利用Swift實現(xiàn)一個響應式編程庫
前言
整個2017年我完全使用 Swift 進行開發(fā)了。使用 Swift 進行開發(fā)是一個很愉快的體驗，我已經完全不想再去碰 OC 了。最近想做一個響應式編程的庫，所以就把它拿來分享一下。
在缺乏好的資源的情況下，學習響應式編程成為痛苦。我開始學的時候，做死地找各種教程。結果發(fā)現(xiàn)有用的只是極少部分，而且這少部分也只是表面上的東西，對于整個體系結構的理解也起不了多大的作用。
Reactive Programing
說到響應式編程，ReactiveCocoa 和 RxSwift 可以說是目前 iOS 開發(fā)中最優(yōu)秀的第三方開源庫了。今天咱們不聊 ReactiveCocoa 和 RxSwif，咱們自己來寫一個響應式編程庫。如果你對觀察者模式很熟悉的話，那么響應式編程就很容易理解了。
響應式編程是一種面向數(shù)據(jù)流和變化傳播的編程范式。
比如用戶輸入、單擊事件、變量值等都可以看做一個流，你可以觀察這個流，并基于這個流做一些操作?！氨O(jiān)聽”流的行為叫做訂閱。響應式就是基于這種想法。
廢話不多說，擼起袖子開干。
我們以一個獲取用戶信息的網絡請求為例：
func fetchUser(with id: Int, completion: @escaping ((User) -> Void)) {
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: DispatchTime.now()+2) {
let user = User(name: "jewelz")
completion(user)
}
}
上面是我們通常的做法，在請求方法里傳入一個回調函數(shù)，在回調里拿到結果。在響應式里面，我們監(jiān)聽請求，當請求完成時，觀察者得到更新。
func fetchUser(with id: Int) -> Signal {}
發(fā)送網絡請求就可以這樣：
fetchUser(with: "12345").subscribe({
})
在完成 Signal 之前， 需要定義訂閱后返回的數(shù)據(jù)結構，這里我只關心成功和失敗兩種狀態(tài)的數(shù)據(jù)，所以可以這樣寫:
enum Result {
case success(Value)
case error(Error)
}
現(xiàn)在可以開始實現(xiàn)我們的 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)
}
}
寫個小例子測試一下：
let signal = Signal()
signal.subscribe { result in
print(result)
}
signal.send(.success(100))
signal.send(.success(200))
// Print
success(100)
success(200)
我們的 Signal 已經可以正常工作了，不過還有很多改進的空間，我們可以使用一個工廠方法來創(chuàng)建一個 Signal, 同時將 send變?yōu)樗接械模?/p>
static func empty() -> ((Result) -> Void, Signal) {
let signal = Signal()
return (signal.send, signal)
}
fileprivate func send(_ result: Result) { ... }
現(xiàn)在我們需要這樣使用 Signal 了：
let (sink, signal) = Signal.empty()
signal.subscribe { result in
print(result)
}
sink(.success(100))
sink(.success(200))
接著我們可以給 UITextField 綁定一個 Signal，只需要在 Extension 中給 UITextField添加一個計算屬性 ：
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
}
}
上面代碼中的 observer 是一個局部變量，在 signal調用完后，就會被銷毀，所以需要在 Signal 中保存該對象，可以給 Signal 添加一個數(shù)組，用來保存需要延長生命周期的對象。 KeyValueObserver 是對 KVO 的簡單封裝，其實現(xiàn)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)
}
}
現(xiàn)在就可以使用textField.signal.subscribe({}) 來觀察 UITextField 內容的改變了。
在 Playground 寫個 VC 測試一下：
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")
}
最后發(fā)現(xiàn) Signal 的析構方法并沒有執(zhí)行，也就是說上面的代碼中出現(xiàn)了循環(huán)引用，其實仔細分析上面 UITextField 的拓展中 signal的實現(xiàn)就能發(fā)現(xiàn)問題出在哪兒了。
let observer = KeyValueObserver(object: self, keyPath: #keyPath(text)) { str in
sink(.success(str))
}
在 KeyValueObserver 的回調中，調用了 sink()方法，而 sink 方法其實就是 signal.send(_:)方法，這里在閉包中捕獲了signal 變量，于是就形成了循環(huán)引用。這里只要使用 weak 就能解決。修改下的代碼是這樣的：
static func empty() -> ((Result) -> Void, Signal) {
let signal = Signal()
return ({[weak signal] value in signal?.send(value)}, signal)
}
再次運行， Signal 的析構方法就能執(zhí)行了。
上面就實現(xiàn)了一個簡單的響應式編程的庫了。不過這里還存在很多問題，比如我們應該在適當?shù)臅r機移除觀察者，現(xiàn)在我們的觀察者被添加在 subscribers 數(shù)組中，這樣就不知道該移除哪一個觀察者，所以我們將數(shù)字替換成字典，用 UUID 作為 key :
fileprivate typealias Token = UUID fileprivate var subscribers: [Token: Subscriber] = [:]
我們可以模仿 RxSwift 中的 Disposable 用來移除觀察者，實現(xiàn)代碼如下：
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()
}
}
原來的 subscribe(_:) 返回一個 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
}
}
這樣我們只要在適當?shù)臅r機銷毀 Disposable 就可以移除觀察者了。
作為一個響應式編程庫都會有 map, flatMap, filter, reduce 等方法，所以我們的庫也不能少，我們可以簡單的實現(xiàn)幾個。
map
map 比較簡單，就是將一個 返回值為包裝值的函數(shù) 作用于一個包裝(Wrapped)值的過程， 這里的包裝值可以理解為可以包含其他值的一種結構，例如 Swift 中的數(shù)組，可選類型都是包裝值。它們都有重載的 map, flatMap等函數(shù)。以數(shù)組為例，我們經常這樣使用：
let images = ["1", "2", "3"].map{ UIImage(named: $0) }
現(xiàn)在來實現(xiàn)我們的 map 函數(shù)：
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
}
我同時給 Result 也實現(xiàn)了 map 函數(shù):
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，以可選型為例，Swif t是這樣定義 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 的不同主要體現(xiàn)在 transform 函數(shù)的返回值不同。map 接受的函數(shù)返回值類型是 U類型，而 flatMap 接受的函數(shù)返回值類型是 U?類型。例如對于一個可選值，可以這樣調用：
let aString: String? = "￥99.9"
let price = aString.flatMap{ Float($0)}
// Price is nil
我們這里 flatMap 和 Swift 中數(shù)組以及可選型中的 flatMap 保持了一致。
所以我們的 flatMap 應該是這樣定義：flatMap(_ transform: @escaping (Value) -> Signal) -> Signal。
理解了 flatMap 和 map 的不同，實現(xiàn)起來也就很簡單了：
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
}
現(xiàn)在我們可以模擬一個網絡請求來測試 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"))
通過使用 flatMap ，我們可以很簡單的將一個 Signal 轉換為另一個 Signal , 這在我們處理多個請求嵌套時就會很方便了。
寫在最后
上面通過100 多行的代碼就實現(xiàn)了一個簡單的響應式編程庫。不過對于一個庫來說，以上的內容還遠遠不夠?，F(xiàn)在的 Signal 還不具有原子性，要作為一個實際可用的庫，應該是線程安的。還有我們對 Disposable 的處理也不夠優(yōu)雅，可以模仿 RxSwift 中 DisposeBag 的做法。上面這些問題可以留給讀者自己去思考了。
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