iOS 开源库源码分析之ReactiveCocoa

此文基于 ReactiveObjC-3.1.0

ReactiveCocoa是一个将函数响应式编程范式带入Objective-C的一个开源库，由 Josh Abernathy 和 Justin Spahr-Summers 在对GitHub for Mac的开发过程中建立。

Objective-C能够得此发展源于大量其他语言的工程师加盟iOS社区，Objective-C第一次被苹果以外的人打磨。

本文主要介绍什么是函数响应式编程，RAC的概览，冷热信号转换的原理，基本的操作符等

函数式编程

什么是函数式编程？举例：

命令式编程

int a, b, r;
void add_abs() {
    scanf("%d %d", &a, &b);
    r = abs(a) + abs(b);
    printf("%d", r);
}

函数式编程

int add_abs(int a, int b) {
    return abs(a) + abs(b);
}

函数式编程的几个特点

• 函数是第一公民，可以作为参数和返回值
• 函数的调用不会修改状态，不会修改全局变量，任何一次调用相同的输入都会返回相同的输出

函数式编程的几个技术

递归

递归的好处就是减少代码

高阶函数

高阶函数是参数或者返回值为函数的函数

pipeline

把函数实例成一个一个的action，然后把一组action放到一个数组中，然后把数据传给这个action list，数据就像一个pipeline一样顺序地被各个函数操作

map & reduce & filter

map是一个高阶函数，一个集合的每一个元素通过给定一个函数进行处理，然后转化为另一个集合。

例如map (toLower) "abcDEFG12!@#" 的结果就是"abcdefg12!@#"

reduce也是一个高阶函数，通过一个combiner函数，让集成中两个元素进行处理，得到结果后再与其余元素进行处理，最后得到一个返回值

例如reduce (+) 0 [1..5]最后的结果是15

filter,高阶函数，集合中每一个元素通过一个predicate函数得到true/false,最后得到一个元素处理结果为true组成的集成

例如filter (isAlpha) "$#!+abcDEF657" 结果是 "abcDEF"

柯里化（curry）

curry 的概念很简单：只传递给函数一部分参数来调用它，让它返回一个函数去处理剩下的参数。

// JS
var add = function(x) {
  return function(y) {
    return x + y;
  };
};

var increment = add(1);
var addTen = add(10);

increment(2);
// 3

addTen(2);
// 12

响应式

响应式编程最开始是来自微软的.Net框架 Reactive Extensions

什么是响应式编程？响应式编程就是用asynchronous data streams 进行编程。比较常听到的是asynchronous event streams，比如click event，event bus等。但这边注重的是data与stream，Reactive Extensions将event延伸为data，Stream就是一个 按时间 排序 的Events(Ongoing events ordered in time)序列。

流可以发送3种不同的事物：一个值（类型不限），一个错误或者一个已完成的信号。 我们只能异步捕获这些发送的事件，即：定义一个函数用于当一个值发送出来时再执行，定义一个函数用于当错误发送出来时执行，定义一个函数用于当完成发送出来时执行。

如图

--a---b-c---d---X---|->

a, b, c, d 都是发送出的值
X 是错误
| 是 'completed' 信号
---> 是时间线

RP本身是建立于观察者模式之上的一种编程范式。对流的 “侦听” 又称为 订阅(subscribing)，而定义的函数即为 观察者(observer)，流就是 主题(subject, observable)。这是一个典型的观察者模式。

Streams

ReactiveCocoa由两大主要部分组成：signals (RACSignal) 和 sequences (RACSequence)。

signal 和 sequence 都是streams，他们共享很多相同的方法。ReactiveCocoa在功能上做了语义丰富、一致性强的一致性设计：signal是push-driver的stream，sequence是pull-driver的stream。pull-driver是任何时刻我有数据了你都可以获取到，因为数据先存储了，取数据的时间控制在调用者上。push-driver是任何时刻有数据了都会push给调用者，如果你没处理就丢失了。

RACStream是一个抽象类，是不能直接实例化的

Signals

根据上面响应式编程流的概念，信号给他们的订阅者发送三种不同的事件类型：

• next事件，next从流中提供一个新的值
• error事件，该事件表示早一个信号正常结束之前发生了一个错误。
• completed事件：表示信号正常结束，同时也没有其他更多的值添加到流中。

Subjects

一个Subject，在RAC中代表的是RACSubject类，是一种可以被手动控制的信号。Subject可以认为是可变的信号，就像NSMutableArray对于NSArray一样。Subject是很有用的连接非RAC代码到RAC的很有用的工具。

Sequences

sequence,在RAC中代表的是RACSequence类，是一种pull-driven的流。Sequence是一种集合类型，类似NSArray.

RACSubscriber

RACSubscriber是订阅者，所有实现了 RACSubscriber 协议的类都可以作为信号源的订阅者。一次订阅是通过调用-subscribeNext:error:completed产生的。订阅会持有它的signal对象，并且在信号completed或者error的时候释放。

RACScheduler

调度器，是一个串行的信号执行队列，用来执行任务或者传递结果。Schedulers类似于GCD中的队列，但是scheduler支持取消队列（通过disposables）,并总是串行执行的。

RACDisposable

清洁工，Disposables常常用来取消对一个信号的订阅。

Commands

command,在RAC中表示的是RACCommand类，可以创建或者订阅一个信号用来响应某些action动作。这可以很方便的来处理App中的用户交互。

基本用法如下

RACCommand *command = [[RACCommand alloc] initWithSignalBlock:^RACSignal *(id input) {
    NSLog(@"执行命令");
    return [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) {
        [subscriber sendNext:@"请求数据"];
        [subscriber sendCompleted];
        return nil;
    }];
}];
[command.executionSignals subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"signal %@",x);
    [x subscribeNext:^(id x) {
        NSLog(@"value %@",x);
    }];
}];
[command execute:@1];
// output: 执行命令 - signal <RACDynamicSignal: 0x608000227280> - value 请求数据

首先创建一个RACCommand，signalBlock是需要返回一个信号的，可以input(execute传入的值)来返回不同signal。在执行execute的时候会调用RACCommand的_signalBlock，并且把block返回的冷信号通过connection转换为热信号，然后把热信号加入_activeExecutionSignals，这样订阅command.executionSignals（_activeExecutionSignals数组转换的高阶信号）里面收到的信号就可以获取_signalBlock冷信号的值了。

UIButton这里有一个常用的用法可以方便的接收touch事件，如下

self.button.rac_command = [[RACCommand alloc] initWithSignalBlock:^(id _) {
    NSLog(@"button was pressed!");
    return [RACSignal empty];
}];

那是因为setRac_command:方法里面先addTarget:action:forControlEvents，然后action里面的实现是self.button.rac_command 调用execute:，这样touch事件发出时RACCommand的signal就能收到回调了。

Connections

在提到RACMulticastConnection的时候需要说一下冷信号和热信号的概念。

• Hot Observable是主动的，尽管你并没有订阅事件，但是它会时刻推送，就像鼠标移动；而Cold Observable是被动的，只有当你订阅的时候，它才会发布消息。

• Hot Observable可以有多个订阅者，是一对多，集合可以与订阅者共享信息；而Cold Observable只能一对一，当有不同的订阅者，消息是重新完整发送。

这里可以看 细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号（一） 的例子

RACSignal家族中，RACSubject就是热信号，除此还有RACReplaySubject，RACBehaviorSubject，RACGroupedSignal；

RACSubject是继承自RACSignal，并且它还遵守RACSubscriber协议。这就意味着它既能订阅信号，也能发送信号。在RACSubject里面有一个NSMutableArray数组，里面装着该信号的所有订阅者。

RACSignal就是冷信号，除此还有RACEmptySignal，RACReturnSignal，RACDynamicSignal，RACErrorSignal，RACChannelTerminal。

根据RACSignal订阅和发送信号的流程，我们可以知道，每订阅一次冷信号RACSignal，就会执行一次didSubscribe的block。这个时候就是可能出现问题的地方。如果RACSignal是被用于网络请求，那么在didSubscribe block里面会被重复的请求。

如何做到信号只执行一次didSubscribe block，最重要的一点是RACSignal冷信号只能被订阅一次。由于冷信号只能一对一，那么想一对多就只能交给热信号去处理了。这时候就需要把冷信号转换成热信号。

冷信号转换成热信号需要用到RACMulticastConnection 这个类。

RACMulticastConnection最主要的是保存了两个信号，一个是暴露给外部的类型为RACSubject的signal属性，一个是内部的sourceSignal(RACSignal类型)。

用sourceSignal去发送信号，内部再用RACSubject去订阅sourceSignal，然后RACSubject会把sourceSignal的信号值依次发给它的订阅者们。

RACSignal的订阅过程

RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) {
    [subscriber sendNext:@1];
    [subscriber sendCompleted];
    return nil;
}];
[signal subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"x%@",x);
}];

• 首先RACSignal调用createSignal方法创建实例，这里实际是通过RACDynamicSignal子类

+ (RACSignal *)createSignal:(RACDisposable * (^)(id<RACSubscriber> subscriber))didSubscribe {
    RACDynamicSignal *signal = [[self alloc] init];
    signal->_didSubscribe = [didSubscribe copy];
    return [signal setNameWithFormat:@"+createSignal:"];
}

实际就是给_didSubscribe变量赋值执行订阅操作需要执行的 block