構建流式應用—RxJS詳解
最近在 Alloyteam Conf 2016 分享了《使用RxJS構建流式前端應用》，會後在線上線下跟大家交流時發現對於 RxJS 的態度呈現出兩大類:有用過的都表達了 RxJS 帶來的優雅編碼體驗，未用過的則反饋太難入門。所以，這裡將結合自己對 RxJS 理解，通過 RxJS 的實現原理、基礎實現及例項來一步步分析，提供 RxJS 較為全面的指引，感受下使用 RxJS 編碼是怎樣的體驗。
目錄
- 常規方式實現搜尋功能
- RxJS · 流 Stream
- RxJS 實現原理簡析
- 觀察者模式
- 迭代器模式
- RxJS 的觀察者 + 迭代器模式
- RxJS 基礎實現
- Observable
- Observer
- RxJS · Operators
- Operators ·入門
- 一系列的 Operators 操作
- 使用 RxJS 一步步實現搜尋功能
- 總結
常規方式實現搜尋
做一個搜尋功能在前端開發中其實並不陌生，一般的實現方式是：監聽文字框的輸入事件，將輸入內容傳送到後臺，最終將後臺返回的資料進行處理並展示成搜尋結果。
<input id="text"></input> <script> var text = document.querySelector('#text'); text.addEventListener('keyup', (e) =>{ varsearchText = e.target.value; // 傳送輸入內容到後臺 $.ajax({ url: `search.qq.com/${searchText}`, success: data => { // 拿到後臺返回資料，並展示搜尋結果 render(data); } }); }); </script>
上面程式碼實現我們要的功能，但存在兩個較大的問題：
-
多餘的請求
當想搜尋“愛迪生”時，輸入框可能會存在三種情況，“愛”、“愛迪”、“愛迪生”。而這三種情況將會發起 3 次請求，存在 2 次多餘的請求。 -
已無用的請求仍然執行
一開始搜了“愛迪生”，然後馬上改搜尋“達爾文”。結果後臺返回了“愛迪生”的搜尋結果，執行渲染邏輯後結果框展示了“愛迪生”的結果，而不是當前正在搜尋的“達爾文”，這是不正確的。
減少多餘請求數，可以用 setTimeout 函式節流的方式來處理，核心程式碼如下
<input id="text"></input> <script> var text = document.querySelector('#text'), timer = null; text.addEventListener('keyup', (e) =>{ // 在 250 毫秒內進行其他輸入，則清除上一個定時器 clearTimeout(timer); // 定時器，在 250 毫秒後觸發 timer = setTimeout(() => { console.log('發起請求..'); },250) }) </script>
已無用的請求仍然執行的解決方式，可以在發起請求前宣告一個當前搜尋的狀態變數，後臺將搜尋的內容及結果一起返回，前端判斷返回資料與當前搜尋是否一致，一致才走到渲染邏輯。最終程式碼為
<input id="text"></input> <script> var text = document.querySelector('#text'), timer = null, currentSearch = ''; text.addEventListener('keyup', (e) =>{ clearTimeout(timer) timer = setTimeout(() => { // 宣告一個當前所搜的狀態變數 currentSearch ＝ '書'; var searchText = e.target.value; $.ajax({ url: `search.qq.com/${searchText}`, success: data => { // 判斷後臺返回的標誌與我們存的當前搜尋變數是否一致 if (data.search === currentSearch) { // 渲染展示 render(data); } else { // .. } } }); },250) }) </script>
上面程式碼基本滿足需求，但程式碼開始顯得亂糟糟。我們來使用 RxJS 實現上面程式碼功能，如下
var text = document.querySelector('#text'); var inputStream = Rx.Observable.fromEvent(text, 'keyup') .debounce(250) .pluck('target', 'value') .flatMapLatest(url => Http.get(url)) .subscribe(data => render(data));
可以明顯看出，基於 RxJS 的實現，程式碼十分簡潔！
RxJS · 流 Stream
RxJS 是 Reactive Extensions for JavaScript 的縮寫，起源於 Reactive Extensions，是一個基於可觀測資料流在非同步程式設計應用中的庫。RxJS 是 Reactive Extensions 在 JavaScript 上的實現，而其他語言也有相應的實現，如 RxJava、RxAndroid、RxSwift 等。學習 RxJS，我們需要從可觀測資料流(Streams)說起，它是 Rx 中一個重要的資料型別。
流是在時間流逝的過程中產生的一系列事件。它具有時間與事件響應的概念。
下雨天時，雨滴隨時間推移逐漸產生，下落時對水面產生了水波紋的影響，這跟 Rx 中的流是很類似的。而在 Web 中，雨滴可能就是一系列的滑鼠點選、鍵盤點選產生的事件或資料集合等等。
RxJS 基礎實現原理簡析
對流的概念有一定理解後，我們來講講 RxJS 是怎麼圍繞著流的概念來實現的，講講 RxJS 的基礎實現原理。RxJS 是基於觀察者模式和迭代器模式以函數語言程式設計思維來實現的。
觀察者模式
觀察者模式在 Web 中最常見的應該是 DOM 事件的監聽和觸發。
- 訂閱：通過 addEventListener 訂閱 document.body 的 click 事件。
- 釋出：當 body 節點被點選時，body 節點便會向訂閱者釋出這個訊息。
document.body.addEventListener('click', function listener(e) { console.log(e); },false); document.body.click(); // 模擬使用者點選
將上述例子抽象模型，並對應通用的觀察者模型
迭代器模式
迭代器模式可以用 JavaScript 提供了 Iterable Protocol 可迭代協議來表示。Iterable Protocol 不是具體的變數型別，而是一種可實現協議。JavaScript 中像 Array、Set 等都屬於內建的可迭代型別，可以通過 iterator 方法來獲取一個迭代物件，呼叫迭代物件的 next 方法將獲取一個元素物件，如下示例。
var iterable = [1, 2]; var iterator = iterable[Symbol.iterator](); iterator.next(); // => { value: "1", done: false} iterator.next(); // => { value: "2", done: false} iterator.next(); // => { value: undefined, done: true}
元素物件中：value 表示返回值，done 表示是否已經到達最後。
遍歷迭代器可以使用下面做法。
var iterable = [1, 2]; var iterator = iterable[Symbol.iterator](); var iterator = iterable(); while(true) { try { let result = iterator.next(); // <= 獲取下一個值 } catch (err) { handleError(err); // <= 錯誤處理 } if (result.done) { handleCompleted(); // <= 無更多值（已完成） break; } doSomething(result.value); }
主要對應三種情況：
-
獲取下一個值
呼叫 next 可以將元素一個個地返回，這樣就支援了返回多次值。 -
無更多值(已完成)
當無更多值時，next 返回元素中 done 為 true。 -
錯誤處理
當 next 方法執行時報錯，則會丟擲 error 事件，所以可以用 try catch 包裹 next 方法處理可能出現的錯誤。
RxJS 的觀察者 + 迭代器模式
RxJS 中含有兩個基本概念：Observables 與 Observer。Observables 作為被觀察者，是一個值或事件的流集合；而 Observer 則作為觀察者，根據 Observables 進行處理。
Observables 與 Observer 之間的訂閱釋出關係(觀察者模式) 如下：
- 訂閱：Observer 通過 Observable 提供的 subscribe() 方法訂閱 Observable。
- 釋出：Observable 通過回撥 onNext 方法向 Observer 釋出事件。
下面為 Observable 與 Observer 的虛擬碼
// Observer var Observer = { next(value) { alert(`收到${value}`); } }; // Observable function Observable (Observer) { setTimeout(()=>{ Observer.next('A'); },1000) } // subscribe Observable(Observer);
上面實際也是觀察者模式的表現，那麼迭代器模式在 RxJS 中如何體現呢？
在 RxJS 中，Observer 除了有 next 方法來接收 Observable 的事件外，還可以提供了另外的兩個方法：error() 和 complete()，與迭代器模式一一對應。
var Observer = { next(value) { /* 處理值*/ }, error(error) { /* 處理異常 */ }, complete() { /* 處理已完成態 */ } };
結合迭代器 Iterator 進行理解：
-
next()
Observer 提供一個 next 方法來接收 Observable 流，是一種 push 形式；而 Iterator 是通過呼叫 iterator.next() 來拿到值，是一種 pull 的形式。 -
complete()
當不再有新的值發出時，將觸發 Observer 的 complete 方法；而在 Iterator 中，則需要在 next 的返回結果中，當返回元素 done 為 true 時，則表示 complete。 -
error()
當在處理事件中出現異常報錯時，Observer 提供 error 方法來接收錯誤進行統一處理；Iterator 則需要進行 try catch 包裹來處理可能出現的錯誤。
下面是 Observable 與 Observer 實現觀察者 + 迭代器模式的虛擬碼，資料的逐漸傳遞傳遞與影響其實就是流的表現。
// Observer var Observer = { next(value) { alert(`收到${value}`); }, error(error) { alert(`收到${value}`); }, complete() { alert("complete"); }, }; // Observable function Observable (Observer) { [1,2,3].map(item=>{ Observer.next(item); }); Observer.complete(); // Observer.error("error message"); } // subscribe Observable(Observer);
RxJS 基礎實現
有了上面的概念及虛擬碼，那麼在 RxJS 中是怎麼建立 Observable 與 Observer 的呢?
建立 Observable
RxJS 提供 create 的方法來自定義建立一個 Observable，可以使用 onNext 來發出流。
var Observable = Rx.Observable.create(observer => { observer.onNext(2); observer.onCompleted(); return () => console.log('disposed'); });
建立 Observer
Observer 可以宣告 next、err、complete 方法來處理流的不同狀態。
var Observer = Rx.Observer.create( x => console.log('Next:', x), err => console.log('Error:', err), () => console.log('Completed') );
最後將 Observable 與 Observer 通過 subscribe 訂閱結合起來。
var subscription = Observable.subscribe(Observer);
RxJS 中流是可以被取消的，呼叫 subscribe 將返回一個 subscription，可以通過呼叫 subscription.unsubscribe() 將流進行取消，讓流不再產生。
看了起來挺複雜的？換一個實現形式：
// @Observables 建立一個 Observables var streamA = Rx.Observable.just(2); // @Observer streamA$.subscribe(Observer) streamA.subscribe(v => console.log(v));
將上面程式碼改用鏈式寫法，程式碼變得十分簡潔：
Rx.Observable.just(2).subscribe(v => console.log(v));
RxJS · Operators 操作
Operators 操作·入門
Rx.Observable.just(2).subscribe(v => console.log(v));
上面程式碼相當於建立了一個流(2)，最終打印出2。那麼如果想將列印結果翻倍，變成4，應該怎麼處理呢？
方案一?： 改變事件源，讓 Observable 值 X 2
Rx.Observable.just(2 * 2 /* <= */).subscribe(v => console.log(v));
方案二?： 改變響應方式，讓 Observer 處理 X 2
Rx.Observable.just(2).subscribe(v => console.log(v * 2 /* <= */));
優雅方案： RxJS 提供了優雅的處理方式，可以在事件源(Observable)與響應者(Observer)之間增加操作流的方法。
Rx.Observable.just(2) .map(v => v * 2) /* <= */ .subscribe(v => console.log(v));
map 操作跟陣列操作的作用是一致的，不同的這裡是將流進行改變，然後將新的流傳出去。在 RxJS 中，把這類操作流的方式稱之為 Operators(操作)。RxJS提供了一系列 Operators，像map、reduce、filter 等等。操作流將產生新流，從而保持流的不可變性，這也是 RxJS 中函數語言程式設計的一點體現。關於函數語言程式設計，這裡暫不多講，可以看看另外一篇文章 《談談函數語言程式設計》
到這裡，我們知道了，流從產生到最終處理，可能經過的一些操作。即 RxJS 中 Observable 將經過一系列 Operators 操作後，到達 Observer。
Operator1 Operator2 Observable ----|-----------|-------> Observer
一系列的 Operators 操作
RxJS 提供了非常多的操作，像下面這些。
Aggregate,All,Amb,ambArray,ambWith,AssertEqual,averageFloat,averageInteger,averageLong,blocking,blockingFirst,blockingForEach,blockingSubscribe,Buffer,bufferWithCount,bufferWithTime,bufferWithTimeOrCount,byLine,cache,cacheWithInitialCapacity,case,Cast,Catch,catchError,catchException,collect,concatWith,Connect,connect_forever,cons,Contains,doAction,doAfterTerminate,doOnComplete,doOnCompleted,doOnDispose,doOnEach,doOnError,doOnLifecycle,doOnNext,doOnRequest,dropUntil,dropWhile,ElementAt,ElementAtOrDefault,emptyObservable,fromNodeCallback,fromPromise,fromPublisher,fromRunnable,Generate,generateWithAbsoluteTime,generateWithRelativeTime,Interval,intervalRange,into,latest (Rx.rb version of Switch),length,mapTo,mapWithIndex,Materialize,Max,MaxBy,mergeArray,mergeArrayDelayError,mergeWith,Min,MinBy,multicastWithSelector,nest,Never,Next,Next (BlockingObservable version),partition,product,retryWhen,Return,returnElement,returnValue,runAsync,safeSubscribe,take_with_time,takeFirst,TakeLast,takeLastBuffer,takeLastBufferWithTime,windowed,withFilter,withLatestFrom,zipIterable,zipWith,zipWithIndex
關於每一個操作的含義，可以檢視官網進行了解。下面將舉幾個例子。
just
just 可以將普通資料轉換成流式資料 Observable。如上面的 Rx.Observable.just(2)。
fromEvent
除了數值外，RxJS 還提供了關於事件的操作，fromEvent 可以用來監聽事件。當事件觸發時，將事件 event 轉成可流動的 Observable 進行傳輸。下面示例表示：監聽文字框的 keyup 事件，觸發 keyup 可以產生一系列的 event Observable。
var text = document.querySelector('#text'); Rx.Observable.fromEvent(text, 'keyup') .subscribe(e => console.log(e));
map
map 方法跟我們平常使用的方式是一樣的，不同的只是這裡是將流進行改變，然後將新的流傳出去。上面示例已有涉及，這裡不再多講。
Rx.Observable.just(2) .map(v => 10 ＊ v) .subscribe(v => console.log(v));
Rx 提供了許多的操作，為了更好的理解各個操作的作用，我們可以通過一個視覺化的工具 marbles 圖 來輔助理解。如 map 方法對應的 marbles 圖如下
箭頭可以理解為時間軸，上面的資料經過中間的操作，轉變成下面的模樣。
FlatMap
FlatMap 也是 RxJS 中常用的介面，我們來結合 marbles 圖來理解它
上面的資料流中，產生了新的分支流(流中流)，FlatMap 的作用則是將分支流調整回主幹上，最終分支上的資料流都經過主幹的其他操作，其實也是將流中流進行扁平化。
FlatMapLatest
FlatMapLatest 與 FlatMap 都是將分支流疏通到主幹上，而不同的地方在於 FlatMapLatest 只會保留最後的流，而取消拋棄之前的流。
除了上面提到的 marbles，也可以 ASCII 字元的方式來繪製視覺化圖表，下面將結合 Map、FlatMap 和 FlatMapLatest 進行對比來理解。
@Map @FlatMap @FlatMapLatest
↗ ↗ ↗ ↗
-A------B--> a2 b2 a2 b2
-2A-----2B-> / / / /
/ / / /
a1 b1 a1 b1
/ / / /
-A-B-----------> -A-B---------->
--a1-b1-a2-b2--> --a1-b1---b2-->
FlatMap 和 FlatMapLatest 中，A 和 B 是主幹上產生的流，a1、a2 為 A 在分支上產生，b1、b2 為 B 在分支上產生，可看到，最終將歸併到主幹上。FlatMapLatest 只保留最後的流，所以將 A 的 a2 拋棄掉。
Debounce
Debounce 操作可以操作一個時間戳 TIMES，表示經過 TIMES 毫秒後，沒有流入新值，那麼才將值轉入下一個操作。
RxJS 中的操作符是滿足我們以前的開發思維的，像 map、reduce 這些。另外，無論是 marbles 圖還是用 ASCII 字元圖這些視覺化的方式，都對 RxJS 的學習和理解有非常大的幫助。
使用 RxJS 一步步實現搜尋示例
RxJS 提供許多建立流或操作流的介面，應用這些介面，我們來一步步將搜尋的示例進行 Rx 化。
使用 RxJS 提供的 fromEvent 介面來監聽我們輸入框的 keyup 事件，觸發 keyup 將產生 Observable。
var text = document.querySelector('#text'); Rx.Observable.fromEvent(text, 'keyup') .subscribe(e => console.log(e));
這裡我們並不想輸出事件，而想拿到文字輸入值，請求搜尋，最終渲染出結果。涉及到兩個新的 Operators 操作，簡單理解一下：
-
pluck('target', 'value')
將輸入的 event，輸出成 event.target.value。 -
flatMap()
將請求搜尋結果輸出回給 Observer 上進行渲染。
var text = document.querySelector('#text'); Rx.Observable.fromEvent(text, 'keyup') .pluck('target', 'value') // <-- .flatMap(url => Http.get(url)) // <-- .subscribe(data => render(data))
上面程式碼實現了簡單搜尋呈現，但同樣存在一開始提及的兩個問題。那麼如何減少請求數，以及取消已無用的請求呢？我們來了解 RxJS 提供的其他 Operators 操作，來解決上述問題。
-
debounce(TIMES)
表示經過 TIMES 毫秒後，沒有流入新值，那麼才將值轉入下一個環節。這個與前面使用 setTimeout 來實現函式節流的方式有一致效果。 -
flatMapLatest()
使用 flatMapLatest 替換 flatMap，將能取消上一個已無用的請求，只保留最後的請求結果流，這樣就確保處理展示的是最後的搜尋的結果。
最終實現如下，與一開始的實現進行對比，可以明顯看出 RxJS 讓程式碼變得十分簡潔。
var text = document.querySelector('#text'); Rx.Observable.fromEvent(text, 'keyup') .debounce(250) // <- throttling behaviour .pluck('target', 'value') .flatMapLatest(url => Http.get(url)) // <- Kill the previous requests .subscribe(data => render(data))
總結
本篇作為 RxJS 入門篇到這裡就結束，關於 RxJS 中的其他方面內容，後續再拎出來進一步分析學習。
RxJS 作為一個庫，可以與眾多框架結合使用，但並不是每一種場合都需要使用到 RxJS。複雜的資料來源