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RxSwift剖析

11月 26日, 2019
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讲解RxSwift用法的文章很多，我这里想分享下RxSwift的设计的思想。RxSwift的核心思想是以链式结构编程。应用到前端UI框架中的话，就是把数据以流式结构映射到UI上，每个UI元素都对应一个数据源的操作流。开发者阅读代码就更加的清晰，修改功能也更加方便。如何才能达到上面说的目的那？下面简单的分析一下。

RxSwift设计哲学

当前我们用的编程语言，大多是命令式的编程方式，命令式强调的是解决问题的过程。而流式结构本质上是一种函数映射的关系，强调的是解决问题的方法。下面来举个例子解释下，比如要把一个数组中的数字都除以2，用命令式的方式如下:

var list = [2,4,6,8]
var newList: [Int] = []
for num in list {
    let result = num / 2
    newList.append(result)
}

从上面的代码可以看出来，解决的过程非常清晰，从数组中每个元素取出来，然后除以2之后，再塞给另一个数组，完全符合计算机解决问题的逻辑。 下面来看下用函数式的方式解决这个问题如下:

var list = [2,4,6,8]
let newList = list.map { (num) -> Int in
    return num/2
}

首先这个代码看起来会简洁一些，为何会简洁，是因为函数式并不会用计算机解决问题的方法，把所有过程给表述出来，上面的代码只是表述了一种函数映射关系 list -> newList,变量list通过一个函数映射出结果newList。

其实这种方式更符合人类的思维，因为人类发明数学，函数就是解决问题的一个重要手段，往往函数映射是线性处理一个关系的，更容易在人脑里形成逻辑，而计算机解决问题的方式，往往是跳跃的，不停的控制变换的变量，很容易让思绪混乱。所以我在想如果人一开始就不是用命令式的方式编程，而是用函数式方式，编程应该会更加接近解决问题的方法，而不用思考计算机硬件繁琐的处理数据方式，编程也会更加优雅和易学。

下面就引申出另一个问题，函数式编程的方式，能完全表达出计算机命令式的所有逻辑么？其实已经有科学家证明了这个问题，他们是完全等价的。至于如何证明可能已经超出了我的认知范围😹。不过有兴趣的可以看下Lambda演算。其实本质上Lambda演算和图灵机是对等的，所以图灵机可以解决的问题，理论上用Lambda演算都可以解决。好了理论证明完，下面就介绍下函数式编程的一些核心思想

函数式编程

凡是提到函数式编程，几乎都要提及这三个重要概念 functor,Applicatives,monad。因为实现了这三个概念的编程语言，就符合了上面提到的Lambda演算，就可以用函数式映射的方式进行编程，上面的链接详细的解释了这三个概念，下面我就简单的总结下:

  1. functor本质上是把封装的数据通过函数λ映射到另一个封装的数据 packageA ->(λ) packageB
  2. Applicatives是可以把封装过的函数packageλ应用到封装过的数据中，得到另一个封装过的数据 packageA ->(packageλ) packageB
  3. monad的实现是函数式很核心的功能，如果仅仅实现了上面说的两个方式，还不足以让数据实现流式操作，比如遇到封装过的函数packageλ，如何通过另一个函数映射出结果哪？这里就需要monad的出现了，monad可以把封装过的packageλ，通过函数映射成封装过的数据。至此所有的操作都可以通过这三种方式做映射，也就可以实现流式编程。

其实monad这个概念是范畴学中的一个重要理论，下面就简单的描述下这个概念吧。

monad概念

这里我只是按照我个人的理解，描述下monad这个概念如何应用到编程语言上的，如果想了解深层次的理论，还是建议大家学习下范畴学中自函子的概念。

monad如果用数学语言来描述的话,就是把一个范畴的对象提升到了另一个新的范畴，在编程语言中，老的范畴代表的是什么，就是命令式的逻辑控制(for,if,while)和数据结构。新的范畴是可以把老的范畴映射到新的范畴中，同时新的范畴也可以解封成老的范畴，并且新的范畴之间也可以互相映射。

范畴学中的自函子应用在编程语言中，就是用代码线性地描述新对象和新态射的关系并且可以复合态射，本质上就是可以用定义的一个类型，通过函数映射，还能成为同一个类型。

RxSwift的结构

好了，上面准备好了理论，我们看下RxSwift的核心结构，本质上RxSwift里面的Observal就是monad的类型，也就是上面提到的自函子，所以理论上来讲所有的命令式的程序，都可以用observal线性的方式表达出来，也就是省去了好多命令式处理数据的过程，让解决的方法更清晰一些，对于数据操控UI显示的程序上面，尤其有用。

Observal做为monad类型，当然要具备让老的范畴映射到新的范畴的能力,例如通过create的方法，这里可以称之为升维操作，同样也可以把新的范畴映射到老的范畴中，例如subcribe方法，可以称之为降维操作。同样RxSwift提供了大量的函数操作可以让observal对象之间映射，例如merge,flatmap。下面我就简单的介绍下RxSwift类的构造。

image

上图可以看出来，RxSwift三个核心的类Observal,Observer,Subject。当然Observal是最核心的，而Observer实现的是观察者模式，而RXSwift也正是通过Observer这个方式，来方便的实现升维和降维操作，如果有兴趣可以看下源码Producer这个类里面包含了一个关键的类sink,这个在C++语言中很常见的泛型的槽,其实本质上就是利用Observer对象，实现升维和降维的操作。

另一个我要说的是Subject类型，RxSwift里面有很多种Subject类型，例如PublicSubject,RelaySubject,BehaviourSubject。他们都是继承自Observal,但是他们也具备Observer的功能，所以如果想方便的进行Observal创建和订阅，可以使用Subject这些类型。

了解了上面这些核心概念后，最后就需要掌握大量的Observal之间互相的操作函数了，例如flatmap,merge,contact等等，这里我就不详细的描述了，网上有大量的文章描述这个，我这里主要目的还是想分享下作者设计的思路。

上面介绍完RxSwift的设计思想后，后面想分享下在学习RXSwift自己经常遇到的一些疑惑，以及最近RXSwift升级到5.0新增的一些有用的特性。

RXSwift使用

用观察者模式就可以替换RXSwift了么?

自己最初在学习RxSwift的时候，基本把RxSwift当成观察者模式的替代品使用了，只有绑定数据的时候使用，其实这真的是杀鸡焉用牛刀，如果仅仅是为了这个用途的话，像KVOController就可以替代RxSwift，观察者模式本质上只是某个数据绑定到了一个UI上，但是数据的操作方式，还是要用命令式的程序来组合，想要达到从源头链式的映射到UI上面很难。RxSwift的核心思想是要所有的功能都可以流式操作，不过观察者模式本质上用RxSwift可以方便的实现,甚至RxSwift还可以替代Promise这种常用的异步控制框架。

为何所有的NSObject要定义rx这个属性?

因为RxCocoa把很多ios的基础库控件做了升维操作，方便开发者使用，如果开发者想让某个控件具有RxSwift的能力，只要扩展Reactive这个类就可以了，在RxCocoa有大量的控件扩展了这个类。例如:

extension Reactive where Base: UIButton {
    /// Reactive wrapper for `TouchUpInside` control event.
    public var tap: ControlEvent<Void> {
        return controlEvent(.touchUpInside)
    }
}

RxSwift废弃Variable

在RxSwift5.0中作者完全遗弃了Variable这个类，之前这个类可以用来做双向绑定，然后被很多开发者当成观察者模式来使用，程序逻辑用了大量的命令式的方式来开发，这完全违背了作者设计的初衷。作者最开始都说过Variable这是方便开发者从命令式编程向函数式编程过渡的类，之后会废弃掉，现在5.0已经完全不能使用了。

RxDatasouce框架增加到了RXCocoa框架中

在5.0之前，如果UITableView和UICollectionView想要使用RXSwift的流式编程方式的话，需要引入RXDataSouce框架，这个框架本质上把UITableView和UICollectionView数据源的所有的delegate操作，用RxSwift的函数式方式实现了，之后就可以方便的实现数据源的流式组装。

下面可以思考下，如果你需要写一个collectionView的类，然后不让你的类中使用全局变量来存储数据源，你是什么方式可以实现那？当然你要问为何不用全局变量那，全局变量我可以很方便的操作list啊，但是同时也引入了大量的问题，你不知道list那里会被操作，在编写代码的时候经常会遇到不同的地方在删除list中的数据，而有些地方又要增加list的数据，然后造成数据不一致crash。那如果用RxSwift来写一个基于collectionView的controller，就可以达到完全不用全局变量的效果。只要简单的几行下面的代码就可以实现:

let items = Observable.just([
            1,
            2,
            3
        ])
items.bind(to: collectionView.rx.items) { (collectionView, row, element) in
    let indexPath = IndexPath(row: row, section: 0)
    let cell = collectionView.dequeueReusableCell(withReuseIdentifier: "Cell", for: indexPath) as! NumberCell
    cell.numberLabel.text = "\(element) @ \(row)"
    return cell
}
.disposed(by: disposeBag)

总结

本文中的一些代码例子，就可以体会到使用RxSwift编程的简洁和优雅。RxSwift更强调的是解决问题的思路，是不同于命令式程序强调的解决问题的繁琐过程的。而线性的流式操作，尤其在做数据和UI渲染的开发中尤其有用，开发者很容易就可以知道UI元素变化对应的数据源。再加上Swift语言本身对高阶函数支持的比较完善，所以RxSwift这种编程思想相信之后会越来越流行。

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图3

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