Swift实现响应式编程库 利用Swift实现一个响应式编程库
huluobobo 人气:0前言
整个2017年我完全使用 Swift 进行开发了。使用 Swift 进行开发是一个很愉快的体验，我已经完全不想再去碰 OC 了。最近想做一个响应式编程的库，所以就把它拿来分享一下。
在缺乏好的资源的情况下，学习响应式编程成为痛苦。我开始学的时候，做死地找各种教程。结果发现有用的只是极少部分，而且这少部分也只是表面上的东西，对于整个体系结构的理解也起不了多大的作用。
Reactive Programing
说到响应式编程，ReactiveCocoa 和 RxSwift 可以说是目前 iOS 开发中最优秀的第三方开源库了。今天咱们不聊 ReactiveCocoa 和 RxSwif，咱们自己来写一个响应式编程库。如果你对观察者模式很熟悉的话，那么响应式编程就很容易理解了。
响应式编程是一种面向数据流和变化传播的编程范式。
比如用户输入、单击事件、变量值等都可以看做一个流，你可以观察这个流，并基于这个流做一些操作。“监听”流的行为叫做订阅。响应式就是基于这种想法。
废话不多说，撸起袖子开干。
我们以一个获取用户信息的网络请求为例：
func fetchUser(with id: Int, completion: @escaping ((User) -> Void)) {
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: DispatchTime.now()+2) {
let user = User(name: "jewelz")
completion(user)
}
}
上面是我们通常的做法，在请求方法里传入一个回调函数，在回调里拿到结果。在响应式里面，我们监听请求，当请求完成时，观察者得到更新。
func fetchUser(with id: Int) -> Signal {}
发送网络请求就可以这样：
fetchUser(with: "12345").subscribe({
})
在完成 Signal 之前， 需要定义订阅后返回的数据结构，这里我只关心成功和失败两种状态的数据，所以可以这样写:
enum Result {
case success(Value)
case error(Error)
}
现在可以开始实现我们的 Signal 了:
final class Signal {
fileprivate typealias Subscriber = (Result) -> Void
fileprivate var subscribers: [Subscriber] = []
func send(_ result: Result) {
for subscriber in subscribers {
subscriber(result)
}
}
func subscribe(_ subscriber: @escaping (Result) -> Void) {
subscribers.append(subscriber)
}
}
写个小例子测试一下：
let signal = Signal()
signal.subscribe { result in
print(result)
}
signal.send(.success(100))
signal.send(.success(200))
// Print
success(100)
success(200)
我们的 Signal 已经可以正常工作了，不过还有很多改进的空间，我们可以使用一个工厂方法来创建一个 Signal, 同时将 send变为私有的：
static func empty() -> ((Result) -> Void, Signal) {
let signal = Signal()
return (signal.send, signal)
}
fileprivate func send(_ result: Result) { ... }
现在我们需要这样使用 Signal 了：
let (sink, signal) = Signal.empty()
signal.subscribe { result in
print(result)
}
sink(.success(100))
sink(.success(200))
接着我们可以给 UITextField 绑定一个 Signal，只需要在 Extension 中给 UITextField添加一个计算属性 ：
extension UITextField {
var signal: Signal {
let (sink, signal) = Signal.empty()
let observer = KeyValueObserver(object: self, keyPath: #keyPath(text)) { str in
sink(.success(str))
}
signal.objects.append(observer)
return signal
}
}
上面代码中的 observer 是一个局部变量，在 signal调用完后，就会被销毁，所以需要在 Signal 中保存该对象，可以给 Signal 添加一个数组，用来保存需要延长生命周期的对象。 KeyValueObserver 是对 KVO 的简单封装，其实现如下：
final class KeyValueObserver: NSObject {
private let object: NSObject
private let keyPath: String
private let callback: (T) -> Void
init(object: NSObject, keyPath: String, callback: @escaping (T) -> Void) {
self.object = object
self.keyPath = keyPath
self.callback = callback
super.init()
object.addObserver(self, forKeyPath: keyPath, options: [.new], context: nil)
}
override func observeValue(forKeyPath keyPath: String?, of object: Any?, change: [NSKeyValueChangeKey : Any]?, context: UnsafeMutableRawPointer?) {
guard let keyPath = keyPath, keyPath == self.keyPath, let value = change?[.newKey] as? T else { return }
callback(value)
}
deinit {
object.removeObserver(self, forKeyPath: keyPath)
}
}
现在就可以使用textField.signal.subscribe({}) 来观察 UITextField 内容的改变了。
在 Playground 写个 VC 测试一下：
class VC {
let textField = UITextField()
var signal: Signal?
func viewDidLoad() {
signal = textField.signal
signal?.subscribe({ result in
print(result)
})
textField.text = "1234567"
}
deinit {
print("Removing vc")
}
}
var vc: VC? = VC()
vc?.viewDidLoad()
vc = nil
// Print
success("1234567")
Removing vc
Reference Cycles
我在上面的 Signal 中，添加了 deinit方法：
deinit {
print("Removing Signal")
}
最后发现 Signal 的析构方法并没有执行，也就是说上面的代码中出现了循环引用，其实仔细分析上面 UITextField 的拓展中 signal的实现就能发现问题出在哪儿了。
let observer = KeyValueObserver(object: self, keyPath: #keyPath(text)) { str in
sink(.success(str))
}
在 KeyValueObserver 的回调中，调用了 sink()方法，而 sink 方法其实就是 signal.send(_:)方法，这里在闭包中捕获了signal 变量，于是就形成了循环引用。这里只要使用 weak 就能解决。修改下的代码是这样的：
static func empty() -> ((Result) -> Void, Signal) {
let signal = Signal()
return ({[weak signal] value in signal?.send(value)}, signal)
}
再次运行， Signal 的析构方法就能执行了。
上面就实现了一个简单的响应式编程的库了。不过这里还存在很多问题，比如我们应该在适当的时机移除观察者，现在我们的观察者被添加在 subscribers 数组中，这样就不知道该移除哪一个观察者，所以我们将数字替换成字典，用 UUID 作为 key :
fileprivate typealias Token = UUID fileprivate var subscribers: [Token: Subscriber] = [:]
我们可以模仿 RxSwift 中的 Disposable 用来移除观察者，实现代码如下：
final class Disposable {
private let dispose: () -> Void
static func create(_ dispose: @escaping () -> Void) -> Disposable {
return Disposable(dispose)
}
init(_ dispose: @escaping () -> Void) {
self.dispose = dispose
}
deinit {
dispose()
}
}
原来的 subscribe(_:) 返回一个 Disposable 就可以了:
func subscribe(_ subscriber: @escaping (Result) -> Void) -> Disposable {
let token = UUID()
subscribers[token] = subscriber
return Disposable.create {
self.subscribers[token] = nil
}
}
这样我们只要在适当的时机销毁 Disposable 就可以移除观察者了。
作为一个响应式编程库都会有 map, flatMap, filter, reduce 等方法，所以我们的库也不能少，我们可以简单的实现几个。
map
map 比较简单，就是将一个 返回值为包装值的函数 作用于一个包装(Wrapped)值的过程， 这里的包装值可以理解为可以包含其他值的一种结构，例如 Swift 中的数组，可选类型都是包装值。它们都有重载的 map, flatMap等函数。以数组为例，我们经常这样使用：
let images = ["1", "2", "3"].map{ UIImage(named: $0) }
现在来实现我们的 map 函数：
func map(_ transform: @escaping (Value) -> T) -> Signal {
let (sink, signal) = Signal.empty()
let dispose = subscribe { (result) in
sink(result.map(transform))
}
signal.objects.append(dispose)
return signal
}
我同时给 Result 也实现了 map 函数:
extension Result {
func map(_ transform: @escaping (Value) -> T) -> Result {
switch self {
case .success(let value):
return .success(transform(value))
case .error(let error):
return .error(error)
}
}
}
// Test
let (sink, intSignal) = Signal.empty()
intSignal
.map{ String($0)}
.subscribe { result in
print(result)
}
sink(.success(100))
// Print success("100")
flatMap
flatMap 和 map 很相似，但也有一些不同，以可选型为例，Swif t是这样定义 map 和 flatMap 的：
public func map(_ transform: (Wrapped) throws -> U) rethrows -> U? public func flatMap(_ transform: (Wrapped) throws -> U?) rethrows -> U?
flatMap 和 map 的不同主要体现在 transform 函数的返回值不同。map 接受的函数返回值类型是 U类型，而 flatMap 接受的函数返回值类型是 U?类型。例如对于一个可选值，可以这样调用：
let aString: String? = "￥99.9"
let price = aString.flatMap{ Float($0)}
// Price is nil
我们这里 flatMap 和 Swift 中数组以及可选型中的 flatMap 保持了一致。
所以我们的 flatMap 应该是这样定义：flatMap(_ transform: @escaping (Value) -> Signal) -> Signal。
理解了 flatMap 和 map 的不同，实现起来也就很简单了：
func flatMap(_ transform: @escaping (Value) -> Signal) -> Signal {
let (sink, signal) = Signal.empty()
var _dispose: Disposable?
let dispose = subscribe { (result) in
switch result {
case .success(let value):
let new = transform(value)
_dispose = new.subscribe({ _result in
sink(_result)
})
case .error(let error):
sink(.error(error))
}
}
if _dispose != nil {
signal.objects.append(_dispose!)
}
signal.objects.append(dispose)
return signal
}
现在我们可以模拟一个网络请求来测试 flatMap：
func users() -> Signal {
let (sink, signal) = Signal.empty()
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: DispatchTime.now()+2) {
let users = Array(1...10).map{ User(id: String(describing: $0)) }
sink(.success(users))
}
return signal
}
func userDetail(with id: String) -> Signal {
let (sink, signal) = Signal.empty()
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: DispatchTime.now()+2) {
sink(.success(User(id: id, name: "jewelz")))
}
return signal
}
let dispose = users()
.flatMap { return self.userDetail(with: $0.first!.id) }
.subscribe { result in
print(result)
}
disposes.append(dispose)
// Print: success(ReactivePrograming.User(name: Optional("jewelz"), id: "1"))
通过使用 flatMap ，我们可以很简单的将一个 Signal 转换为另一个 Signal , 这在我们处理多个请求嵌套时就会很方便了。
写在最后
上面通过100 多行的代码就实现了一个简单的响应式编程库。不过对于一个库来说，以上的内容还远远不够。现在的 Signal 还不具有原子性，要作为一个实际可用的库，应该是线程安的。还有我们对 Disposable 的处理也不够优雅，可以模仿 RxSwift 中 DisposeBag 的做法。上面这些问题可以留给读者自己去思考了。
好了，以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对的支持。
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