编程 Javascript

关于RxJS Subject的学习笔记

Posted in Javascript onDecember 05, 2018

Observer Pattern

观察者模式定义

观察者模式又叫发布订阅模式（Publish/Subscribe），它定义了一种一对多的关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，这个主题对象的状态发生变化时就会通知所有的观察者对象，使得它们能够自动更新自己。

我们可以使用日常生活中，期刊订阅的例子来形象地解释一下上面的概念。期刊订阅包含两个主要的角色：期刊出版方和订阅者，他们之间的关系如下：

期刊出版方 - 负责期刊的出版和发行工作
订阅者 - 只需执行订阅操作，新版的期刊发布后，就会主动收到通知，如果取消订阅，以后就不会再收到通知

在观察者模式中也有两个主要角色：Subject (主题) 和 Observer (观察者) 。它们分别对应例子中的期刊出版方和订阅者。接下来我们来看张图，从而加深对上面概念的理解。

关于RxJS Subject的学习笔记

观察者模式结构

关于RxJS Subject的学习笔记

观察者模式实战

Subject 类定义

class Subject {
  
  constructor() {
    this.observerCollection = [];
  }
  
  addObserver(observer) { // 添加观察者
    this.observerCollection.push(observer);
  }
  
  deleteObserver(observer) { // 移除观察者
    let index = this.observerCollection.indexOf(observer);
    if(index >= 0) this.observerCollection.splice(index, 1);
  }
  
  notifyObservers() { // 通知观察者
    this.observerCollection.forEach((observer)=>observer.notify());
  }
}

Observer 类定义

class Observer {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  
  notify() {
    console.log(`${this.name} has been notified.`);
  }
}

使用示例

let subject = new Subject(); // 创建主题对象

let observer1 = new Observer('semlinker'); // 创建观察者A - 'semlinker'
let observer2 = new Observer('lolo'); // 创建观察者B - 'lolo'

subject.addObserver(observer1); // 注册观察者A
subject.addObserver(observer2); // 注册观察者B
 
subject.notifyObservers(); // 通知观察者

subject.deleteObserver(observer1); // 移除观察者A

subject.notifyObservers(); // 验证是否成功移除

以上代码成功运行后控制台的输出结果：

semlinker has been notified.
lolo has been notified.
lolo has been notified.

Observable subscribe

在介绍RxJS - Subject 之前，我们先来看个示例：

const interval$ = Rx.Observable.interval(1000).take(3);

interval$.subscribe({
 next: value => console.log('Observer A get value: ' + value);
});

setTimeout(() => {
 interval$.subscribe({
   next: value => console.log('Observer B get value: ' + value);
 });
}, 1000);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

Observer A get value: 0
Observer A get value: 1
Observer B get value: 0
Observer A get value: 2
Observer B get value: 1
Observer B get value: 2

通过以上示例，我们可以得出以下结论：

Observable 对象可以被重复订阅
Observable 对象每次被订阅后，都会重新执行

上面的示例，我们可以简单地认为两次调用普通的函数，具体参考以下代码：

function interval() {
 setInterval(() => console.log('..'), 1000);
}

interval();

setTimeout(() => {
 interval();
}, 1000);

Observable 对象的默认行为，适用于大部分场景。但有些时候，我们会希望在第二次订阅的时候，不会从头开始接收 Observable 发出的值，而是从第一次订阅当前正在处理的值开始发送，我们把这种处理方式成为组播 (multicast)，那我们要怎么实现呢？回想一下我们刚才介绍过观察者模式，你脑海中是不是已经想到方案了。没错，我们可以通过自定义 Subject 来实现上述功能。

自定义 Subject

Subject 类定义

class Subject {  
  constructor() {
    this.observers = [];
  }
  
  addObserver(observer) { 
    this.observers.push(observer);
  }
  
  next(value) { 
    this.observers.forEach(o => o.next(value));  
  }
  
  error(error){ 
    this.observers.forEach(o => o.error(error));
  }
  
  complete() {
    this.observers.forEach(o => o.complete());
  }
}

使用示例

const interval$ = Rx.Observable.interval(1000).take(3);
let subject = new Subject();

let observerA = {
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
  next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.addObserver(observerA); // 添加观察者A
interval$.subscribe(subject); // 订阅interval$对象
setTimeout(() => {
  subject.addObserver(observerB); // 添加观察者B
}, 1000);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

Observer A get value: 0
Observer A get value: 1
Observer B get value: 1
Observer A get value: 2
Observer B get value: 2
Observer A complete!
Observer B complete!

通过自定义 Subject，我们实现了前面提到的功能。接下来我们进入正题 - RxJS Subject。

RxJS Subject

首先我们通过 RxJS Subject 来重写一下上面的示例：

const interval$ = Rx.Observable.interval(1000).take(3);
let subject = new Rx.Subject();

let observerA = {
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
  next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA); // 添加观察者A
interval$.subscribe(subject); // 订阅interval$对象
setTimeout(() => {
  subject.subscribe(observerB); // 添加观察者B
}, 1000);

RxJS Subject 源码片段

/**
 * Suject继承于Observable 
 */
export class Subject extends Observable {
  constructor() {
    super();
    this.observers = []; // 观察者列表
    this.closed = false;
    this.isStopped = false;
    this.hasError = false;
    this.thrownError = null;
  }
 
  next(value) {
    if (this.closed) {
      throw new ObjectUnsubscribedError();
    }
    if (!this.isStopped) {
      const { observers } = this;
      const len = observers.length;
      const copy = observers.slice();
      for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者next方法，通知观察者
        copy[i].next(value);
      }
    }
  }
 
  error(err) {
    if (this.closed) {
      throw new ObjectUnsubscribedError();
    }
    this.hasError = true;
    this.thrownError = err;
    this.isStopped = true;
    const { observers } = this;
    const len = observers.length;
    const copy = observers.slice();
    for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者error方法
      copy[i].error(err);
    }
    this.observers.length = 0;
  }
 
  complete() {
    if (this.closed) {
      throw new ObjectUnsubscribedError();
    }
    this.isStopped = true;
    const { observers } = this;
    const len = observers.length;
    const copy = observers.slice();
    for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者complete方法
      copy[i].complete();
    }
    this.observers.length = 0; // 清空内部观察者列表
  }
}

通过 RxJS Subject 示例和源码片段，对于 Subject 我们可以得出以下结论：

Subject 既是 Observable 对象，又是 Observer 对象
当有新消息时，Subject 会对内部的 observers 列表进行组播 (multicast)

Angular 2 RxJS Subject 应用

在 Angular 2 中，我们可以利用 RxJS Subject 来实现组件通信，具体示例如下：

message.service.ts

import { Injectable } from '@angular/core';
import {Observable} from 'rxjs/Observable';
import { Subject } from 'rxjs/Subject';

@Injectable()
export class MessageService {
  private subject = new Subject<any>();

  sendMessage(message: string) {
    this.subject.next({ text: message });
  }

  clearMessage() {
    this.subject.next();
  }

  getMessage(): Observable<any> {
    return this.subject.asObservable();
  }
}

home.component.ts

import { Component } from '@angular/core';

import { MessageService } from '../_services/index';

@Component({
  moduleId: module.id,
  templateUrl: 'home.component.html'
})

export class HomeComponent {
  constructor(private messageService: MessageService) {}
  
  sendMessage(): void { // 发送消息
    this.messageService.sendMessage('Message from Home Component to App Component!');
  }

  clearMessage(): void { // 清除消息
    this.messageService.clearMessage();
  }
}

app.component.ts

import { Component, OnDestroy } from '@angular/core';
import { Subscription } from 'rxjs/Subscription';

import { MessageService } from './_services/index';

@Component({
  moduleId: module.id,
  selector: 'app',
  templateUrl: 'app.component.html'
})

export class AppComponent implements OnDestroy {
  message: any;
  subscription: Subscription;

  constructor(private messageService: MessageService) {
    this.subscription = this.messageService.getMessage()
       .subscribe(message => { this.message = message; });
  }

  ngOnDestroy() {
    this.subscription.unsubscribe();
  }
}

以上示例实现的功能是组件之间消息通信，即 HomeComponent 子组件，向 AppComponent 父组件发送消息。代码运行后，浏览器的显示结果如下：

关于RxJS Subject的学习笔记

Subject 存在的问题

因为 Subject 在订阅时，是把 observer 存放到观察者列表中，并在接收到新值的时候，遍历观察者列表并调用观察者上的 next 方法，具体如下：

next(value) {
    if (this.closed) {
      throw new ObjectUnsubscribedError();
    }
    if (!this.isStopped) {
      const { observers } = this;
      const len = observers.length;
      const copy = observers.slice();
      for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者next方法，通知观察者
        copy[i].next(value);
      }
    }
}

这样会有一个大问题，如果某个 observer 在执行时出现异常，却没进行异常处理，就会影响到其它的订阅者，具体示例如下：

const source = Rx.Observable.interval(1000);
const subject = new Rx.Subject();

const example = subject.map(x => {
  if (x === 1) {
    throw new Error('oops');
  }
  return x;
});
subject.subscribe(x => console.log('A', x));
example.subscribe(x => console.log('B', x));
subject.subscribe(x => console.log('C', x));

source.subscribe(subject);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

A 0
B 0
C 0
A 1
Rx.min.js:74 Uncaught Error: oops

JSBin - Subject Problem Demo

在代码运行前，大家会认为观察者B 会在接收到 1 值时抛出异常，观察者 A 和 C 仍会正常运行。但实际上，在当前的 RxJS 版本中若观察者 B 报错，观察者 A 和 C 也会停止运行。那么应该如何解决这个问题呢？目前最简单的方式就是为所有的观察者添加异常处理，更新后的代码如下：

const source = Rx.Observable.interval(1000);
const subject = new Rx.Subject();

const example = subject.map(x => {
  if (x === 1) {
    throw new Error('oops');
  }
  return x;
});

subject.subscribe(
  x => console.log('A', x),
  error => console.log('A Error:' + error)
);
  
example.subscribe(
  x => console.log('B', x),
  error => console.log('B Error:' + error)
);

subject.subscribe(
  x => console.log('C', x),
  error => console.log('C Error:' + error)
);

source.subscribe(subject);

JSBin - RxJS Subject Problem Solved Demo

RxJS Subject & Observable

Subject 其实是观察者模式的实现，所以当观察者订阅 Subject 对象时，Subject 对象会把订阅者添加到观察者列表中，每当有 subject 对象接收到新值时，它就会遍历观察者列表，依次调用观察者内部的 next() 方法，把值一一送出。

Subject 之所以具有 Observable 中的所有方法，是因为 Subject 类继承了 Observable 类，在 Subject 类中有五个重要的方法：

next - 每当 Subject 对象接收到新值的时候，next 方法会被调用
error - 运行中出现异常，error 方法会被调用
complete - Subject 订阅的 Observable 对象结束后，complete 方法会被调用
subscribe - 添加观察者
unsubscribe - 取消订阅 (设置终止标识符、清空观察者列表)

BehaviorSubject

BehaviorSubject 定义

BehaviorSubject 源码片段

export class BehaviorSubject extends Subject {
  constructor(_value) { // 设置初始值
    super();
    this._value = _value;
  }
  get value() { // 获取当前值
    return this.getValue();
  }
  _subscribe(subscriber) {
    const subscription = super._subscribe(subscriber);
    if (subscription && !subscription.closed) {
      subscriber.next(this._value); // 为新的订阅者发送当前最新的值
    }
    return subscription;
  }
  getValue() {
    if (this.hasError) {
      throw this.thrownError;
    }
    else if (this.closed) {
      throw new ObjectUnsubscribedError();
    }
    else {
      return this._value;
    }
  }
  next(value) { // 调用父类Subject的next方法，同时更新当前值
    super.next(this._value = value);
  }
}

BehaviorSubject 应用

有些时候我们会希望 Subject 能保存当前的最新状态，而不是单纯的进行事件发送，也就是说每当新增一个观察者的时候，我们希望 Subject 能够立即发出当前最新的值，而不是没有任何响应。具体我们先看一下示例：

var subject = new Rx.Subject();

var observerA = {
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
  next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA);

subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);

setTimeout(() => {
 subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
}, 1000);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

Observer A get value: 1
Observer A get value: 2
Observer A get value: 3

通过输出结果，我们发现在 observerB 订阅 Subject 对象后，它再也没有收到任何值了。因为 Subject 对象没有再调用 next() 方法。但很多时候我们会希望 Subject 对象能够保存当前的状态，当新增订阅者的时候，自动把当前最新的值发送给订阅者。要实现这个功能，我们就需要使用 BehaviorSubject。

BehaviorSubject 跟 Subject 最大的不同就是 BehaviorSubject 是用来保存当前最新的值，而不是单纯的发送事件。BehaviorSubject 会记住最近一次发送的值，并把该值作为当前值保存在内部的属性中。接下来我们来使用 BehaviorSubject 重新一下上面的示例：

var subject = new Rx.BehaviorSubject(0); // 设定初始值

var observerA = {
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
  next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA);

subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);

setTimeout(() => {
 subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
}, 1000);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

Observer A get value: 0
Observer A get value: 1
Observer A get value: 2
Observer A get value: 3
Observer B get value: 3

JSBin - BehaviorSubject

ReplaySubject

ReplaySubject 定义

ReplaySubject 源码片段

export class ReplaySubject extends Subject {
  constructor(bufferSize = Number.POSITIVE_INFINITY, 
        windowTime = Number.POSITIVE_INFINITY, 
        scheduler) {
    super();
    this.scheduler = scheduler;
    this._events = []; // ReplayEvent对象列表
    this._bufferSize = bufferSize < 1 ? 1 : bufferSize; // 设置缓冲区大小
    this._windowTime = windowTime < 1 ? 1 : windowTime;
  }
 
  next(value) {
    const now = this._getNow();
    this._events.push(new ReplayEvent(now, value));
    this._trimBufferThenGetEvents();
    super.next(value);
  }
 
 _subscribe(subscriber) {
    const _events = this._trimBufferThenGetEvents(); // 过滤ReplayEvent对象列表
    let subscription;
    if (this.closed) {
      throw new ObjectUnsubscribedError();
    }
    ...
    else {
      this.observers.push(subscriber);
      subscription = new SubjectSubscription(this, subscriber);
    }
     ...
    const len = _events.length;
    // 重新发送设定的最后bufferSize个值
    for (let i = 0; i < len && !subscriber.closed; i++) {
      subscriber.next(_events[i].value);
    }
    ...
    return subscription;
  }
}

class ReplayEvent {
  constructor(time, value) {
    this.time = time;
    this.value = value;
  }
}

ReplaySubject 应用

有些时候我们希望在 Subject 新增订阅者后，能向新增的订阅者重新发送最后几个值，这时我们就可以使用 ReplaySubject ，具体示例如下：

var subject = new Rx.ReplaySubject(2); // 重新发送最后2个值

var observerA = {
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
  next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA);

subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);

setTimeout(() => {
 subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
}, 1000);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

Observer A get value: 1
Observer A get value: 2
Observer A get value: 3
Observer B get value: 2
Observer B get value: 3

可能会有人认为 ReplaySubject(1) 是不是等同于 BehaviorSubject，其实它们是不一样的。在创建BehaviorSubject 对象时，是设置初始值，它用于表示 Subject 对象当前的状态，而 ReplaySubject 只是事件的重放。

JSBin - ReplaySubject

AsyncSubject

AsyncSubject 定义

AsyncSubject 源码片段

export class AsyncSubject extends Subject {
  constructor() {
    super(...arguments);
    this.value = null;
    this.hasNext = false;
    this.hasCompleted = false; // 标识是否已完成
  }
  _subscribe(subscriber) {
    if (this.hasError) {
      subscriber.error(this.thrownError);
      return Subscription.EMPTY;
    }
    else if (this.hasCompleted && this.hasNext) { // 等到完成后，才发出最后的值
      subscriber.next(this.value);
      subscriber.complete();
      return Subscription.EMPTY;
    }
    return super._subscribe(subscriber);
  }
  next(value) {
    if (!this.hasCompleted) { // 若未完成，保存当前的值
      this.value = value;
      this.hasNext = true;
    }
  }
}

AsyncSubject 应用

AsyncSubject 类似于 last 操作符，它会在 Subject 结束后发出最后一个值，具体示例如下：

var subject = new Rx.AsyncSubject();

 var observerA = {
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer A complete!')
 };

 var observerB = {
  next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
  error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
  complete: () => console.log('Observer B complete!')
 };

 subject.subscribe(observerA);

 subject.next(1);
 subject.next(2);
 subject.next(3);

 subject.complete();

 setTimeout(() => {
  subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
 }, 1000);

以上代码运行后，控制台的输出结果：

Observer A get value: 3
Observer A complete!
Observer B get value: 3
Observer B complete!

JSBin - AsyncSubject

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持三水点靠木。

关于RxJS Subject的学习笔记

- Author -

semlinker

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