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。

posted on 2020-02-19 16:16  飘杨......  阅读(3392)  评论(2编辑  收藏  举报