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RAC核心元素与信号流

2016-06-07  本文已影响4727人  GodyZ

标签： iOS RAC

概述

ReactiveCocoa是一个函数响应式编程框架，它能让我们脱离Cocoa API的束缚，给我们提供另外一套编码的思路与可能性，它能在宏观层面上提升代码易读性与稳定性，让程序员写出富有诗意的代码，因此备受业内推崇。本文略过RAC基本概念与基础使用，着重介绍RAC数据流方面的内容，剖析RAC核心元素与RAC Operation在数据流中扮演的角色，并从数据流的角度切入，介绍RACComand与RACChannel。

RAC核心元素与管线

在绘制UI时，我们常希望能够直接获取所需数据，但大多数情况下，数据需要经过多个步骤处理后才可使用，好比UI使用到的数据是经过流水线加工后最后一端产出的成品。众所周知，流水线是由多个片段管线组成，上端管线处理后的已加工品成为下端管线的待加工品，每段管线都有对应的管线工人来完成加工工作，直至成品完成。RAC则为我们提供了构建数据流水线的能力，通过组合不同的加工管线来导出我们想要的数据。想要构建好RAC的数据流水线，我们需要先了解流水线中的组成元素－RAC管线。RAC管线的运作实质上就是RAC中一个信号被订阅的完整过程。下面我们来分析下RAC中一个完整的订阅过程，并由此来了解RAC中的核心元素。

RAC核心是Signal，对应的类为RACSignal。它其实是一个信号源，Signal会给它的订阅者（Subscriber）发送一连串的事件，一个Signal可比作流水线中的一段管线，负责决定管线传输什么样的数据。Subscriber是Signal的订阅者，我们将Subscriber比作管线上的工人，它在拿到数据后对其进行加工处理。数据经过加工后要么进入下一条管线继续处理，要么直接被当做成品使用。通过RAC管线这个比方，我们来详细了解下RAC中Signal的完整订阅过程：

RACSignal *pipeline = [RACSignal createSignal:^RACDisposable*(id<RACSubscriber> subscriber) {
[subscriber sendNext:@(1)];
[subscriber sendNext:@(2)];
[subscriber sendNext:@(3)];

[subscriber sendCompleted]; // (1)

return[RACDisposable disposableWithBlock:^{ // (2)
NSLog(@"the pipeline has sent 3 values, and has been stopped");
}];
}];

这里RAC通过类簇的方式，使用RACSignal 的createSignal 方法创建了一个RACDynamicSignal对象(RACSignal的子类)， 同时传入对应的didSubscribeBlock 参数。这个block里，我们定义了该Signal将按何种方式、发送何种信号值。如文中的pipeline signal在顺序发出了 1、 2、 3 三个数据后，发出结束信号 (1)，并且安排好信号终止订阅时的收尾工作 (2)，这个过程好比是我们预先设计好一段管线，设定好管线启动后按照何种逻辑，传送出何种数据。但管线传送出待加工数据后需要有工人对其进行加工处理，于是RAC引入了Subscriber。

RACSubscriber *worker = [RACSubscriber subscriberWithNext:nextBlock error:errorBlock completed:completedBlock];

Subscriber我们一般称之为订阅者，它负责处理Signal传出的数据。Subscriber初始化的时候会传入nextBlock、 errorBlock、completeBlock，正是这三个block用于处理不同类型的数据信号，处理后的数据或者被抛往下一段管线，亦或者被当做成品送给使用方。Subscriber好比是管线上的工人，负责加工管线上传递过来的各种信号值，不过一旦Subscriber接收到error信号或complete信号，Subscriber会通过相关的RACDisposal主动取消这次订阅，停止管线的运作。那么管线有了，管线上的装配工人有了，如何启动管线?

RACDisposable *disposable = [pipeline subscribe:worker]

通过RACDynamicSignal中的subscribe方法，pipeline signal(RACSignal)开始被worker(RACSubscriber)订阅。在subscribe方法中, pipeline会在执行createSignal时传入didSubscribeBlock，执行的过程遵循之前关于管线的设定，worker将接受到3个数据值与一个complete信号，并使用subscriber中的nextBlock与completeBlock对信号值分别进行处理。管线启动后，会返回一个RACDisposable对象。外部可以通过[RACDisposable dispose]方法随时停止这段管线的工作。一旦管线停止，subscriber worker将不再处理管线传送过来的任何类型的数据。详细的剖析可以参看http://tech.meituan.com/RACSignalSubscription.html。

以上三个步骤构成了一个普通信号的订阅流程。但往往在使用RAC时，我们看不到后两者，这是因为RAC将Subscriber的初始化以及[signal subscribe: subscriber]统一封装到[signal subscribeNext: error: completed:]方法中了，如下图所示。这种封装成功屏蔽掉了Subscriber这个概念，进一步简化信号的订阅逻辑，使其更加便于使用。（PS：流水线worker永远都在默默付出！！）

codecode

可以发现，按照上面的订阅流程，信号只有被订阅时才会送出信号值，这种信号我们称之为冷信号(cold signal)。既然有冷信号的概念，就肯定有与之对应的热信号(hot signal)。冷信号好比只有给管线分配工人后，管线才会开启。而热信号就是在管线创建之后，不管是否有配套的工人，管线都会开始运作，可以随时根据外部条件送出数据。送出数据时，如果管线上有工人，数据被工人加工处理，如果没有工人，数据将被抛弃。以下我们仍然从信号的订阅步骤对比冷热信号:（热信号对应的类RACSubject）

RACSubscriber *worker = [RACSubscriber subscriberWithNext:nextBlock error:errorBlock completed:completedBlock];  

- (void)sendNext:(id)value 
{
[self enumerateSubscribersUsingBlock:^(id<RACSubscriber> subscriber) {
[subscriber sendNext:value]; // (1)
}];
}

以上是冷、热信号在执行层面上的异同。有时为了减少副作用或着其它某种原因，我们需要将冷信号转成热信号，让它具备热信号的特性。 这时候我们可以用到[RACDynamicSignal multicast: RACSubject] ，这个方法究其原理也是利用到了RACSubject可随时sendNext的这一特性。具体冷热信号的转换可参见：http://tech.meituan.com/talk-about-reactivecocoas-cold-signal-and-hot-signal-part-3.html 。此外，RACSubject有个子类RACReplaySubject。相较于RACSubject，RACReplaySubject能够将之前信号发出的数据使用valuesReceived数组保存起来, 当信号被下一个Subscriber订阅时，它能够将之前保存的数据值按顺序传送给新的Subscriber。

这一节大概介绍了RACDynamicSignal、 RACSubject、 RACSubscriber、 RACDisposal在订阅过程中扮演的角色, 事实上调度器RACSchedule也是RAC中非常重要的基础元素。RAC对它的定义是"schedule: control when and where the work the product"，它对GCD做了一层很薄的包装。它能够：1.让RACSignal送出的信号值在线程中华丽地穿梭；2.延迟或周期执行block中的内容； 3.可以添加同步、异步任务，同时能够灵活取消异步添加的未执行任务。RACSchedule的使用会在下文提到。

RAC信号流

RAC流水线由多段管线组合而成，上节介绍了单条RAC管线的运作，这一节主要介绍：1.RAC管线间的衔接 — RAC Operation；2.RAC信号流的构建。

RAC Operation 作为信号值的中转站，它会返回一个新信号N。如下图所示，RAC Operation对原信号O传出的值进行加工，并将处理好的数值作为新信号N的输出，这个过程好比将原管线数据加工后抛往一段新的管线，一条RAC流水线就是由各种各样的RAC Operation组合而成的。RAC 提供了许多RACSignal Operation方便我们使用 ，其中[RACSignal bind:]操作是信号变换的核心。因此在剖析RAC Operation的时候，我们主要针对bind以及其衍生出来的flattenMap、 map、flatten进行介绍。随后将RAC流水线应用于一个具体业务需求，详细了解整段RAC信号流的构建。


RAC OperationRAC Operation

首先我们来解读bind极其衍生出来的几个Operation：

1. (RACSignal *)bind:(RACStreamBindBlock (^)(void))block {
return [RACSignal createSignal:^(id<RACSubscriber> subscriber) { // (1)
RACStreamBindBlock bindingBlock = block();

[self subscribeNext:^(id x) { // (2)
BOOL stop = NO;
id middleSignal = bindingBlock(x, &stop); // (3)

if (middleSignal != nil) {
RACDisposable *disposable = [middleSignal subscribeNext:^(id x) { // (4)
[subscriber sendNext:x]; // (5)
} error:^(NSError *error) {
[subscriber sendError:error];
} completed:^{
[subscriber sendCompleted];
}];
}
} error:^(NSError *error) {
[subscriber sendError:error];
} completed:^{
[subscriber sendCompleted];
}];

return nil
}];
}

看完代码，我们再回到bind的管线图。每当original signal送出一个红球信号后，bind方法内部就会生成一个对应的middle signal。第一个middle signal送出的是绿球，第二个middle signal送出的是紫球，第三个middle signal送出是蓝球。由于在bind操作中，中间信号的输出将直接作为新信号的输出，因此我们可以看到图中的new signal输出的就是绿球、紫球、蓝球等，它相当于是所有middle signal输出值的集合。

- (instancetype)flattenMap:(RACStream* (^)(id value))block 
{
Class class =self.class;

return[self bind:^{
return^(id value,BOOL*stop) {
id stream = block(value) ?: [class empty];
NSCAssert([stream isKindOfClass:RACStream.class],@"Value returned from -flattenMap: is not a stream: %@", stream); // (1)

return stream;
};
}];
}

- (instancetype)map:(id(^)(id value))block
{
Class class = self.class;

return[self flattenMap:^(id value) {
return[class return:block(value)]; // (1)
};
}
mapmap 
- (instancetype)flatten
{
return [self flattenMap:^(RACSignal *signalValue) { // (1)
return [signalValue]; // (2)
};
}

- (RACSignal*)switchToLatest 
{
return [RACSignal createSignal:^(id<RACSubscriber> subscriber) {
RACMulticastConnection *connection = [self publish];

[[connection.signal flattenMap:^(RACSignal *signalValue) {
return [signalValue takeUntil:[connection.signal concat:[RACSignal never]]]; // (1)
}] subscribe:subscriber];

RACDisposable *connectionDisposable = [connection connect];
return [RACDisposable disposableWithBlock:^{

}];
}];
}

另外作为铺垫，这里再提两个操作:

- (instancetype)scanWithStart:(id)startingValue reduceWithIndex:(id(^)(id,id,NSUInteger))reduceBlock 
{
Class class =self.class;

return [self bind:^{
__block id running = startingValue;
__block NSUIntegerindex = 0;

return^(id value, BOOL*stop) {
running = reduceBlock(running, value, index++); // (1)
return [class return:running]; // (2)
};
}] ;
}

前面从代码层面具体剖析了几个RAC Operation。接着我们借着一个特定的需求，试着将这些RAC管线拼凑成一条RAC数据流。假定一个搜索业务如下：用户在searchBar中输入文本，当停止输入超过0.3秒，认为seachBar中的内容为用户的意向搜索关键字searchKey，将searchKey作为参数执行搜索操作。搜索内容可能是多样的，也许包括搜单聊消息、群聊消息、公众号消息、联系人等，而这些信息搜索的方式也有不同，有些从本地获取，有些是去服务器查询，因此返回的速度快慢不一。我们不能等到数据全部获取成功时才显示搜索结果页面，而应该只要有部分数据返回时就将其抛到主线程渲染显示。在这个需求中，从数据输入到最后搜索数据的显示可以具象成一条数据流，数据流中各处对于数据的操作都可以使用上面提到的RAC Operation来完成，通过组合Operation完成以下RAC数据流图：


searchServicesearchService

从数据流图来看，RAC有点类似太极，太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦生万物。我们可以用它的百变性来契合产品的业务需求。按照上面的数据流图，我们可以轻易地写出对应的RAC代码:

[[[self.searchBar rac_textSignal]
throttle:0.3]
subscribeNext:^(NSString*keyString) {
RACSignal *searchSignal = [self.viewModel createSearchSignalWithString:keyString];

[[[searchSignal
scanWithStart:[NSMutableArray array] reduce:^NSMutableArray *(NSMutableArray *running, NSArray *next) {
[running addObjectsFromArray:next];
return running;
}]
deliverOnMainThread]
subscribeNext:^(id x) {
// UI Processing
}];
}];

可以看到，使用RAC构建数据流后，声明式的代码显得优雅且清晰易读，看似复杂的业务需求在RAC的组织下，一两句代码就得以轻松搞定。反观，如果使用常规方法，估计一个throttle对应的操作就会让逻辑代码散落各处，另一个scanWithStart的对应操作也应该会加入不少中间变量，这些无疑都会大大提升了代码的维护成本。数据流的设计也会让编码者感觉自己更像是代码的设计者，而并非代码的搬运工，让人乐此不疲_。

本节内容我们首先从源码层级剖析了几个RAC Operation，相信通过介绍这几个Operation相应的 信号衔接细节后，阅读其它的Operation应该不再是什么难事。之后使用RAC数据流处理了一个具体的业务需求。事实上，RAC提供了非常丰富的操作，通过这些操作的组合，我们基本可以处理日常的业务逻辑。当然，需求是多样且奇特的，或许在特定情况下无法找到现成的RAC Operation，因此如果有需要，我们也可以直接拓展RACSignal操作或添加自定义UIKit的RAC拓展，从而让我们的代码 "more functional, more elegant”。可以毫不夸张的说，阻碍RAC发挥的瓶颈只有想象力，当我们接到需求后，仔细推敲数据的走向并设计好相关数据的操作，只要RAC数据流图绘制出来，剩下的代码工作也就信手拈来。
介绍完RAC数据流后，我们再从数据流的角度看看RAC中的另外两个常用元素RACCommand与RACChannel。

RACCommand

RACCommand是RAC很重要的组成部分，通常用来表示某个action的执行。RACCommand提供executionSignals、 executing、 error等一连串公开的信号，方便外界对action执行过程与执行结果进行观察。executionSignals是signal of signals，如果外部直接订阅executionSignals，得到的输出是当前执行的信号，而不是执行信号输出的数据，所以一般会配合flatten或switchToLatest使用。 errors，RACCommand的错误不是通过sendError来实现的，而是通过errors属性传递出来的。 executing，表示该command当前是否正在执行。它常用于监听按钮点击、网络请求等。

使用时，我们通常会去生成一个RACCommand对象，并传入一个返回signal对象的block。每次RACCommand execute 执行操作时，都会通过传入的这个signal block生成一个执行信号E (1)，并将该信号添加到RACCommand内部信号数组activeExecutionSignals中 (2)，同时将信号E由冷信号转成热信号(3)，最后订阅该热信号(4)并将其返回(5)。

- (RACSignal *)execute:(id)input 
{ 
RACSignal *signal = self.signalBlock(input); //（1）

RACMulticastConnection *connection = [[signal 
subscribeOn:RACScheduler.mainThreadScheduler]
multicast:[RACReplaySubject subject]]; // (3)

@weakify(self);
[self addActiveExecutionSignal:connection.signal]; // (2)

[connection.signal subscribeError:^(NSError *error) {
@strongify(self);
[self removeActiveExecutionSignal:connection.signal];
} completed:^{
@strongify(self);
[self removeActiveExecutionSignal:connection.signal];
}];

[connection connect]; // (4)

return [connection.signal]; // (5)
}

以上是RACCommand执行过程，而RACCommand又是如何对执行过程进行监控的呢？


RACCommandRACCommand

如上图所示，RACCommand内部维护了一个activeExecutionSignals数组。上面提到，每当[RACCommand execute:]后，就会将一个执行信号添加到activeExecutionSignals数组中。RACCommand里设置了两个对activeExecutionSignals的观察信号。第一个观察信号用于监控RACCommand是否正在执行，可以参考上图下端的数据流。activeExecutionSignals是内部执行信号的合集，一旦activeExecutionSignals内部元素发生变化，就会根据执行信号的数量判断RACCommand当前是否正在执行 (1)。

RACSignal *immediateExecuting = [RACObserve(self, activeExecutionSignals) map:^(NSArray *activeSignals) {
return @(activeSignals.count > 0); // (1)
}];

_executing = [[[[immediateExecuting
deliverOn:RACScheduler.mainThreadScheduler]
startWith:@NO]
distinctUntilChanged]
replayLast];

第二个观察信号用于监控RACCommand当前正在执行的信号与信号产生的error，可以参考上图上端数据流。每当activeExecutionSignals有新的执行信号添加进数组，newActiveExecutionSignals就会有相应的信号输出(信号newActiveExecutionSignals输出的是信号，因此newActiveExecutionSignals是信号的信号)。由于newActiveExecutionSignals之后需要转成executionSignals、error信号，并分别被外界订阅，为避免产生多余的副作用，这里使用publish将activeExecutionSignals对应的观察信号由冷信号转成了热信号（1）。之后executionSignals将newActiveExecutionSignals的输出值抛送到主线程上 (2)。当我们去订阅executionSignals信号时，拿到的就是当前正在执行的信号。要是我们关心的是当前执行信号的输出值，我们得使用 [executionSignals flatten]方法(参考上节的flatten操作)将executionSignals”压平”后，才可以获取到所有当前执行信号的输出值。

RACSignal *newActiveExecutionSignals = [[[[[self
rac_valuesAndChangesForKeyPath:@keypath(self.activeExecutionSignals) options:NSKeyValueObservingOptionNew observer:nil]
reduceEach:^(id _, NSDictionary *change) {
NSArray *signals = change[NSKeyValueChangeNewKey];
return [signals.rac_sequence signalWithScheduler:RACScheduler.immediateScheduler];
}]
concat]
publish] // (1)
autoconnect];

_executionSignals = [[newActiveExecutionSignals
map:^(RACSignal *signal) {
return [signal catchTo:[RACSignal empty]];
}]
deliverOn:RACScheduler.mainThreadScheduler]; // (2)

同时如果执行信号抛出了错误，newActiveExecutionSignals通过flattenMap，直接将产生的错误包装成错误信号抛往主线程，并通知订阅者。

RACMulticastConnection *errorsConnection = [[[newActiveExecutionSignals
flattenMap:^(RACSignal *signal) {                                              
return [[signal
ignoreValues]
catch:^(NSError *error) {
return [RACSignal return:error];
}]
deliverOn:RACScheduler.mainThreadScheduler]
publish];

_errors = [errorsConnection.signal setNameWithFormat:@"%@ -errors", self];
[errorsConnection connect];

因此，RACCommand主要是对成员变量activeExecutionSignals数组的变化进行观察, 并将观察结果转变成外部感兴趣的信号，从而使得RACCommand的执行过程与结果可被外部监控。我们往往将RACCommand与UI响应配合使用，比如在button被点击后，去执行一个网络请求的command。我们可以通过command.executing信号输出的信号值决定是否弹出小菊花，可以通过command.executionSignals信号获取当前正在执行的信号，并得到执行结果，也可以从command.error信号中拿到我们需要反馈给用户的错误提示信息，使用起来十分方便。

RACChannel

RACChannel可能相对来说比较陌生，但它也可以在信号流中扮演重要的角色。它提供双向绑定功能，一个RACChannel的两端配有RACChannelTerminal，分别是leadingT、 followingT。我们可以将leadingT 与 followingT想象成一根水管的两头，只要任何一端输入信号值，另外一端都会有相同的信号值输出。有了这个概念下我们再来看看RACChannelTerminal。首先

@interface RACChannelTerminal : RACSignal <RACSubscriber>

可以发现RACChannelTerminal因为继承了RACSignal， 因此它具有信号的特性，可以被订阅。比如：在RACChannel中 [leadingT subscribeNext:]，这里leadingT扮演的就是signal的角色，当它被订阅时输出的就是followingT送出的值。同时RACChannelTerminal又实现了RACSubscriber的协议。这样就意味着它又能够像订阅者一样调用sendNext: sendError: sendComplete方法。 如果followingT被订阅了，那么一旦leadingT sendNext:value，信号值value就会穿过leadingT与followingT，被followingT的订阅者捕获到。正是由于RACChannelTerminal拥有这种既可被订阅，又可主动输出信号值的属性，当它被放到RACChannel两端时，就可让两端信号相互影响。
通常我们很少直接使用RACChannel，最常用到的就是RACChannelTo，下面我们来详细了解下：


RACChannelRACChannel

借着上面的RACChannelTo的数据流图，我们拿RAC提供的示例代码举例。RACChannelTo宏实际生成了一个RACKVOChannel，RACKVOChannel内部是将其一端的leadingT与相关keypath上的integerProperty绑定，并将其另外一端followingT(对应示例代码中的integerChannelT)暴露出来。当我们拿到integerChannelT后，使用[integerChannelT sendNext:@“5”] (1)， 信号值就会传到RACKVOChannel的另一端，影响integerProperty(参考图中红色管线)。同时当integerChannelT被订阅时，只要另一端integerProperty因变化产生了对应信号值A，那么integerChannelT就会将信号值A传递給它的订阅者(参考图中蓝色管线)。

RACChannelTerminal *integerChannelT = RACChannelTo(self, integerProperty, @42);
[integerChannelT sendNext:@5]; // (1)

[integerChannelT subscribeNext:^(id value) { // (2)
NSLog(@"value: %@", value);
}];

事实上，RAC为很多类提供了RACChannel相关的拓展，如

这些函数都会返回一个对应的RACChannelTerminal。有了这个RACChannelTerminal，一方面我们可以通过它去观察对应控件内核心变量的变化情况，并作出响应。另一方面我们也可通过这个RACChannelTerminal直接去改变这个控件里的核心变量。比如我们可以使用[UITextField rac_newTextChannel:]返回的RACChannelTerminal用以下方式实现控件与viewModel中数据的双向绑定。

RACChannelTerminal *textFieldChannelT = textField.rac_newTextChannel;
RAC(self.viewModel, property) = textFieldChannelT;
[RACObserve(self.viewModel, property) subscribe:textFieldChannelT];

整体而言，RACChannelTerminal用起来十分顺手，如果契合业务使用，RACChannel能够提供非常大的价值。

总结

本文从源码层面剖析了RAC信号的订阅过程，了解了RAC核心元素在其中扮演的角色。之后着重介绍了RAC数据流构建与它的使用价值。本文没有对所有的RAC Operation进行覆盖性的介绍，而是挑出了几个重要的Opration，借助源码与数据流图介绍其内部运作细节，希望能从底层阐述构建原理，帮助大家更好的理解使用RAC。就如一句老话所说"开车不需要知道离合器是怎么工作的，但如果知道离合器原理，那么车子可以开得更平稳"。

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