前言

一、RxJava到底是什么？

RxJava是基于Java虚拟机上的响应式扩展库，它通过使用可观察的序列将异步和基于事件的程序组合起来。

与此同时，它扩展了观察者模式来支持数据/事件序列，并且添加了操作符，这些操作符允许你声明性地组合序列，同时抽象出要关注的问题：比如低级线程、同步、线程安全和并发数据结构等。

从RxJava的官方定义来看，我们如果要想真正地理解RxJava，就必须对它以下两个部分进行深入的分析：

1、订阅流程

2、线程切换

当然，RxJava操作符的源码也是很不错的学习资源，特别是FlatMap、Zip等操作符的源码，有很多可以借鉴的地方，但是它们内部的实现比较复杂，限于篇幅，本文只讲解RxJava的订阅流程和线程切换原理。接下来，笔者一一对以上RxJava的两个关键部分来进行详细地讲解。

二、RxJava的订阅流程

首先给出RxJava消息订阅的例子：

Observable.create(newObservableOnSubscribe() {

@Override

public void subscribe(ObservableEmitteremitter) throws Exception {

emitter.onNext("1");

emitter.onNext("2");

emitter.onNext("3");

emitter.onComplete();

}

}).subscribe(new Observer() {

@Override

public void onSubscribe(Disposable d) {

Log.d(TAG, "onSubscribe");

}

@Override

public void onNext(String s) {

Log.d(TAG, "onNext : " + s);

}

@Override

public void onError(Throwable e) {

Log.d(TAG, "onError : " + e.toString());

}

@Override

public void onComplete() {

Log.d(TAG, "onComplete");

}

});

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可以看到，这里首先创建了一个被观察者，然后创建一个观察者订阅了这个被观察者，因此下面分两个部分对RxJava的订阅流程进行分析：

1、创建被观察者过程

2、订阅过程

1、创建被观察者过程

首先，上面使用了Observable类的create()方法创建了一个被观察者，看看里面做了什么。

1.1、Observable#create()

// 省略一些检测性的注解

public static Observable create(ObservableOnSubscribe source) {

ObjectHelper.requireNonNull(source, "source is null");

return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableCreate(source));

}

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在Observable的create()里面实际上是创建了一个新的ObservableCreate对象，同时，把我们定义好的ObservableOnSubscribe对象传入了ObservableCreate对象中，最后调用了RxJavaPlugins.onAssembly()方法。接下来看看这个ObservableCreate是干什么的。

1.2、ObservableCreate

public final class ObservableCreate extends Observable {

final ObservableOnSubscribe source;

public ObservableCreate(ObservableOnSubscribe source) {

this.source = source;

}

...

}

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这里仅仅是把ObservableOnSubscribe这个对象保存在ObservableCreate中了。然后看看RxJavaPlugins.onAssembly()这个方法的处理。

1.3、RxJavaPlugins#onAssembly()

public static Observable onAssembly(@NonNull Observable source) {

// 应用hook函数的一些处理，一般用到不到

...

return source;

}

复制代码

最终仅仅是把我们的ObservableCreate给返回了。

1.4、创建被观察者过程小结

从以上分析可知，Observable.create()方法仅仅是先将我们自定义的ObservableOnSubscribe对象重新包装成了一个ObservableCreate对象。

2、订阅过程

接着，看看Observable.subscribe()的订阅过程是如何实现的。

2.1、Observable#subscribe()

public final void subscribe(Observer super T> observer) {

...

// 1

observer = RxJavaPlugins.onSubscribe(this,observer);

...

// 2

subscribeActual(observer);

...

}

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在注释1处，在Observable的subscribe()方法内部首先调用了RxJavaPlugins的onSubscribe()方法。

2.2、RxJavaPlugins#onSubscribe()

public static Observer super T> onSubscribe(@NonNull Observable source, @NonNull Observer super T> observer) {

// 应用hook函数的一些处理，一般用到不到

...

return observer;

}

复制代码

除去hook应用的逻辑，这里仅仅是将observer返回了。接着来分析下注释2处的subscribeActual()方法，

2.3、Observable#subscribeActual()

protected abstract void subscribeActual(Observer super T> observer);

复制代码

这是一个抽象的方法，很明显，它对应的具体实现类就是我们在第一步创建的ObservableCreate类，接下来看到ObservableCreate的subscribeActual()方法。

2.4、ObservableCreate#subscribeActual()

@Override

protected void subscribeActual(Observer super T> observer) {

// 1

CreateEmitter parent = new CreateEmitter(observer);

// 2

observer.onSubscribe(parent);

try {

// 3

source.subscribe(parent);

} catch (Throwable ex) {

Exceptions.throwIfFatal(ex);

parent.onError(ex);

}

}

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在注释1处，首先新创建了一个CreateEmitter对象，同时传入了我们自定义的observer对象进去。

2.4.1、CreateEmitter

static final class CreateEmitter

extends AtomicReference

implements ObservableEmitter, Disposable {

...

final Observer super T> observer;

CreateEmitter(Observer super T> observer) {

this.observer = observer;

}

...

}

复制代码

从上面可以看出，CreateEmitter通过继承了Java并发包中的原子引用类AtomicReference保证了事件流切断状态Dispose的一致性(这里不理解的话，看到后面讲解Dispose的时候就明白了)，并实现了ObservableEmitter接口和Disposable接口，接着我们分析下注释2处的observer.onSubscribe(parent)，这个onSubscribe回调的含义其实就是告诉观察者已经成功订阅了被观察者。再看到注释3处的source.subscribe(parent)这行代码，这里的source其实是ObservableOnSubscribe对象，我们看到ObservableOnSubscribe的subscribe()方法。

2.4.2、ObservableOnSubscribe#subscribe()

Observable observable = Observable.create(new ObservableOnSubscribe() {

@Override

public voidsubscribe(ObservableEmitter emitter) throws Exception {

emitter.onNext("1");

emitter.onNext("2");

emitter.onNext("3");

emitter.onComplete();

}

});

复制代码

这里面使用到了ObservableEmitter的onNext()方法将事件流发送出去，最后调用了onComplete()方法完成了订阅过程。ObservableEmitter是一个抽象类，实现类就是我们传入的CreateEmitter对象，接下来我们看看CreateEmitter的onNext()方法和onComplete()方法的处理。

2.4.3、CreateEmitter#onNext() && CreateEmitter#onComplete()

static final class CreateEmitter

extends AtomicReference

implements ObservableEmitter, Disposable {

...

@Override

public void onNext(T t) {

...

if (!isDisposed()) {

//调用观察者的onNext()

observer.onNext(t);

}

}

@Override

public void onComplete() {

if (!isDisposed()) {

try {

observer.onComplete();

} finally {

dispose();

}

}

}

...

}

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在CreateEmitter的onNext和onComplete方法中首先都要经过一个isDisposed的判断，作用就是看当前的事件流是否被切断(废弃)掉了，默认是不切断的，如果想要切断，可以调用Disposable的dispose()方法将此状态设置为切断(废弃)状态。我们继续看看这个isDisposed内部的处理。

2.4.4、ObservableEmitter#isDisposed()

@Override

public boolean isDisposed() {

return DisposableHelper.isDisposed(get());

}

复制代码

注意到这里通过get()方法首先从ObservableEmitter的AtomicReference中拿到了保存的Disposable状态。然后交给了DisposableHelper进行判断处理。接下来看看DisposableHelper的处理。

2.4.5、DisposableHelper#isDisposed() && DisposableHelper#set()

public enum DisposableHelper implements Disposable {

DISPOSED;

public static boolean isDisposed(Disposable d) {

// 1

return d == DISPOSED;

}

public static boolean set(AtomicReference field, Disposable d) {

for (;;) {

Disposable current = field.get();

if (current == DISPOSED) {

if (d != null) {

d.dispose();

}

return false;

}

// 2

if (field.compareAndSet(current, d)) {

if (current != null) {

current.dispose();

}

return true;

}

}

}

...

public static boolean dispose(AtomicReference field) {

Disposable current = field.get();

Disposable d = DISPOSED;

if (current != d) {

// ...

current = field.getAndSet(d);

if (current != d) {

if (current != null) {

current.dispose();

}

return true;

}

}

return false;

}

...

}

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DisposableHelper是一个枚举类，内部只有一个值即DISPOSED, 从上面的分析可知它就是用来标记事件流被切断(废弃)状态的。先看到注释2和注释3处的代码field.compareAndSet(current, d)和field.getAndSet(d)，这里使用了原子引用AtomicReference内部包装的CAS方法处理了标志Disposable的并发读写问题。最后看到注释3处，将我们传入的CreateEmitter这个原子引用类保存的Dispable状态和DisposableHelper内部的DISPOSED进行比较，如果相等，就证明数据流被切断了。为了更进一步理解Disposed的作用，再来看看CreateEmitter中剩余的关键方法。

2.4.6、CreateEmitter

@Override

public void onNext(T t) {

...

// 1

if (!isDisposed()) {

observer.onNext(t);

}

}

@Override

public void onError(Throwable t) {

if (!tryOnError(t)) {

// 2

RxJavaPlugins.onError(t);

}

}

@Override

public boolean tryOnError(Throwable t) {

...

// 3

if (!isDisposed()) {

try {

observer.onError(t);

} finally {

// 4

dispose();

}

return true;

}

return false;

}

@Override

public void onComplete() {

// 5

if (!isDisposed()) {

try {

observer.onComplete();

} finally {

// 6

dispose();

}

}

}

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在注释1、3、5处，onNext()和onError()、onComplete()方法首先都会判断事件流是否被切断，如果事件流此时被切断了，那么onNext()和onComplete()则会退出方法体，不做处理，onError()则会执行到RxJavaPlugins.onError(t)这句代码，内部会直接抛出异常，导致崩溃。如果事件流没有被切断，那么在onError()和onComplete()内部最终会调用到注释4、6处的这句dispose()代码，将事件流进行切断，由此可知，onError()和onComplete()只能调用一个，如果先执行的是onComplete()，再调用onError()的话就会导致异常崩溃。

三、RxJava的线程切换

首先给出RxJava线程切换的例子：

Observable.create(new ObservableOnSubscribe() {

@Override

public voidsubscribe(ObservableEmitteremitter) throws Exception {

emitter.onNext("1");

emitter.onNext("2");

emitter.onNext("3");

emitter.onComplete();

}

})

.subscribeOn(Schedulers.io())

.observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())

.subscribe(new Observer() {

@Override

public void onSubscribe(Disposable d) {

Log.d(TAG, "onSubscribe");

}

@Override

public void onNext(String s) {

Log.d(TAG, "onNext : " + s);

}

@Override

public void onError(Throwable e) {

Log.d(TAG, "onError : " +e.toString());

}

@Override

public void onComplete() {

Log.d(TAG, "onComplete");

}

});

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可以看到，RxJava的线程切换主要分为subscribeOn()和observeOn()方法，首先，来分析下subscribeOn()方法。

1、subscribeOn(Schedulers.io())

在Schedulers.io()方法中，我们需要先传入一个Scheduler调度类，这里是传入了一个调度到io子线程的调度类，我们看看这个Schedulers.io()方法内部是怎么构造这个调度器的。

2、Schedulers#io()

static final Scheduler IO;

...

public static Scheduler io() {

// 1

return RxJavaPlugins.onIoScheduler(IO);

}

static {

...

// 2

IO = RxJavaPlugins.initIoScheduler(new IOTask());

}

static final class IOTask implements Callable {

@Override

public Scheduler call() throws Exception {

// 3

return IoHolder.DEFAULT;

}

}

static final class IoHolder {

// 4

static final Scheduler DEFAULT = new IoScheduler();

}

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Schedulers这个类的代码很多，这里我只拿出有关Schedulers.io这个方法涉及的逻辑代码进行讲解。首先，在注释1处，同前面分析的订阅流程的处理一样，只是一个处理hook的逻辑，最终返回的还是传入的这个IO对象。再看到注释2处，在Schedulers的静态代码块中将IO对象进行了初始化，其实质就是新建了一个IOTask的静态内部类，在IOTask的call方法中，也就是注释3处，可以了解到使用了静态内部类的方式把创建的IOScheduler对象给返回出去了。绕了这么大圈子，Schedulers.io方法其实质就是返回了一个IOScheduler对象。

3、Observable#subscribeOn()

public final Observable subscribeOn(Scheduler scheduler) {

...

return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableSubscribeOn(this, scheduler));

}

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在subscribeOn()方法里面，又将ObservableCreate包装成了一个ObservableSubscribeOn对象。我们关注到ObservableSubscribeOn类。

4、ObservableSubscribeOn

public final class ObservableSubscribeOn extends AbstractObservableWithUpstream {

final Scheduler scheduler;

public ObservableSubscribeOn(ObservableSource source, Scheduler scheduler) {

// 1

super(source);

this.scheduler = scheduler;

}

@Override

public void subscribeActual(final Observer super T> observer) {

// 2

final SubscribeOnObserver parent = new SubscribeOnObserver(observer);

// 3

observer.onSubscribe(parent);

// 4

parent.setDisposable(scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent)));

}

...

}

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首先，在注释1处，将传进来的source和scheduler保存起来。接着，等到实际订阅的时候，就会执行到这个subscribeActual方法，在注释2处，将我们自定义的Observer包装成了一个SubscribeOnObserver对象。在注释3处，通知观察者订阅了被观察者。在注释4处，内部先创建了一个SubscribeTask对象，来看看它的实现。

5、ObservableSubscribeOn#SubscribeTask

final class SubscribeTask implements Runnable {

private final SubscribeOnObserver parent;

SubscribeTask(SubscribeOnObserver parent) {

this.parent = parent;

}

@Override

public void run() {

source.subscribe(parent);

}

}

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SubscribeTask是ObservableSubscribeOn的内部类，它实质上就是一个任务类，在它的run方法中会执行到source.subscribe(parent)的订阅方法，这个source其实就是我们在ObservableSubscribeOn构造方法中传进来的ObservableCreate对象。接下来看看scheduler.scheduleDirect()内部的处理。

6、Scheduler#scheduleDirect()

public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run) {

return scheduleDirect(run, 0L, TimeUnit.NANOSECONDS);

}

public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {

// 1

final Worker w = createWorker();

// 2

final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);

// 3

DisposeTask task = new DisposeTask(decoratedRun, w);

// 4

w.schedule(task, delay, unit);

return task;

}

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这里最后会执行到上面这个scheduleDirect()重载方法。首先，在注释1处，会调用createWorker()方法创建一个工作者对象Worker，它是一个抽象类，这里的实现类就是IoScheduler，下面，我们看看IoScheduler类的createWorker()方法。

6.1、IOScheduler#createWorker()

final AtomicReference pool;

...

public IoScheduler(ThreadFactory threadFactory) {

this.threadFactory = threadFactory;

this.pool = new AtomicReference(NONE);

start();

}

...

@Override

public Worker createWorker() {

// 1

return new EventLoopWorker(pool.get());

}

static final class EventLoopWorker extends Scheduler.Worker {

...

EventLoopWorker(CachedWorkerPool pool) {

this.pool = pool;

this.tasks = new CompositeDisposable();

// 2

this.threadWorker = pool.get();

}

}

复制代码

首先，在注释1处调用了pool.get()这个方法，pool是一个CachedWorkerPool类型的原子引用对象，它的作用就是用于缓存工作者对象Worker的。然后，将得到的CachedWorkerPool传入新创建的EventLoopWorker对象中。重点关注一下注释2处，这里将CachedWorkerPool缓存的threadWorker对象保存起来了。

下面，我们继续分析3.6处代码段的注释2处的代码，这里又是一个关于hook的封装处理，最终还是返回的当前的Runnable对象。在注释3处新建了一个切断任务DisposeTask将decoratedRun和w对象包装了起来。最后在注释4处调用了工作者的schedule()方法。下面我们来分析下它内部的处理。

6.2、IoScheduler#schedule()

@Override

public Disposable schedule(@NonNull Runnableaction, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit){

...

return threadWorker.scheduleActual(action,delayTime, unit, tasks);

}

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内部调用了threadWorker的scheduleActual()方法，实际上是调用到了父类NewThreadWorker的scheduleActual()方法，我们继续看看NewThreadWorker的scheduleActual()方法中做的事情。

6.3、NewThreadWorker#scheduleActual()

public NewThreadWorker(ThreadFactory threadFactory) {

executor = SchedulerPoolFactory.create(threadFactory);

}

@NonNull

public ScheduledRunnable scheduleActual(final Runnable run, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit, @Nullable DisposableContainer parent) {

Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);

// 1

ScheduledRunnable sr = new ScheduledRunnable(decoratedRun, parent);

if (parent != null) {

if (!parent.add(sr)) {

return sr;

}

}

Future> f;

try {

// 2

if (delayTime <= 0) {

// 3

f = executor.submit((Callable)sr);

} else {

// 4

f = executor.schedule((Callable)sr, delayTime, unit);

}

sr.setFuture(f);

} catch (RejectedExecutionException ex) {

if (parent != null) {

parent.remove(sr);

}

RxJavaPlugins.onError(ex);

}

return sr;

}

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在NewThreadWorker的scheduleActual()方法的内部，在注释1处首先会新建一个ScheduledRunnable对象，将Runnable对象和parent包装起来了，这里parent是一个DisposableContainer对象，它实际的实现类是CompositeDisposable类，它是一个保存所有事件流是否被切断状态的容器，其内部的实现是使用了RxJava自己定义的一个简单的OpenHashSet类进行存储。最后注释2处，判断是否设置了延迟时间，如果设置了，则调用线程池的submit()方法立即进行线程切换，否则，调用schedule()方法进行延时执行线程切换。

7、为什么多次执行subscribeOn()，只有第一次有效？

从上面的分析，我们可以很容易了解到被观察者被订阅时是从最外面的一层(ObservableSubscribeOn)通知到里面的一层(ObservableOnSubscribe)，当连续执行了到多次subscribeOn()的时候，其实就是先执行倒数第一次的subscribeOn()方法，直到最后一次执行的subscribeOn()方法，这样肯定会覆盖前面的线程切换。

8、observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())

public final Observable observeOn(Scheduler scheduler) {

return observeOn(scheduler, false, bufferSize());

}

public final Observable observeOn(Scheduler scheduler, boolean delayError, int bufferSize) {

....

return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableObserveOn(this, scheduler, delayError, bufferSize));

}

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可以看到，observeOn()方法内部最终也是返回了一个ObservableObserveOn对象，我们直接来看看ObservableObserveOn的subscribeActual()方法。

9、ObservableObserveOn#subscribeActual()

@Override

protected void subscribeActual(Observer super T> observer) {

// 1

if (scheduler instanceof TrampolineScheduler) {

// 2

source.subscribe(observer);

} else {

// 3

Scheduler.Worker w = scheduler.createWorker();

// 4

source.subscribe(new ObserveOnObserver(observer, w, delayError, bufferSize));

}

}

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首先，在注释1处，判断指定的调度器是不是TrampolineScheduler，这是一个不进行线程切换，立即执行当前代码的调度器。如果是，则会直接调用ObservableSubscribeOn的subscribe()方法，如果不是，则会在注释3处创建一个工作者对象。然后，在注释4处创建一个新的ObserveOnObserver将SubscribeOnobserver对象包装起来，并传入ObservableSubscribeOn的subscribe()方法进行订阅。接下来看看ObserveOnObserver类的重点方法。

10、ObserveOnObserver

@Override

public void onNext(T t) {

...

if (sourceMode != QueueDisposable.ASYNC) {

// 1

queue.offer(t);

}

schedule();

}

@Override

public void onError(Throwable t) {

...

schedule();

}

@Override

public void onComplete() {

...

schedule();

}

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去除非主线逻辑的代码，在ObserveOnObserver的onNext()和onError()、onComplete()方法中最后都会调用到schedule()方法。接着看schedule()方法，其中onNext()还会把消息存放到队列中。

11、ObserveOnObserver#schedule()

void schedule() {

if (getAndIncrement() == 0) {

worker.schedule(this);

}

}

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这里使用了worker进行调度ObserveOnObserver这个实现了Runnable的任务。worker就是在AndroidSchedulers.mainThread()中创建的，内部其实就是使用Handler进行线程切换的，此处不再赘述了。接着看ObserveOnObserver的run()方法。

12、ObserveOnObserver#run()

@Override

public void run() {

// 1

if (outputFused) {

drainFused();

} else {

// 2

drainNormal();

}

}

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在注释1处会先判断outputFused这个标志位，它表示事件流是否被融化掉，默认是false，所以，最后会执行到drainNormal()方法。接着看看drainNormal()方法内部的处理。

13、ObserveOnObserver#drainNormal()

void drainNormal() {

int missed = 1;

final SimpleQueue q = queue;

// 1

final Observer super T> a = downstream;

...

// 2

v = q.poll();

...

// 3

a.onNext(v);

...

}

复制代码

在注释1处，这里的downstream实际上是从外面传进来的SubscribeOnObserver对象。在注释2处将队列中的消息取出来，接着在注释3处调用了SubscribeOnObserver的onNext方法。最终，会从我们包装类的最外层一直调用到最里面的我们自定义的Observer中的onNext()方法，所以，在observeOn()方法下面的链式代码都会执行到它所指定的线程中，噢，原来如此。

五、总结

其实笔者使用了RxJava也已经有一年多的时间了，但是一直没有去深入去了解过它的内部实现原理，如今细细品尝，的确是酣畅淋漓。从一开始的OkHttp到现如今的RxJava源码分析，到此为止，Android主流三方库源码分析系列文章已经发布了五篇了，我们的征途已经过半，接下来，我将会对Android中的内存泄露框架LeakCanary源码进行深入地讲解，尽请期待~

参考链接：

1、RxJava V2.2.5 源码

2、Android 进阶之光

很感谢您阅读这篇文章，希望您能将它分享给您的朋友或技术群，这对我意义重大。