError, bufferSize));
}
可以看到，observeOn()方法内部最终也是返回了一个ObservableObserveOn对象，我们直接来看看ObservableObserveOn的subscribeActual()方法。
9、ObservableObserveOn#subscribeActual()
@Override
protected void subscribeActual(Observer<? super T> observer) {
// 1
if (scheduler instanceof TrampolineScheduler) {
// 2
source.subscribe(observer);
} else {
// 3
Scheduler.Worker w = scheduler.createWorker();
// 4
source.subscribe(new ObserveOnObserver<T>(observer, w, delayError, bufferSize));
}
}
首先，在注释1处，判断指定的调度器是不是TrampolineScheduler，这是一个不进行线程切换，立即执行当前代码的调度器，。如果是，则会直接调用调用ObservableSubscribeOn的subscribe()方法，如果不是，则会在注释3处创建一个工作者对象。然后在注释4处创建一个新的ObserveOnObserver将SubscribeOnobserver对象包装起来，并传入ObservableSubscribeOn的subscribe()方法进行订阅。接下来看看ObserveOnObserver类的重点方法。
10、ObserveOnObserver
@Override
public void onNext(T t) {
...
if (sourceMode != QueueDisposable.ASYNC) {
// 1
queue.offer(t);
}
schedule();
}
@Override
public void onError(Throwable t) {
...
schedule();
}
@Override
public void onComplete() {
...
schedule();
}
去除非主线逻辑的代码，在ObserveOnObserver的onNext()和onError()、onComplete()方法中最后都会调用到schedule()方法。接着看schedule()方法，其中onNext()还会把消息存放到队列中。
11、ObserveOnObserver#schedule()
void schedule() {
if (getAndIncrement() == 0) {
worker.schedule(this);
}
}
这里使用了worker进行调度ObserveOnObserver这个实现了Runnable的任务。worker就是在AndroidSchedulers.mainThread()中创建的，内部其实就是使用Handler进行线程切换的，此处不再赘述了。接着看ObserveOnObserver的run()方法。
12、ObserveOnObserver#run()
@Override
public void run() {
// 1
if (outputFused) {
drainFused();
} else {
// 2
drainNormal();
}
}
在注释1处会先判断outputFused这个标志位，它表示事件流是否被融化掉，默认是false，所以，最后会执行到drainNormal()方法。接着看看drainNormal()方法内部的处理。
13、ObserveOnObserver#drainNormal()
void drainNormal() {
int missed = 1;
final SimpleQueue<T> q = queue;
// 1
final Observer<? super T> a = downstream;
...
// 2
v = q.poll();
...
// 3
a.onNext(v);
...
}
在注释1处，这里的downstream实际上是从外面传进来的SubscribeOnObserver对象。在注释2处将队列中的消息取出来，接着在注释3处调用了SubscribeOnObserver的onNext方法。最终，会从我们包装类的最外层一直调用到最里面的我们自定义的Observer中的onNext()方法，所以，在observeOn()方法下面的链式代码都会执行到它所指定的线程中，噢，原来如此。
五、总结
其实笔者使用了RxJava也已经有一年多的时间了，但是一直没有去深入去了解过它的内部实现原理，如今细细品尝，的确是酣畅淋漓。从一开始的OkHttp到现如今的RxJava源码分析，到此为止，Android主流三方库源码分析系列文章已经发布了五篇了，我们的征途已经过半，接下来，我将会对Android中的内存泄露框架LeakCanary源码进行深入地讲解，尽请期待~
参考链接：
1、RxJava V2.2.5 源码
2、Android 进阶之光
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