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RxJS入門指引和初步應用

2017-02-25 00:00:00
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  RxJS是一個強大的Reactive編程庫,提供了強大的數(shù)據(jù)流組合與控制能力,但是其學習門檻一直很高,本次分享期望從一些特別的角度解讀它在業(yè)務中的使用,而不是從API角度去講解。

  RxJS簡介

  通常,對RxJS的解釋會是這么一些東西,我們來分別看看它們的含義是什么。

  Reactive

  Lodash for events

  Observable

  Stream-based

  什么是Reactive呢,一個比較直觀的對比是這樣的:

  比如說,abc三個變量之間存在加法關(guān)系:

  a = b + c

  在傳統(tǒng)方式下,這是一種一次性的賦值過程,調(diào)用一次就結(jié)束了,后面b和c再改變,a也不會變了。

  而在Reactive的理念中,我們定義的不是一次性賦值過程,而是可重復的賦值過程,或者說是變量之間的關(guān)系:

  a: = b + c

  定義出這種關(guān)系之后,每次b或者c產(chǎn)生改變,這個表達式都會被重新計算。不同的庫或者語言的實現(xiàn)機制可能不同,寫法也不完全一樣,但理念是相通的,都是描述出數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動關(guān)系。

  在前端,我們通常有這么一些方式來處理異步的東西:

  回調(diào)

  事件

  Promise

  Generator

  其中,存在兩種處理問題的方式,因為需求也是兩種:

  分發(fā)

  流程

  在處理分發(fā)的需求的時候,回調(diào)、事件或者類似訂閱發(fā)布這種模式是比較合適的;而在處理流程性質(zhì)的需求時,Promise和Generator比較合適。

  在前端,尤其交互很復雜的系統(tǒng)中,RxJS其實是要比Generator有優(yōu)勢的,因為常見的每種客戶端開發(fā)都是基于事件編程的,對于事件的處理會非常多,而一旦系統(tǒng)中大量出現(xiàn)一個事件要修改視圖的多個部分(狀態(tài)樹的多個位置),分發(fā)關(guān)系就更多了。

  RxJS的優(yōu)勢在于結(jié)合了兩種模式,它的每個Observable上都能夠訂閱,而Observable之間的關(guān)系,則能夠體現(xiàn)流程(注意,RxJS里面的流程的控制和處理,其直觀性略強于Promise,但弱于Generator)。

  我們可以把一切輸入都當做數(shù)據(jù)流來處理,比如說:

  用戶操作

  網(wǎng)絡響應

  定時器

  Worker

  RxJS提供了各種API來創(chuàng)建數(shù)據(jù)流:

  單值:of, empty, never

  多值:from

  定時:interval, timer

  從事件創(chuàng)建:fromEvent

  從Promise創(chuàng)建:fromPromise

  自定義創(chuàng)建:create

  創(chuàng)建出來的數(shù)據(jù)流是一種可觀察的序列,可以被訂閱,也可以被用來做一些轉(zhuǎn)換操作,比如:

  改變數(shù)據(jù)形態(tài):map, mapTo, pluck

  過濾一些值:filter, skip, first, last, take

  時間軸上的操作:delay, timeout, throttle, debounce, audit, bufferTime

  累加:reduce, scan

  異常處理:throw, catch, retry, finally

  條件執(zhí)行:takeUntil, delayWhen, retryWhen, subscribeOn, ObserveOn

  轉(zhuǎn)接:switch

  也可以對若干個數(shù)據(jù)流進行組合:

  concat,保持原來的序列順序連接兩個數(shù)據(jù)流

  merge,合并序列

  race,預設條件為其中一個數(shù)據(jù)流完成

  forkJoin,預設條件為所有數(shù)據(jù)流都完成

  zip,取各來源數(shù)據(jù)流最后一個值合并為對象

  combineLatest,取各來源數(shù)據(jù)流最后一個值合并為數(shù)組

  這時候回頭看,其實RxJS在事件處理的路上已經(jīng)走得太遠了,從事件到流,它被稱為lodash for events,倒不如說是lodash for stream更貼切,它提供的這些操作符也確實可以跟lodash媲美。

  數(shù)據(jù)流這個詞,很多時候,是從data-flow翻譯過來的,但flow跟stream是不一樣的,我的理解是:flow只關(guān)注一個大致方向,而stream是受到更嚴格約束的,它更像是在無形的管道里面流動。

  那么,數(shù)據(jù)的管道是什么形狀的?

  在RxJS中,存在這么幾種東西:

  Observable 可觀察序列,只出不進

  Observer 觀察者,只進不出

  Subject 可出可進的可觀察序列,可作為觀察者

  ReplaySubject 帶回放

  Subscription 訂閱關(guān)系

  前三種東西,根據(jù)它們數(shù)據(jù)進出的可能性,可以通俗地理解他們的連接方式,這也就是所謂管道的“形狀”,一端密閉一端開頭,還是兩端開口,都可以用來輔助記憶。

  上面提到的Subscription,則是訂閱之后形成的一個訂閱關(guān)系,可以用于取消訂閱。

  下面,我們通過一些示例來大致了解一下RxJS所提供的能力,以及用它進行開發(fā)所需要的思路轉(zhuǎn)換。

  示例一:簡單的訂閱

  很多時候,我們會有一些顯示時間的場景,比如在頁面下添加評論,評論列表中顯示了它們分別是什么時間創(chuàng)建的,為了含義更清晰,可能我們會引入moment這樣的庫,把這個時間轉(zhuǎn)換為與當前時間的距離:

  const diff = moment(createAt).fromNow()

  這樣,顯示的時間就是:一分鐘內(nèi),昨天,上個月這樣的字樣。

  但我們注意到,引入這個轉(zhuǎn)換是為了增強體驗,而如果某個用戶停留在當前視圖時間太長,它的這些信息會變得不準確,比如說,用戶停留了一個小時,而它看到的信息還顯示:5分鐘之前發(fā)表了評論,實際時間是一個小時零5分鐘以前的事了。

  從這個角度看,我們做這個體驗增強的事情只做了一半,不準確的信息是不能算作增強體驗的。

  在沒有RxJS的情況下,我們可能會通過一個定時器來做這件事,比如在組件內(nèi)部:

  tick() {

  this.diff = moment(createAt).fromNow()

  setTimeout(tick.bind(this), 1000)

  }

  但組件并不一定只有一份實例,這樣,整個界面上可能就有很多定時器在同時跑,這是一種浪費。如果要做優(yōu)化,可以把定時器做成一種服務,把業(yè)務上需要周期執(zhí)行的東西放進去,當作定時任務來跑。

  如果使用RxJS,可以很容易做到這件事:

  Observable.interval(1000).subscribe(() => {

  this.diff = moment(createAt).fromNow()

  })

  示例二:對時間軸的操縱

  RxJS一個很強大的特點是,它以流的方式來對待數(shù)據(jù),因此,可以用一些操作符對整個流上所有的數(shù)據(jù)進行延時、取樣、調(diào)整密集度等等。

  const timeA$ = Observable.interval(1000)

  const timeB$ = timeA$.filter(num => {

  return (num % 2 != 0)

  && (num % 3 != 0)

  && (num % 5 != 0)

  && (num % 7 != 0)

  })

  const timeC$ = timeB$.debounceTime(3000)

  const timeD$ = timeC$.delay(2000)

  示例代碼中,我們創(chuàng)建了四個流:

  A是由定時器產(chǎn)生的,每秒一個值;

  B從A里面過濾掉了一些;

  C在B的基礎(chǔ)上,對每兩個間距在3秒之內(nèi)的值進行了處理,只留下后一個值;

  D把C的結(jié)果整體向后平移了2秒。

  所以結(jié)果大致如下:

  A: 0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

  B:    1                             11    13          17    19

  C:          1                                   13                19

  D:                1                                   13

  示例三:我們來晚了

  RxJS還提供了BehaviourSubject和ReplaySubject這樣的東西,用于記錄數(shù)據(jù)流上一些比較重要的信息,讓那些“我們來晚了”的訂閱者們回放之前錯過的一切。

  ReplaySubject可以指定保留的值的個數(shù),超過的部分會被丟棄。

  最近新版《射雕英雄傳》比較火,我們來用代碼描述其中一個場景。

  郭靖和黃蓉一起背書,黃蓉記憶力很好,看了什么,就全部記得;而郭靖屬魚的,記憶只有七秒,始終只記得背誦的最后三個字,兩人一起背誦《九陰真經(jīng)》。

  代碼實現(xiàn)如下:

  const 九陰真經(jīng) = '天之道,損有余而補不足'

  const 黃蓉$ = new ReplaySubject(Number.MAX_VALUE)

  const 郭靖$ = new ReplaySubject(3)

  const 讀書$ = Observable.from(九陰真經(jīng).split(''))

  讀書$.subscribe(黃蓉$)

  讀書$.subscribe(郭靖$)

  執(zhí)行之后,我們就可以看到,黃蓉背出了所有字,郭靖只記得“補不足”三個字。

  示例四:自動更新的狀態(tài)樹

  熟悉Redux的人應該會對這樣一套理念不陌生:

  當前視圖狀態(tài) := 之前的狀態(tài) + 本次修改的部分

  從一個應用啟動之后,整個全局狀態(tài)的變化,就等于初始的狀態(tài)疊加了之后所有action導致的狀態(tài)修改結(jié)果。

  所以這就是一個典型的reduce操作。在RxJS里面,有一個scan操作符可以用來表達這個含義,比如說,我們可以表達這樣一個東西:

  const action$ = new Subject()

  const reducer = (state, payload) => {

  // 把payload疊加到state上返回

  }

  const state$ = action$.scan(reducer)

  .startWith({})

  只需往這個action$里面推action,就能夠在state$上獲取出當前狀態(tài)。

  在Redux里面,會有一個東西叫combineReducer,在state比較大的時候,用不同的reducer修改state的不同的分支,然后合并。如果使用RxJS,也可以很容易表達出來:

  const meAction$ = new Subject()

  const meReducer = (state, payload) => {}

  const articleAction$ = new Subject()

  const articleReducer = (state, payload) => {}

  const me$ = meAction$.scan(meReducer).startWith({})

  const article$ = articleAction$.scan(articleReducer).startWith({})

  const state$ = Observable

  .zip(

  me$,

  article$,

  (me, article) => {me, article}

  )

  借助這樣的機制,我們實現(xiàn)了Redux類似的功能,社區(qū)里面也有基于RxJS實現(xiàn)的Redux-Observable這樣的Redux中間件。

  注意,我們這里的代碼中,并未使用dispatch action這樣的方式去嚴格模擬Redux。

  再深入考慮,在比較復雜的場景下,reducer其實很復雜。比如說,視圖上發(fā)起一個操作,會需要修改視圖的好多地方,因此也就是要修改全局狀態(tài)樹的不同位置。

  在這樣的場景中,從視圖發(fā)起的某個action,要么調(diào)用一個很復雜的reducer去到處改數(shù)據(jù),要么再次發(fā)起多個action,讓很多個reducer各自改自己的數(shù)據(jù)。

  前者的問題是,代碼耦合太嚴重;后者的問題是,整個流程太難追蹤,比如說,某一塊狀態(tài),想要追蹤到自己是被從哪里發(fā)起的修改所改變的,是非常困難的事情。

  如果我們能夠把Observable上面的同步修改過程視為reducer,就可以從另外一些角度大幅簡化代碼,并且讓聯(lián)動邏輯清晰化。例如,如果我們想描述一篇文章的編輯權(quán)限:

  const editable$ = Observable.combineLatest(article$, me$)

  .map(arr => {

  let [article, me] = arr

  return me.isAdmin || article.author === me.id

  })

  這段代碼的實質(zhì)是什么?其實本質(zhì)上還是reducer,表達的是數(shù)據(jù)的合并與轉(zhuǎn)換過程,而且是同步的。我們可以把article和me的變更reduce到article$和me$里,由它們派發(fā)隱式的action去推動editable計算新值。

  更詳細探索的可以參見之前的這篇文章:復雜單頁應用的數(shù)據(jù)層設計。

  示例五:幸福人生

  人生是什么樣子的呢?

  著名央視主持人白巖松曾經(jīng)說過:

  賺錢是為了買房,買房是為了賺錢。

  這兩句話聽上去很悲哀,卻很符合社會現(xiàn)實。(不要在意是不是白巖松說的啦,不是他就是魯迅,要么就是莎士比亞)

  作為程序員,我們可以嘗試想想如何用代碼把它表達出來。

  如果用命令式編程的理念來描述這段邏輯,是不太好下手的,因為它看起來像個死循環(huán),可是人生不就是一天一天的死循環(huán)嗎,這個復雜的世界,誰是自變量,誰是因變量?

  死循環(huán)之所以很難用代碼表達,是因為你不知道先定義哪個變量,如果變量的依賴關(guān)系形成了閉環(huán),就總有一段定義不起來。

  但是,在RxJS這么一套東西中,我們可以很容易把這套關(guān)系描述出來。前面說過,基于RxJS編程,就好像是在組裝管道,依賴關(guān)系其實是定義在管道上,而不是在數(shù)據(jù)上。所以,不存在命令式的那些問題,只要管道能夠接起來,再放進去數(shù)據(jù)就可以了。所以,我們可以先定義管道之間的依賴關(guān)系,

  首先,從這段話中尋找一些變量,得到如下結(jié)果:

  錢

  房

  然后,我們來探索它們各自的來源。

  錢從哪里來?

  出租房子。

  房子從哪里來?

  錢掙夠了就買。

  聽上去還是死循環(huán)啊?

  我們接著分析:

  錢是只有一個來源嗎?

  不是,原始積累肯定不是房租,我們假定那是工資。

  所以,收入是有工資和房租兩個部分組成。 房子是只有一個來源嗎?

  對,我們不是貪官,房子都是用錢買的。

  好,現(xiàn)在我們有四個變量了:

  錢

  房

  工資

  房租

  我們嘗試定義這些變量之間的關(guān)系:

  工資 := 定時取值的常量

  房租 := 定時取值的變量,與房子數(shù)量成正比

  錢 := 工資 + 房租

  房 := 錢.map(夠了就買)

  調(diào)整這些變量的定義順序,凡是不依賴別人的,一律提到最前面實現(xiàn)。尷尬地發(fā)現(xiàn),這四個變量里,只有工資是一直不變的,先提前。

  const salary$ = Observable.interval(100).mapTo(2)

  剩下的,都是依賴別人的,而且,沒有哪個東西是只依賴已定義的變量,在存在業(yè)務上的循環(huán)依賴的時候,就會發(fā)生這樣的情況。在這種情況下,我們可以從中找出被依賴最少的變量,聲明一個Subject用于占位,比如這里的房子。

  const house$ = new Subject()

  接下來再看,以上幾個變量中,有哪個可以跟著確定?是房租,所以,我們可以得到房租與房子數(shù)量的關(guān)系表達式,注意,以上的salary$、house$,表達的都是單次增加的值,不代表總的值,但是,算房租是要用總的房子數(shù)量來算的,所以,我們還需要先表達出總的房子數(shù)量:

  const houseCount$ = house$.scan((acc, num) => acc + num, 0).startWith(0)

  然后,可以得到房租的表達式:

  const rent$ = Observable.interval(3000)

  .withLatestFrom(houseCount$)

  .map(arr => arr[1] * 5)

  解釋一下上面這段代碼:

  房租由房租周期的定時器觸發(fā);

  然后到房子數(shù)量中取最后一個值,也就是當前有多少套房;

  然后,用房子數(shù)量乘以單套房的月租,假設是5;

  房租定義出來了之后,錢就可以被定義了:

  const income$ = Observable.merge(salary$, rent$)

  注意,income$所代表的含義是,所有的單次收入,包含工資和房租。

  到目前為止,我們還有一個東西沒有被定義,那就是房子。如何從收入轉(zhuǎn)化為房子呢?為了示例簡單,我們把它們的關(guān)系定義為:

  一旦現(xiàn)金流夠買房,就去買。

  所以,我們需要定義現(xiàn)金流與房子數(shù)量的關(guān)系:

  const cash$ = income$

  .scan((acc, num) => {

  const newSum = acc + num

  const newHouse = Math.floor(newSum / 100)

  if (newHouse > 0) {

  house$.next(newHouse)

  }

  return newSum % 100

  }, 0)

  這段邏輯的含義是:

  累積之前的現(xiàn)金流與本次收入;

  假定房價100,先看看現(xiàn)金夠買幾套房,能買幾套買幾套;

  重新計算買完之后的現(xiàn)金。

  總結(jié)一下,這么一段代碼,就表達清楚了我們所有的業(yè)務需求:

  // 掙錢是為了買房,買房是為了賺錢

  const house$ = new Subject()

  const houseCount$ = house$.scan((acc, num) => acc + num, 0).startWith(0)

  // 工資始終不漲

  const salary$ = Observable.interval(100).mapTo(2)

  const rent$ = Observable.interval(3000)

  .withLatestFrom(houseCount$)

  .map(arr => arr[1] * 5)

  // 一買了房,就沒現(xiàn)金了……

  const income$ = Observable.merge(salary$, rent$)

  const cash$ = income$

  .scan((acc, num) => {

  const newSum = acc + num

  const newHouse = Math.floor(newSum / 100)

  if (newHouse > 0) {

  house$.next(newHouse)

  }

  return newSum % 100

  }, 0)

  // houseCount$.subscribe(num => console.log(`houseCount: ${num}`))

  // cash$.subscribe(num => console.log(`cash: ${num}`))

  這段代碼所表達出來的業(yè)務關(guān)系如圖:

  工資周期  ———>  工資

  ↓

  房租周期  ———>  租金  ———>  收入  ———>  現(xiàn)金

  ↑           ↓

  房子數(shù)量 <——— 新購房

  注意:在這個例子中,house$的處理方式與眾不同,因為我們的業(yè)務邏輯是環(huán)形依賴,至少要有一個東西先從里面拿出來占位,后續(xù)再處理,否則沒有辦法定義整條鏈路。

  小結(jié)

  本篇通過一些簡單例子介紹了RxJS的使用場景,可以用這么一句話來描述它:

  其文簡,其意博,其理奧,其趣深

  RxJS提供大量的操作符,用于處理不同的業(yè)務需求。對于同一個場景來說,可能實現(xiàn)方式會有很多種,需要在寫代碼之前仔細斟酌。由于RxJS的抽象程度很高,所以,可以用很簡短代碼表達很復雜的含義,這對開發(fā)人員的要求也會比較高,需要有比較強的歸納能力。

  本文是入職螞蟻金服之后,第一次內(nèi)部分享,科普為主,后面可能會逐步作一些深入的探討。

  螞蟻的大部分業(yè)務系統(tǒng)前端不太適合用RxJS,大部分是中后臺CRUD系統(tǒng),因為兩個原因:整體性、實時性的要求不高。

  什么是整體性?這是一種系統(tǒng)設計的理念,系統(tǒng)中的很多業(yè)務模塊不是孤立的,比如說,從展示上,GUI與命令行的差異在于什么?在于數(shù)據(jù)的冗余展示。我們可以把同一份業(yè)務數(shù)據(jù)以不同形態(tài)展示在不同視圖上,甚至在PC端,由于屏幕大,可以允許同一份數(shù)據(jù)以不同形態(tài)同時展現(xiàn),這時候,為了整體協(xié)調(diào),對此數(shù)據(jù)的更新就會要產(chǎn)生很多分發(fā)和聯(lián)動關(guān)系。

  什么是實時性?這個其實有多個含義,一個比較重要的因素是服務端是否會主動向推送一些業(yè)務更新信息,如果用得比較多,也會產(chǎn)生不少的分發(fā)關(guān)系。

  在分發(fā)和聯(lián)動關(guān)系多的時候,RxJS才能更加體現(xiàn)出它比Generator、Promise的優(yōu)勢。

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