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

布满荆棘的人生 2022-05-20 09:14 177阅读 0赞

# 前言 #

`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`。

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# 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 ###

在 `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()` 比 `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。

*  **AndroidSchedulers.mainThread()**

`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()` 和 `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);
            }
        });

上面这段代码中，由于 `subscribeOn(Schedulers.io())` 的指定，被创建的事件的内容 `1`、`2`、`3`、`4` 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();
        }
    });

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()` 和 `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);

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()` 和 `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**

![1646cd84011c1571_w_622_h_475_f_jpeg_s_68572][]

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**

![1646cd840143b4df_w_631_h_466_f_jpeg_s_66926][]

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()` 和 `observeOn()` 混合使用时，线程调度是怎么发生的：

![1646cd840137d806_w_625_h_647_f_jpeg_s_138000][]

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 `Subscriber` 的 `onStart()` 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。

与 `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);

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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