RxJS 入门指引和初步应用

RxJS是一个强大的Reactive编程库,提供了强大的数据流组合与控制能力,但是其学习门槛一直很高,本次分享期望从一些特别的角度解读它在业务中的使用,而不是从API角度去讲解。

RxJS简介

通常,对RxJS的解释会是这么一些东西,我们来分别看看它们的含义是什么。

  • Reactive
  • Lodash for events
  • Observable
  • Stream-based

什么是Reactive呢,一个比较直观的对比是这样的:

比如说,abc三个变量之间存在加法关系:

在传统方式下,这是一种一次性的赋值过程,调用一次就结束了,后面b和c再改变,a也不会变了。

而在Reactive的理念中,我们定义的不是一次性赋值过程,而是可重复的赋值过程,或者说是变量之间的关系:

定义出这种关系之后,每次b或者c产生改变,这个表达式都会被重新计算。不同的库或者语言的实现机制可能不同,写法也不完全一样,但理念是相通的,都是描述出数据之间的联动关系。

在前端,我们通常有这么一些方式来处理异步的东西:

  • 回调
  • 事件
  • Promise
  • Generator

其中,存在两种处理问题的方式,因为需求也是两种:

  • 分发
  • 流程

在处理分发的需求的时候,回调、事件或者类似订阅发布这种模式是比较合适的;而在处理流程性质的需求时,Promise和Generator比较合适。

在前端,尤其交互很复杂的系统中,RxJS其实是要比Generator有优势的,因为常见的每种客户端开发都是基于事件编程的,对于事件的处理会非常多,而一旦系统中大量出现一个事件要修改视图的多个部分(状态树的多个位置),分发关系就更多了。

RxJS的优势在于结合了两种模式,它的每个Observable上都能够订阅,而Observable之间的关系,则能够体现流程(注意,RxJS里面的流程的控制和处理,其直观性略强于Promise,但弱于Generator)。

我们可以把一切输入都当做数据流来处理,比如说:

  • 用户操作
  • 网络响应
  • 定时器
  • Worker

RxJS提供了各种API来创建数据流:

  • 单值:of, empty, never
  • 多值:from
  • 定时:interval, timer
  • 从事件创建:fromEvent
  • 从Promise创建:fromPromise
  • 自定义创建:create

创建出来的数据流是一种可观察的序列,可以被订阅,也可以被用来做一些转换操作,比如:

  • 改变数据形态:map, mapTo, pluck
  • 过滤一些值:filter, skip, first, last, take
  • 时间轴上的操作:delay, timeout, throttle, debounce, audit, bufferTime
  • 累加:reduce, scan
  • 异常处理:throw, catch, retry, finally
  • 条件执行:takeUntil, delayWhen, retryWhen, subscribeOn, ObserveOn
  • 转接:switch

也可以对若干个数据流进行组合:

  • concat,保持原来的序列顺序连接两个数据流
  • merge,合并序列
  • race,预设条件为其中一个数据流完成
  • forkJoin,预设条件为所有数据流都完成
  • zip,取各来源数据流最后一个值合并为对象
  • combineLatest,取各来源数据流最后一个值合并为数组

这时候回头看,其实RxJS在事件处理的路上已经走得太远了,从事件到流,它被称为lodash for events,倒不如说是lodash for stream更贴切,它提供的这些操作符也确实可以跟lodash媲美。

数据流这个词,很多时候,是从data-flow翻译过来的,但flow跟stream是不一样的,我的理解是:flow只关注一个大致方向,而stream是受到更严格约束的,它更像是在无形的管道里面流动。

那么,数据的管道是什么形状的?

在RxJS中,存在这么几种东西:

  • Observable 可观察序列,只出不进
  • Observer 观察者,只进不出
  • Subject 可出可进的可观察序列,可作为观察者
    • ReplaySubject 带回放
  • Subscription 订阅关系

前三种东西,根据它们数据进出的可能性,可以通俗地理解他们的连接方式,这也就是所谓管道的“形状”,一端密闭一端开头,还是两端开口,都可以用来辅助记忆。

上面提到的Subscription,则是订阅之后形成的一个订阅关系,可以用于取消订阅。

下面,我们通过一些示例来大致了解一下RxJS所提供的能力,以及用它进行开发所需要的思路转换。

示例一:简单的订阅

很多时候,我们会有一些显示时间的场景,比如在页面下添加评论,评论列表中显示了它们分别是什么时间创建的,为了含义更清晰,可能我们会引入moment这样的库,把这个时间转换为与当前时间的距离:

这样,显示的时间就是:一分钟内,昨天,上个月这样的字样。

但我们注意到,引入这个转换是为了增强体验,而如果某个用户停留在当前视图时间太长,它的这些信息会变得不准确,比如说,用户停留了一个小时,而它看到的信息还显示:5分钟之前发表了评论,实际时间是一个小时零5分钟以前的事了。

从这个角度看,我们做这个体验增强的事情只做了一半,不准确的信息是不能算作增强体验的。

在没有RxJS的情况下,我们可能会通过一个定时器来做这件事,比如在组件内部:

但组件并不一定只有一份实例,这样,整个界面上可能就有很多定时器在同时跑,这是一种浪费。如果要做优化,可以把定时器做成一种服务,把业务上需要周期执行的东西放进去,当作定时任务来跑。

如果使用RxJS,可以很容易做到这件事:

示例二:对时间轴的操纵

RxJS一个很强大的特点是,它以流的方式来对待数据,因此,可以用一些操作符对整个流上所有的数据进行延时、取样、调整密集度等等。

示例代码中,我们创建了四个流:

  • A是由定时器产生的,每秒一个值
  • B从A里面过滤掉了一些
  • C在B的基础上,对每两个间距在3秒之内的值进行了处理,只留下后一个值
  • D把C的结果整体向后平移了2秒

所以结果大致如下:

示例三:我们来晚了

RxJS还提供了BehaviourSubject和ReplaySubject这样的东西,用于记录数据流上一些比较重要的信息,让那些“我们来晚了”的订阅者们回放之前错过的一切。

ReplaySubject可以指定保留的值的个数,超过的部分会被丢弃。

最近新版《射雕英雄传》比较火,我们来用代码描述其中一个场景。

郭靖和黄蓉一起背书,黄蓉记忆力很好,看了什么,就全部记得;而郭靖属鱼的,记忆只有七秒,始终只记得背诵的最后三个字,两人一起背诵《九阴真经》。

代码实现如下:

执行之后,我们就可以看到,黄蓉背出了所有字,郭靖只记得“补不足”三个字。

示例四:自动更新的状态树

熟悉Redux的人应该会对这样一套理念不陌生:

从一个应用启动之后,整个全局状态的变化,就等于初始的状态叠加了之后所有action导致的状态修改结果。

所以这就是一个典型的reduce操作。在RxJS里面,有一个scan操作符可以用来表达这个含义,比如说,我们可以表达这样一个东西:

只需往这个action$里面推action,就能够在state$上获取出当前状态。

在Redux里面,会有一个东西叫combineReducer,在state比较大的时候,用不同的reducer修改state的不同的分支,然后合并。如果使用RxJS,也可以很容易表达出来:

借助这样的机制,我们实现了Redux类似的功能,社区里面也有基于RxJS实现的Redux-Observable这样的Redux中间件。

注意,我们这里的代码中,并未使用dispatch action这样的方式去严格模拟Redux。

再深入考虑,在比较复杂的场景下,reducer其实很复杂。比如说,视图上发起一个操作,会需要修改视图的好多地方,因此也就是要修改全局状态树的不同位置。

在这样的场景中,从视图发起的某个action,要么调用一个很复杂的reducer去到处改数据,要么再次发起多个action,让很多个reducer各自改自己的数据。

前者的问题是,代码耦合太严重;后者的问题是,整个流程太难追踪,比如说,某一块状态,想要追踪到自己是被从哪里发起的修改所改变的,是非常困难的事情。

如果我们能够把Observable上面的同步修改过程视为reducer,就可以从另外一些角度大幅简化代码,并且让联动逻辑清晰化。例如,如果我们想描述一篇文章的编辑权限:

这段代码的实质是什么?其实本质上还是reducer,表达的是数据的合并与转换过程,而且是同步的。我们可以把article和me的变更reduce到article$和me$里,由它们派发隐式的action去推动editable计算新值。

更详细探索的可以参见之前的这篇文章:复杂单页应用的数据层设计

示例五:幸福人生

人生是什么样子的呢?

著名央视主持人白岩松曾经说过:

赚钱是为了买房,买房是为了赚钱。

这两句话听上去很悲哀,却很符合社会现实。(不要在意是不是白岩松说的啦,不是他就是鲁迅,要么就是莎士比亚)

作为程序员,我们可以尝试想想如何用代码把它表达出来。

如果用命令式编程的理念来描述这段逻辑,是不太好下手的,因为它看起来像个死循环,可是人生不就是一天一天的死循环吗,这个复杂的世界,谁是自变量,谁是因变量?

死循环之所以很难用代码表达,是因为你不知道先定义哪个变量,如果变量的依赖关系形成了闭环,就总有一段定义不起来。

但是,在RxJS这么一套东西中,我们可以很容易把这套关系描述出来。前面说过,基于RxJS编程,就好像是在组装管道,依赖关系其实是定义在管道上,而不是在数据上。所以,不存在命令式的那些问题,只要管道能够接起来,再放进去数据就可以了。所以,我们可以先定义管道之间的依赖关系,

首先,从这段话中寻找一些变量,得到如下结果:

然后,我们来探索它们各自的来源。

钱从哪里来?
出租房子。
房子从哪里来?
钱挣够了就买。

听上去还是死循环啊?

我们接着分析:

钱是只有一个来源吗?
不是,原始积累肯定不是房租,我们假定那是工资。所以,收入是有工资和房租两个部分组成。
房子是只有一个来源吗?
对,我们不是贪官,房子都是用钱买的。

好,现在我们有四个变量了:

  • 工资
  • 房租

我们尝试定义这些变量之间的关系:

  • 工资 := 定时取值的常量
  • 房租 := 定时取值的变量,与房子数量成正比
  • 钱 := 工资 + 房租
  • 房 := 钱.map(够了就买)

调整这些变量的定义顺序,凡是不依赖别人的,一律提到最前面实现。尴尬地发现,这四个变量里,只有工资是一直不变的,先提前。

剩下的,都是依赖别人的,而且,没有哪个东西是只依赖已定义的变量,在存在业务上的循环依赖的时候,就会发生这样的情况。在这种情况下,我们可以从中找出被依赖最少的变量,声明一个Subject用于占位,比如这里的房子。

接下来再看,以上几个变量中,有哪个可以跟着确定?是房租,所以,我们可以得到房租与房子数量的关系表达式,注意,以上的salary$、house$,表达的都是单次增加的值,不代表总的值,但是,算房租是要用总的房子数量来算的,所以,我们还需要先表达出总的房子数量:

然后,可以得到房租的表达式:

解释一下上面这段代码:

  • 房租由房租周期的定时器触发
  • 然后到房子数量中取最后一个值,也就是当前有多少套房
  • 然后,用房子数量乘以单套房的月租,假设是5

房租定义出来了之后,钱就可以被定义了:

注意,income$所代表的含义是,所有的单次收入,包含工资和房租。

到目前为止,我们还有一个东西没有被定义,那就是房子。如何从收入转化为房子呢?为了示例简单,我们把它们的关系定义为:

一旦现金流够买房,就去买。

所以,我们需要定义现金流与房子数量的关系:

这段逻辑的含义是:

  • 累积之前的现金流与本次收入
  • 假定房价100,先看看现金够买几套房,能买几套买几套
  • 重新计算买完之后的现金

总结一下,这么一段代码,就表达清楚了我们所有的业务需求:

这段代码所表达出来的业务关系如图:

注意:在这个例子中,house$的处理方式与众不同,因为我们的业务逻辑是环形依赖,至少要有一个东西先从里面拿出来占位,后续再处理,否则没有办法定义整条链路。

小结

本篇通过一些简单例子介绍了RxJS的使用场景,可以用这么一句话来描述它:

其文简,其意博,其理奥,其趣深

RxJS提供大量的操作符,用于处理不同的业务需求。对于同一个场景来说,可能实现方式会有很多种,需要在写代码之前仔细斟酌。由于RxJS的抽象程度很高,所以,可以用很简短代码表达很复杂的含义,这对开发人员的要求也会比较高,需要有比较强的归纳能力。

本文是入职蚂蚁金服之后,第一次内部分享,科普为主,后面可能会逐步作一些深入的探讨。

蚂蚁的大部分业务系统前端不太适合用RxJS,大部分是中后台CRUD系统,因为两个原因:整体性、实时性的要求不高。

什么是整体性?这是一种系统设计的理念,系统中的很多业务模块不是孤立的,比如说,从展示上,GUI与命令行的差异在于什么?在于数据的冗余展示。我们可以把同一份业务数据以不同形态展示在不同视图上,甚至在PC端,由于屏幕大,可以允许同一份数据以不同形态同时展现,这时候,为了整体协调,对此数据的更新就会要产生很多分发和联动关系。

什么是实时性?这个其实有多个含义,一个比较重要的因素是服务端是否会主动向推送一些业务更新信息,如果用得比较多,也会产生不少的分发关系。

在分发和联动关系多的时候,RxJS才能更加体现出它比Generator、Promise的优势。

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