RxJava2线程切换原理分析
一、概述
本节将分析RxJava2的线程切换模型。通过对线程切换源代码的分析到达对RxJava2线程切换彻底理解的目的。通过对本节的学习你会发现，RxJava2线程切换是如此的简单，仅仅是通过两个操作符就能完成从子线程到主线程，或者主线程到子线程，再或者从子线程到子线程的切换。对应的操作符为：observerOn：指定观察者运行的线程。subscribeOn：执行被观察者运行的线程。
二、简单例子入手
private void threadSwitchTest() {
Observable<String> observable = Observable.create(new ObservableOnSubscribe<String>() {
@Override
public void subscribe(ObservableEmitter<String> emitter) throws Exception {
emitter.onNext("《深入Java虚拟机》");
MyLog.log("Thread:" + Thread.currentThread().getName());
}
});
observable
.observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())//观察者执行线程
.subscribeOn(Schedulers.io())//被观察者执行线程
.subscribe(new Consumer<String>() {
@Override
public void accept(String s) throws Exception {
MyLog.log("Thread:" + Thread.currentThread().getName());
}
});
}
以上例子中我们使用observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())来指定观察者运行在主线程，使用subscribeOn(Schedulers.io())来指定被观察运行在子线程
三、源码分析
本节针对RxJava2的源代码我们需要弄明白三件事情：
1.子线程如何切换到主线程原理分析
2.主线程如何切换到子线程原理分析
3.子线程如何切换到子线程原理分析
通过上一节的分析我们知道RxJava2通过创建一个被观察者(ObservableCreate)和一个观察者(LambdaObserver)，并实现观察者和被观察者的绑定。通过ObservableEmitter.onNext发送消息，Consumer.accept中接收消息。而操作符map仅仅是对被观察者ObservableCreate做了一层包装（装饰模式），变成了ObservableMap。而观察者装饰后则变成了MapObserver。
很显然，observeOn和subscribeOn都属于操作符（他们都是用来做线程切换的操作符而已），所以这两个操作符也符合上面Map操作符的包装规则。
subscribeOn源码分析：
@CheckReturnValue
@SchedulerSupport(SchedulerSupport.CUSTOM)
public final Observable<T> subscribeOn(Scheduler scheduler) {
ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null");
return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableSubscribeOn<T>(this, scheduler));
}
从上述源码可以看出subscribeOn确实如上面所说，会被包装成为一个ObservableSubscribeOn。其构造方法会传入两个参数，一个是this：代表当前被观察者，也就是操作符上面修饰的那个被观察者，本例中指的是ObservableObserveOn,ObservableObserverOn又装饰了ObservableCreate。scheduler指的是Schedulers.io(), 指被观察者运行在io线程，也就是子线程中。
下面看下Schedulers类是个什么东西。
public final class Schedulers {
@NonNull
static final Scheduler SINGLE;
@NonNull
static final Scheduler COMPUTATION;
@NonNull
static final Scheduler IO;
@NonNull
static final Scheduler TRAMPOLINE;
@NonNull
static final Scheduler NEW_THREAD;
static final class SingleHolder {
static final Scheduler DEFAULT = new SingleScheduler();
}
static final class ComputationHolder {
static final Scheduler DEFAULT = new ComputationScheduler();
}
static final class IoHolder {
static final Scheduler DEFAULT = new IoScheduler();
}
static final class NewThreadHolder {
static final Scheduler DEFAULT = new NewThreadScheduler();
}
static {
SINGLE = RxJavaPlugins.initSingleScheduler(new SingleTask());
COMPUTATION = RxJavaPlugins.initComputationScheduler(new ComputationTask());
IO = RxJavaPlugins.initIoScheduler(new IOTask());
TRAMPOLINE = TrampolineScheduler.instance();
NEW_THREAD = RxJavaPlugins.initNewThreadScheduler(new NewThreadTask());
}
Schedulers内部封装了各种Scheduler。每一个Scheduler中都封装的有线程池，用于执行后台任务。
到此处ObservableSubscribeOn对象也就创建完成了。
下面看下ObserverOn操作符都干了什么事情：
@CheckReturnValue
@SchedulerSupport(SchedulerSupport.CUSTOM)
public final Observable<T> observeOn(Scheduler scheduler, boolean delayError, int bufferSize) {
ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null");
ObjectHelper.verifyPositive(bufferSize, "bufferSize");
return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableObserveOn<T>(this, scheduler, delayError, bufferSize));
}
ObserveOn方法内部包装了一个ObservableObserveOn对象，其有两个参数，this：代表当前Observable对象，此处指的是ObservableCreate这个对象，scheduler代表的是AndroidSchedulers.mainThread()。
我们看一下AndroidSchedulers的源代码，看它都干了写什么事
public final class AndroidSchedulers {
private static final class MainHolder {
static final Scheduler DEFAULT
= new HandlerScheduler(new Handler(Looper.getMainLooper()), false);
}
private static final Scheduler MAIN_THREAD = RxAndroidPlugins.initMainThreadScheduler(
new Callable<Scheduler>() {
@Override public Scheduler call() throws Exception {
return MainHolder.DEFAULT;
}
});
/** A {@link Scheduler} which executes actions on the Android main thread. */
public static Scheduler mainThread() {
return RxAndroidPlugins.onMainThreadScheduler(MAIN_THREAD);
}
/** A {@link Scheduler} which executes actions on {@code looper}. */
public static Scheduler from(Looper looper) {
return from(looper, false);
}
AndroidSchedulers的内部类MainHolder的作用是在主线程中创建一个Handler。由new Handler(Looper.getMainLooper())来完成。因为Looper所在的线程为Handler所在的线程，又因为Looper.getMainLooper()获取到的是主线程的looper，所以当前Handler运行在主线程，顺带着这块的逻辑也是在主线程中完成的。字段MAIN_THREAD仅仅是把HandlerScheduler返回而已，而HandlerScheduler持有主线程handler。那么manThread()方法就好理解了 ，就是返回了一个持有主线程Handler的Scheduler而已。
所以ObservableObserverOn包装了ObservableCreate并持有了主线程Handler。到此被观察者就已经创建完成了。
下面说下观察者Consumer.accept方法在这个链式调用中是如何被执行的：
1.经过上面的分析被观察者已经变为：ObservableObserverOn，ObservableObserverOn持有ObservableSubscribeOn对象的引用，ObservableSubscribeOn又持有ObservableCreate的引用。所以Observable对象经过三层包装最终成为了ObservableObserverOn。
2.Observable.subscribe(Consumer consumer)方法执行订阅，会把原始的观察者对象LambdaObserver对象包装成为ObserverOnObserver对象,ObserverOnObserver又会被包装成SubscribeOnObserver对象。用以在ObservableSubscribeOn对象执行subscribeActual方法的时候正式执行绑定操作。至此，观察者和被观察者建立了绑定关系。
public final class ObservableSubscribeOn<T> extends AbstractObservableWithUpstream<T, T> {
final Scheduler scheduler;
public ObservableSubscribeOn(ObservableSource<T> source, Scheduler scheduler) {
super(source);
this.scheduler = scheduler;
}
@Override
public void subscribeActual(final Observer<? super T> s) {
final SubscribeOnObserver<T> parent = new SubscribeOnObserver<T>(s);
s.onSubscribe(parent);
parent.setDisposable(scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent)));
}
从上面的代码中我们基本无法判断是在哪里绑定的。从上面的分析我们知道scheduler要是一个HandlerScheduler.那么我们可以断定的是scheduler.scheduleDirect一定是用来执行任务的，那么SubscribeTask肯定是一个任务没错。事实也如我们所料一样，确实是这样的。
看下HandlerScheduler的scheduleDirect都干了什么
@Override
public Disposable scheduleDirect(Runnable run, long delay, TimeUnit unit) {
if (run == null) throw new NullPointerException("run == null");
if (unit == null) throw new NullPointerException("unit == null");
run = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
ScheduledRunnable scheduled = new ScheduledRunnable(handler, run);
handler.postDelayed(scheduled, unit.toMillis(delay));
return scheduled;
}
非常的简单，构建一个ScheduleRunnable，并把handler和runnable传入进去，然后执行handler.postDeayed向handler发送消息就行了。postDeayed方法最终会调用Runnable的run方法。
private static final class ScheduledRunnable implements Runnable, Disposable {
private final Handler handler;
private final Runnable delegate;
private volatile boolean disposed; // Tracked solely for isDisposed().
ScheduledRunnable(Handler handler, Runnable delegate) {
this.handler = handler;
this.delegate = delegate;
}
@Override
public void run() {
try {
delegate.run();
} catch (Throwable t) {
RxJavaPlugins.onError(t);
}
}
ScheduleRunnable在run方法中又会调用SubscribeTask的run方法。
SubscribeTask.java
final class SubscribeTask implements Runnable {
private final SubscribeOnObserver<T> parent;
SubscribeTask(SubscribeOnObserver<T> parent) {
this.parent = parent;
}
@Override
public void run() {
source.subscribe(parent);
}
}
在subscribeTask的run方法中最终完成了绑定，source指ObservableOnSubscribe
3.被观察者在执行ObservableOnSubscribe实例的subscribe方法的ObservableEmitter参数的onNext方法的时候,会首先调用SubscribeOnObserver的onNext方法，又由于SubscribeOnObserver持有ObserverOnObserver的引用，因此在SubscribeOnObserver的onNext方法中又会调用ObserveOnObserver对象的onNext方法，在此Next方法中又会调用CreateObserver的onNext方法,在其内部又会调用LambdaObserver.onNext，然后在LambdaObserver的onNext方法中又会调用Consumer.accept方法。最后完成数据的从发送到接收的流转。
了解了以上操作符的整体流转流程后，我们接下来回过头来看开头我们提出的三个问题：
1.主线程切换到子线程
我们先来看ObservableSubscribeOn这个类，在上面的小例子中，直接将被观察者运行在IO线程中了。我们直接看ObservableSubscribeOn的subscribeActual方法的源代码
@Override
public void subscribeActual(final Observer<? super T> s) {
final SubscribeOnObserver<T> parent = new SubscribeOnObserver<T>(s);
s.onSubscribe(parent);
parent.setDisposable(scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent)));
}
在subscribeActual方法内部先创建一个SubscribeOnObserver对象，并执行setDisposable执行任务。这里的scheduler指的是HandlerScheduler。SubscribeTask是一个实现了Runnable的对象在其内部完成了绑定操作。
先来看下HandlerScheduler的scheduleDirect方法
@Override
public Disposable scheduleDirect(Runnable run, long delay, TimeUnit unit) {
if (run == null) throw new NullPointerException("run == null");
if (unit == null) throw new NullPointerException("unit == null");
run = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
ScheduledRunnable scheduled = new ScheduledRunnable(handler, run);
handler.postDelayed(scheduled, unit.toMillis(delay));
return scheduled;
}
scheduleDirect方法逻辑上很简单，1.把subscribeTask和handler封装成ScheduleRunnable。然后利用Handler.postDelayed执行这个Runnable对象。postDelayed执行的最后会调用msg.callback.run()其实就是调用ScheduleRunnable的run方法。在在run方法内又会调用SubscribeTask的run方法。
private static final class ScheduledRunnable implements Runnable, Disposable {
private final Handler handler;
private final Runnable delegate;
private volatile boolean disposed; // Tracked solely for isDisposed().
ScheduledRunnable(Handler handler, Runnable delegate) {
this.handler = handler;
this.delegate = delegate;
}
@Override
public void run() {
try {
//SubscribeTask的run方法
delegate.run();
} catch (Throwable t) {
RxJavaPlugins.onError(t);
}
}
我们看下SubscribeTask的run方法都干了啥事。
final class SubscribeTask implements Runnable {
private final SubscribeOnObserver<T> parent;
SubscribeTask(SubscribeOnObserver<T> parent) {
this.parent = parent;
}
@Override
public void run() {
source.subscribe(parent);
}
}
在SubscribeTask类的run方法中完成最终的绑定。此处的source指的是ObservableOnSubscribe
在主线程中执行其实也就这么多最终会把方法放到Handler中执行
2.在子线程中执行任务
直接看ObservableObserveOn类的subscribeActual
@Override
protected void subscribeActual(Observer<? super T> observer) {
//首先判断一下调度线程是否是在当前线程中执行，如果是就直接绑定，如果不是就开启工作线程
if (scheduler instanceof TrampolineScheduler) {
source.subscribe(observer);
} else {
Scheduler.Worker w = scheduler.createWorker();
source.subscribe(new ObserveOnObserver<T>(observer, w, delayError, bufferSize));
}
}
首先根据TrampolineScheduler判断任务是否是在当前线程执行，如果是就直接绑定。如果不是就创建一个ObserverOnObserver对象，并把Observer和Worker对象传递进去。即可完成绑定。
我们接下来主要看下其是如何在子线程中执行的
ObserverOnObserver继承了Runnable对象。在执行onNext方法的时候会调用worker的schedule(this)方法。
@Override
public void onNext(T t) {
if (done) {
return;
}
if (sourceMode != QueueDisposable.ASYNC) {
queue.offer(t);
}
schedule();
}
void schedule() {
if (getAndIncrement() == 0) {
worker.schedule(this);
}
}
其实到这我们大致可以判断出来worker.schedule(this)必定会运行run方法。不着急，我们先看IoSchedule类中的worker以及worker.schedule干了什么
@NonNull
@Override
public Worker createWorker() {
return new EventLoopWorker(pool.get());
}
创建一个Worker对象
@NonNull
@Override
public Disposable schedule(@NonNull Runnable action, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit) {
if (tasks.isDisposed()) {
// don't schedule, we are unsubscribed
return EmptyDisposable.INSTANCE;
}
return threadWorker.scheduleActual(action, delayTime, unit, tasks);
}
执行threadWorker.scheduleActual(action),这里的action指的就是ObserverObserveOn对象，因其继承了Runnable对象。
看看ThreadWorker.scheduleActual干了啥
@NonNull
public ScheduledRunnable scheduleActual(final Runnable run, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit, @Nullable DisposableContainer parent) {
Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);
ScheduledRunnable sr = new ScheduledRunnable(decoratedRun, parent);
if (parent != null) {
if (!parent.add(sr)) {
return sr;
}
}
Future<?> f;
try {
if (delayTime <= 0) {
f = executor.submit((Callable<Object>)sr);
} else {
f = executor.schedule((Callable<Object>)sr, delayTime, unit);
}
sr.setFuture(f);
} catch (RejectedExecutionException ex) {
if (parent != null) {
parent.remove(sr);
}
RxJavaPlugins.onError(ex);
}
return sr;
}
逻辑很清晰，把传入的Runnable（ObservableObserveOn）封装成为一个ScheduleRunnable对象。并把这个对象放入线程池中去执行。
executor都代表线程池。执行的时候会运行ScheduleRunnable的run方法。在其run方法内部又会调用ObserverObserveOn的run方法。
下面回过头来再看看ObserverObserveOn的run方法
@Override
public void run() {
if (outputFused) {
drainFused();
} else {
drainNormal();
}
}
void drainNormal() {
....
a.onNext(v);
....
}
}
其会调用a.onNext方法，让onNext方法运行在线程池中。a值的就是一个CreateObserver或者其包装类。通过一层层的调用Consume.accept方法最终会运行到子线程中。
2.主线程如何切换到主线程
回过头看ObservableObserveOn的subscribeActual方法
这里的scheduler指的是HandlerScheduler。HandlerScheduler内部维护了一个运行在主线程的Handler和一个内部类HandlerWorker。其调用source.subscribe执行观察者和被观察者的订阅。当ObservableEmitter.onNext方法执行后，会调用ObserveOnObserver内部的onNext方法。
schedule方法又会调用worker.scheduler方法
此处的worker为HandlerScheduler中的Worker，源码如下
通过Handler把ScheduleRunnable发送到主线程中执行。因为HandlerScheduler是主线程handler所以在Handler中执行的逻辑也会被切换到主线程中去执行。其实这里的run方法最终运行的是ObserveOnObserver中的run方法。在其run方法中会调用其上级包装类SubscribeOnObserver的onNext方法。之后又会调用LambdaObserver的onNext方法。在其onNext方法中会调用Consumer.accept方法，最终让其运行在主线程中。
3.子线程如何切换到子线程
这里分析下把Consumer.accept方法运行在子线程的流程
同样只需要设置observeOn(Schedulers.io())就OK了。同样会创建一个ObserveOnObserver，其接受两个重要的参数this：当前Observer，scheduler：ioScheduler。
其绑定过程会执行ObservableObserveOn的subscribeActual方法
只是此处的scheduler不再是HandlerScheduler，而是IoScheduler。当ObservableEmitter.onNext方法被执行的时候，会调用ObserveOnObserver的onNext方法。而在onNext方法中又会调用IoScheduler中worker.schedule。最终会执行NewThreadWorker的scheduleActual方法
当上述方法被执行后就会调用ObserveOnObserver中的run方法。其run方法又会逐个解包装调用其OnNext方法。知道LambdaObserver的onNext被调用。onNext又会调用Consumer.accept。经过以上步骤就完成了最终的调用。因为run是在线程池中执行的，所以跟着把业务逻辑代码也切换到了线程池中执行，即子线程中执行。
总结：
经过上面的分析，RxJava切换线程已经分析完了，相信大家了解后对RxJava的线程切换会有一定的感悟。在这里再用白花总结一下。
1.子线程切换主线程：给主线程所在的Handler发消息，然后就把逻辑切换过去了。
2.主线程切换子线程：把任务放到线程池中执行就能把执行逻辑切换到子线程
3.子线程切换子线程：把任务分别扔进两个线程就行了。
