Android异步框架RxJava 1.x系列(三) – 线程调度器Scheduler

RxJava 事件的发出和消费都在同一个线程,基于同步的观察者模式。观察者模式的核心是后台处理,前台回调的异步机制。要实现异步,需要引入 RxJava 的另一个概念 – 线程调度器 Scheduler

Android异步框架RxJava 1.x系列(三) - 线程调度器Scheduler

正文

在不指定线程的情况下, RxJava 遵循的是线程不变的原则。即在哪个线程调用 subscribe() 方法,就在哪个线程生产事件;在哪个线程生产事件,就在哪个线程消费事件。如果需要切换线程,就需要用到线程调度器 Scheduler

1. 几种Scheduler介绍

RxJava 中, Scheduler – 调度器,相当于线程控制器, RxJava 通过它来指定每一段代码应该运行在什么样的线程。 RxJava 已经内置了几个 Scheduler ,它们已经适合大多数的使用场景:

  • Schedulers.immediate()

直接在当前线程运行,相当于不指定线程。这是默认的 Scheduler

  • Schedulers.newThread()

总是启用新线程,并在新线程执行操作。

  • Schedulers.io()

I/O 操作(读写文件、读写数据库、网络信息交互等)所使用的 Scheduler 。行为模式和 newThread() 差不多,区别在于 io() 内部采用的是一个无数量上限的线程池,可以重用空闲的线程。因此多数情况下 io()newThread() 更有效率。

注意:不要把计算任务放在 io() 中,可以避免创建不必要的线程。

  • Schedulers.computation()

计算任务所使用的 Scheduler 。这个计算指的是 CPU 密集型计算,即不会被 I/O 等操作限制性能的操作,例如图形的计算。这个 Scheduler 使用的固定的线程池,大小为 CPU 核数。

注意:不要把 I/O 操作放在 computation() 中,否则 I/O 操作的等待时间会浪费 CPU。

Android 还有一个专用的 AndroidSchedulers.mainThread() ,它指定的操作将在 Android 主线程运行。

2. Scheduler的线程切换

2.1. 单次线程切换

有了这几个 Scheduler ,就可以使用 subscribeOn()observeOn() 两个方法来对线程进行控制了。

  • subscribeOn() : 指定 subscribe() 所发生的线程,即 Observable.OnSubscribe 被激活时所处的线程,或者叫做 事件产生 的线程。

  • observeOn() : 指定 Subscriber 所运行在的线程,或者叫做 事件消费 的线程。

直接看代码:

Observable.just(1, 2, 3, 4)
    .subscribeOn(Schedulers.io()) // 指定 subscribe() 发生在 IO 线程
    .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread()) // 指定 Subscriber 的回调发生在主线程
    .subscribe(new Action1<Integer>() {
        @Override
        public void call(Integer number) {
            Log.d(tag, "number:" + number);
        }
    });
复制代码

上面这段代码中,由于 subscribeOn(Schedulers.io()) 的指定,被创建的事件的内容 1234 将会在 IO 线程 发出;由于 observeOn(AndroidScheculers.mainThread()) 的指定,因此 subscriber 数字的打印将发生在 主线程

事实上,这种使用方式非常常见,它适用于多数的 『 后台线程取数据,主线程显示 』的程序策略。

以下是一个完整的例子:

int drawableRes = ...;
ImageView imageView = ...;
Observable.create(new OnSubscribe<Drawable>() {
    @Override
    public void call(Subscriber<? super Drawable> subscriber) {
        Drawable drawable = getTheme().getDrawable(drawableRes));
        subscriber.onNext(drawable);
        subscriber.onCompleted();
    }
})
// 指定事件发出,即图片读取发生在 IO 线程
.subscribeOn(Schedulers.io())
// 指定事件消费 - 回调,即页面图片渲染发生在主线程
.observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
.subscribe(new Observer<Drawable>() {
    @Override
    public void onNext(Drawable drawable) {
        imageView.setImageDrawable(drawable);
    }

    @Override
    public void onCompleted() {
    }

    @Override
    public void onError(Throwable e) {
        Toast.makeText(activity, "Error!", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
});
复制代码

这样的好处是,加载图片的过程发生在 IO 线程 ,而设置图片则发生在了 主线程 。这就意味着,即使加载图片耗费了几十甚至几百毫秒的时间,也不会造成界面上的丝毫卡顿。

2.2. 多次线程切换

上面介绍到可以利用 subscribeOn() 结合 observeOn() 来实现线程控制,让事件的产生和消费发生在不同的线程。在了解了 map()flatMap() 等变换方法后,一个问题就产生了 – 能不能多切换几次线程?

因为 observeOn() 指定的是 Subscriber 的线程,而这个 Subscriber 并不是 subscribe() 参数中的 Subscriber ,而是 observeOn() 执行时,当前 Observable 所对应的 Subscriber ,即它的直接下级 Subscriber

也就是说,observeOn() 指定的是它之后的操作所在的线程。因此如果有多次切换线程的需求,只要在每个想要切换线程的位置调用一次 observeOn() 即可。

直接查看示例代码:

Observable.just(1, 2, 3, 4) 
    // 事件发出的 IO 线程,由 subscribeOn() 指定
    .subscribeOn(Schedulers.io())
    // 新线程,由 observeOn() 指定
    .observeOn(Schedulers.newThread())
    .map(mapOperator) 
    // IO 线程,由 observeOn() 指定
    .observeOn(Schedulers.io())
    .map(mapOperator2) 
    // Android 主线程,由 observeOn() 指定
    .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread)
    .subscribe(subscriber);
复制代码

上面的代码,通过 observeOn() 的多次调用,程序实现了线程的多次切换。不过,不同于 observeOn() 的是, subscribeOn() 的位置放在哪里都可以,但它是只能调用一次的。

3. Scheduler的实现原理

其实, subscribeOn()observeOn() 的内部实现,也是用的 lift() (见上文),具体看图(不同颜色的箭头表示不同的线程):

  • subscribeOn()的原理图
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从图中可以看出, subscribeOn() 进行了线程切换的工作(图中的 schedule... 的位置)。

subscribeOn() 的线程切换发生在 OnSubscribe 中,即在它 通知上一级 OnSubscribe 时,这时事件还没有开始发送,因此 subscribeOn() 的线程控制只能在 事件发出的开端 造成影响,即只允许一次线程切换。

  • observeOn()的原理图
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从图中可以看出,和 observeOn() 进行了线程切换的工作(图中的 schedule... 的位置)。

observeOn() 的线程切换则发生在它内建的 Subscriber 中,即发生在它即将给 下一级 Subscriber 发送事件时,因此 observeOn() 控制的是它 后面 的线程,允许多次线程切换。

  • 混合切换原理图

最后用一张图来解释当多个 subscribeOn()observeOn() 混合使用时,线程调度是怎么发生的:

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图中共有 5 处对事件的操作,由图中可以看出:

  1. ① 和 ② 两处受第一个 subscribeOn() 影响,运行在 红色线程

  2. ③ 和 ④ 处受第一个 observeOn() 的影响,运行在 绿色线程

  3. ⑤ 处受第二个 onserveOn() 影响,运行在 紫色线程

  4. 而第二个 subscribeOn() ,由于在 通知过程 中线程就被第一个 subscribeOn() 截断,因此对整个流程并没有任何影响。

注意:当使用了多个 subscribeOn() 的时候,只有第一个 subscribeOn() 起作用。

4. 延伸拓展

虽然超过一个的 subscribeOn() 对事件处理的流程没有影响,但在 流程之前 却是有用的。在前面的文章介绍 Subscriber 的时候,提到过 SubscriberonStart() 可以用作流程开始前的 初始化处理

由于 onStart() 在 subscribe() 发生时就被调用了,因此不能指定线程,而是只能执行在 subscribe() 被调用时的线程。这就导致如果 onStart() 中含有对线程有要求的代码(例如:在界面上显示一个 ProgressBar,这必须在主线程执行),将会有线程非法的风险,因为无法预测 subscribe() 会在什么线程执行。

Subscriber.onStart() 相对应的,有一个方法 Observable.doOnSubscribe() 。它和 Subscriber.onStart() 同样是在 subscribe() 调用后 而且 在事件发送前 执行,但区别在于它可以指定线程。默认情况下, doOnSubscribe() 执行在 subscribe() 发生的线程;而如果在 doOnSubscribe() 之后有 subscribeOn() 的话,它将执行在离它最近的 subscribeOn() 所指定的线程。

示例代码如下:

Observable.create(onSubscribe)
    .subscribeOn(Schedulers.io())
    .doOnSubscribe(new Action0() {
        @Override
        public void call() {
            // 需要在主线程执行
            progressBar.setVisibility(View.VISIBLE); 
        }
    })
    .subscribeOn(AndroidSchedulers.mainThread()) 
    // 指定主线程
    .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
    .subscribe(subscriber);
复制代码

上面的代码,在 doOnSubscribe() 的后面跟一个 subscribeOn() ,就能指定特定工作的线程了!

小结

RxJava 的提供的各种事件及事件转换模型,以及基于转换的线程调度器,结合观察者模式,使得 RxJava 在异步编程体验、灵活性和运行效率上领先于其他的开源框架!

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原文 

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