RxJava2 是如何实现线程切换的 (上)

前言

通过前一篇的从观察者模式出发，聊聊RxJava,我们大致理解了RxJava的实现原理，在RxJava中可以非常方便的实现不同线程间的切换。subscribeOn 用于指定上游线程，observeOn 用于指定下游线程，多次用 subscribeOn 指定上游线程只有第一次有效，多次用 observeOn 指定下次线程，每次都有效；简直太方便了，比直接使用Handler省了不少力气，同时也不用去关注内存泄漏的问题了。本篇就来看看在RxJava中上游是如何实现线程切换。

RxJava 基础原理

为了方便后面的叙述，这里通过下面的UML图简单回顾一下上一篇的内容。

此图并没有完整的展现图中各个接口和类之间的各种关系，因为那样会导致整个图错综复杂，不便于查看，这里只绘制出了RxJava各个类之间核心关系网络

从上面的UML图中可以看出，具体的实现类只有ObservableCreate和CreateEmitter。CreateEmitter是ObservableCreate的内部类（PlantUML 怎么绘制内部类，没搞懂，玩的转的同学请赐教呀(^▽^)）。

上篇说过Observable创建的过程，可以简化如下：

1	Observable mObservable=new ObservableCreate(new ObservableOnSubscribe())

结合图可以更直观的体现出这一点。ObservableCreate 内部持有ObservableOnSubscribe的引用。

当观察者订阅主题后：

1	mObservable.subscribe(mObserver);

ObservableCreate 中的subscribeActual()方法就会执行，

protected void subscribeActual(Observer<? super T> observer) {
    CreateEmitter<T> parent = new CreateEmitter<T>(observer);
    observer.onSubscribe(parent);

    try {
        source.subscribe(parent);
    } catch (Throwable ex) {
        Exceptions.throwIfFatal(ex);
        parent.onError(ex);
    }
}

在这个过程中会创建CreateEmitter 的实例，而这个CreateEmitter实现了Emitter和Disposable接口，同时又持有Observer的引用（当然这个引用是ObservableCreate传递给他的）。接着就会执行ObservableOnSubscribe的subscribe 方法，方法的参数即为刚刚创建的CreateEmitter 的实例，接着一系列连锁反应，Emitter 接口中的方法（onNext,onComplete等）开始执行，在CreateEmitter内部，Observer接口中对应的方法依次执行，这样就实现了一次从主题（上游）到观察者（下游）的事件传递。

source.subscribe(parent)

这里的 source 是ObservableOnSubscribe的实例，parent是CreateEmitter的实例。上面加粗文本叙述的内容，就是这行代码，可以说这是整个订阅过程最核心的实现。

好了，回顾完基础知识后，马上进入正题，看看RxJava是如何实现线程切换的。

RxJava 之 subscribeOn

我们知道正常情况下，所有的内容都是在主线程执行，既然这里提到了线程切换，那么必然是切换到了子线程，因此，这里需要关注线程的问题，我们就带着下面这几个问题去阅读代码。

1.是哪个对象在什么时候创建了子线程，是一种怎样的方式创建的？
2.子线程又是如何启动的？
3.上游事件是怎么跑到子线程里执行的？
4.多次用 subscribeOn 指定上游线程为什么只有第一次有效 ?

示例

首先看一下，日常开发中实现线程切换的具体实现


private void multiThread() {
    Observable.create(new ObservableOnSubscribe<String>() {
        @Override
        public void subscribe(ObservableEmitter<String> e) throws Exception {
            e.onNext("This msg from work thread :" + Thread.currentThread().getName());
            sb.append("\nsubscribe: currentThreadName==" + Thread.currentThread().getName());
        }
    })
            .subscribeOn(Schedulers.newThread())
            .observeOn(AndroidSchedulers.mainThread())
            .subscribe(new Consumer<String>() {
                @Override
                public void accept(String s) throws Exception {
                    Log.e(TAG, "accept: s= " + s);
                }
            });
}

这段代码，使用过RxJava的同学再熟悉不过了，上游事件会在一个名为 RxNewThreadScheduler-1 的线程执行，下游线程会切换回我们熟悉的Android UI线程。

我们就从subscribeOn(Schedulers.newThread()) 出发，看看这个代码的背后，到底发生了什么。

subscribeOn

这里我们先不管Schedulers.newThread() 是什么鬼，首先看看这个subscribeOn()方法。

Observable.java— subscribeOn(Scheduler scheduler)

public final Observable<T> subscribeOn(Scheduler scheduler) {
    ObjectHelper.requireNonNull(scheduler, "scheduler is null");
    return RxJavaPlugins.onAssembly(new ObservableSubscribeOn<T>(this, scheduler));
}

可以看到，这个方法需要一个Scheduler 类型的参数。

RxJavaPlugins.java— onAssembly(@NonNull Observable source)

public static <T> Observable<T> onAssembly(@NonNull Observable<T> source) {
    Function<? super Observable, ? extends Observable> f = onObservableAssembly;
    if (f != null) {
        return apply(f, source);
    }
    return source;
}

O(∩_∩)O哈哈~，是不是觉得似曾相识，和create操作符一个套路呀。因此，observeOn也可以简化如下：

1	new ObservableSubscribeOn<T>(this, Schedulers.newThread());

这里你也许会有疑问，这个this是什么呢？其实这个this就是Observable，具体到上面的代码来说就是ObservableCreate，总之就是一个具体的Observable。

接着看ObservableSubscribeOn 这个类

1
2
3

public final class ObservableSubscribeOn<T> extends AbstractObservableWithUpstream<T, T> {
}

看一下 AbstractObservableWithUpstream.java


abstract class AbstractObservableWithUpstream<T, U> extends Observable<U> implements HasUpstreamObservableSource<T> {

    /** The source consumable Observable. */
    protected final ObservableSource<T> source;

    AbstractObservableWithUpstream(ObservableSource<T> source) {
        this.source = source;
    }

    @Override
    public final ObservableSource<T> source() {
        return source;
    }

}

再看一下 HasUpstreamObservableSource.java

/**
 * Interface indicating the implementor has an upstream ObservableSource-like source available
 * via {@link #source()} method.
 *
 * @param <T> the value type
 */
public interface HasUpstreamObservableSource<T> {
    /**
     * Returns the upstream source of this Observable.
     * <p>Allows discovering the chain of observables.
     * @return the source ObservableSource
     */
    ObservableSource<T> source();
}

饶了半天，ObservableSubscribeOn 原来和上一篇说的ObservableCreate一样，也是Observable的一个子类。只不过比ObservableCreate多实现了一个接口HasUpstreamObservableSource，这个接口很有意思，他的source()方法返回类型是ObservableSource（还记得这个类的角色吗？）。也就是说ObservableSubscribeOn这个Observable是一个拥有上游的Observable。他有一个非常关键的方法source()，这个方法的返回值就是ObservableSource，也就是说通过调用实现source方法，可以获取到上游的Observeable。AbstractObservableWithUpstream类继承HasUpstreamObservableSource 并实现了这个source方法，返回结果为ObservableSource，是通过其构造函数获取。，那么AbstractObservableWithUpstream的构造函数又是在哪里调用的呢？

我们接着看ObservableSubscribeOn的具体实现。

public final class ObservableSubscribeOn<T> extends AbstractObservableWithUpstream<T, T> {
    final Scheduler scheduler;

    public ObservableSubscribeOn(ObservableSource<T> source, Scheduler scheduler) {
        super(source);
        this.scheduler = scheduler;
    }

    @Override
    public void subscribeActual(final Observer<? super T> s) {
        final SubscribeOnObserver<T> parent = new SubscribeOnObserver<T>(s);
		// observer 调用onSubscribe方法，获取上游的控制权
        s.onSubscribe(parent);

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

首先看他的构造函数，参数source就是我们之前提到过的this，scheduler就是Schedulers.newThread()。同时调用了父类AbstractObservableWithUpstream的构造函数，这里结合之前的结论，我们可以确定通过这个构造函数，就创建出来了一个包含上游的ObservableSubscribeOn实例。
再看实现订阅关系的关键方法subscribeActual()，在这里创建了一个SubscribeOnObserver的实例，SubscribeOnObserver 是AtomicReference的子类(保证原子性)，同时实现了 Observer接口和 Disposable 接口；你可以把他理解成一个Observer。

我们之前说过，subscribeActual()是实现上下游之间订阅关系的重要方法。因为只有真正实现了订阅关系，上下游之间才能连接起来。我们看这个方法的最后一句代码。

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

这句代码，可以说就是非常关键，因为从这里开始了一系列的连锁反应。首先看一下SubscribeTask

final class SubscribeTask implements Runnable {
    private final SubscribeOnObserver<T> parent;

    SubscribeTask(SubscribeOnObserver<T> parent) {
        this.parent = parent;
    }

    @Override
    public void run() {
        source.subscribe(parent);
    }
}

看到这句 **source.subscribe(parent)**，是不是觉得似曾相识呢？

SubscribeTask 实现了是Runnable接口，在其run方法中，定义了一个需要在线程中执行的任务。按照类的继承关系，很明显source 就是ObservableSubscribeOn 的上游Observable，parent是一个Observer。也就是说这个run方法要执行的内容就是实现ObservableSubscribeOn的上游和Observer的订阅。一旦某个线程执行了这个Runnable（SubscribeTask），就会触发了这个run方法，从而实现订阅，而一旦这个订阅实现，那么后面的流程就是上节所说的事情了。

这里可以解答第三个问题了，上游事件是怎么给弄到子线程里去的，这里很明显了，就是直接把订阅方法放在了一个Runnable中去执行，这样就一旦这个Runnable在某个子线程执行，那么上游所有事件只能在这个子线程中执行了。

好了，线程要执行的任务似乎创建完了，下面就接着找看看子线程是怎么创建的。回过头继续看刚才的方法，

1	scheduler.scheduleDirect(new SubscribeTask(parent))

Scheduler.java—-scheduleDirect


   public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run) {
       return scheduleDirect(run, 0L, TimeUnit.NANOSECONDS);
   }


   public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {
       final Worker w = createWorker();
	// 对run进行了一次装饰
       final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);

       DisposeTask task = new DisposeTask(decoratedRun, w);

       w.schedule(task, delay, unit);

       return task;
   }

@NonNull
// 抽象方法
   public abstract Worker createWorker();

首先看一下Worker类

/**
 * Sequential Scheduler for executing actions on a single thread or event loop.
 * <p>
 * Disposing the {@link Worker} cancels all outstanding work and allows resource cleanup.
 */
public abstract static class Worker implements Disposable {
  
    @NonNull
    public Disposable schedule(@NonNull Runnable run) {
        return schedule(run, 0L, TimeUnit.NANOSECONDS);
    }

  
    @NonNull
    public abstract Disposable schedule(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit);

    
}

Worker是Scheduler内部的一个静态抽象类，实现了Disposable接口，其schedule()方法也是抽象的。

再看一下DisposeTask

static final class DisposeTask implements Runnable, Disposable {
        final Runnable decoratedRun;
        final Worker w;

        Thread runner;

        DisposeTask(Runnable decoratedRun, Worker w) {
            this.decoratedRun = decoratedRun;
            this.w = w;
        }

        @Override
        public void run() {
            runner = Thread.currentThread();
            try {
                decoratedRun.run();
            } finally {
                dispose();
                runner = null;
            }
        }

        @Override
        public void dispose() {
            if (runner == Thread.currentThread() && w instanceof NewThreadWorker) {
                ((NewThreadWorker)w).shutdown();
            } else {
                w.dispose();
            }
        }

        @Override
        public boolean isDisposed() {
            return w.isDisposed();
        }
    }

DisposeTask 又是一个Runnable，同时也实现了Disposable接口。可以看到在他的run方法中会执行decoratedRun的run方法，这个decoratedRun其实就是参数中传递进来的run，也就是说，执行了这个DisposeTask的run方法，就会触发SubscribeTask中的run方法，因此，我们就要关注是谁执行了这个DisposeTask。

回到scheduleDirect()方法

  public Disposable scheduleDirect(@NonNull Runnable run, long delay, @NonNull TimeUnit unit) {
      final Worker w = createWorker();
// 对run进行了一次装饰
      final Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);

      DisposeTask task = new DisposeTask(decoratedRun, w);

      w.schedule(task, delay, unit);

      return task;
  }

scheduleDirect()方法的实现我们总结一下：

创建一个Worker对象w,而在Scheduler类中createWorker()方法被定义为抽象方法，因此我们需要去Scheduler的具体实现中了解这个Worker的具体实现。
对参数run通过RxJavaPlugins进行一次装饰，生成一个decoratedRun的Runnable（通过源码可以发现，其实什么也没干，就是原样返回）
通过decoratedRun和w生成一个DisposeTask对象task
通过Worker的schedule方法开始执行这个task。

ε=(´ο｀*)))唉，说了这么久，子线程是如何创建的依然不清楚，无论是SubscribeTask还是DisposeTask只是定义会在某个子线程中执行的任务，并不代表子线程已被创建。但是通过以上代码，我们也可以收获一些有价值的结论：

最终的Runnable任务，将由某个具体的Worker对象的scheduler()方法执行。
这个scheduleDirect会返回一个Disposable对象，这样我们就可以通过Observer去控制整个上游的执行了。

好了，到这里对于subscribeOn()方法的分析已经到了尽头，我们找了最终需要运行子任务的对象Worker,而这个Worker是个抽象类，因此我们需要关注Worker的具体实现了。

下面我们就从刚才丢下的Schedulers.newThread() 换个角度来分析，看看能不能找到这个Worker的具体实现。

Schedulers.newThread()

前面说了subscribeOn()方法需要一个Scheduler 类型的参数，然而通过前面的分析我们知道Scheduler是个抽象类，是无法被实例化的。因此，这里就从Schedulers类出发。

/**
 * Static factory methods for returning standard Scheduler instances.
 */
public final class Schedulers {
}

注释很清楚，这个Schedulers就是一个用于生成Scheduler实例的静态工厂。

下面我们就来看看，在这个工厂中newThread() 生成了一个什么样的Scheduler实例。

   @NonNull
   public static Scheduler newThread() {
       return RxJavaPlugins.onNewThreadScheduler(NEW_THREAD);
   }

NEW_THREAD = RxJavaPlugins.initNewThreadScheduler(new NewThreadTask());

   static final class NewThreadTask implements Callable<Scheduler> {
       @Override
       public Scheduler call() throws Exception {
           return NewThreadHolder.DEFAULT;
       }
   }

   static final class NewThreadHolder {
       static final Scheduler DEFAULT = new NewThreadScheduler();
   }

newThread() 方法经过层层委托处理(最终的创建方式，有点单例模式的意味)，最终我们需要的就是一个NewThreadScheduler的实例。

NewThreadScheduler.java

public final class NewThreadScheduler extends Scheduler {

    final ThreadFactory threadFactory;

    private static final String THREAD_NAME_PREFIX = "RxNewThreadScheduler";
    private static final RxThreadFactory THREAD_FACTORY;

    /** The name of the system property for setting the thread priority for this Scheduler. */
    private static final String KEY_NEWTHREAD_PRIORITY = "rx2.newthread-priority";

    static {
        int priority = Math.max(Thread.MIN_PRIORITY, Math.min(Thread.MAX_PRIORITY,
                Integer.getInteger(KEY_NEWTHREAD_PRIORITY, Thread.NORM_PRIORITY)));

        THREAD_FACTORY = new RxThreadFactory(THREAD_NAME_PREFIX, priority);
    }

    public NewThreadScheduler() {
        this(THREAD_FACTORY);
    }

    public NewThreadScheduler(ThreadFactory threadFactory) {
        this.threadFactory = threadFactory;
    }

    @NonNull
    @Override
    public Worker createWorker() {
        return new NewThreadWorker(threadFactory);
    }
}

不出所料NewThreadScheduler 是Scheduler的一个子类，在他的静态代码块中构造了一个Priority=5的线程工厂。而在我们最最关注的createWorker()方法中他又用这个线程工厂创建了一个NewThreadWorker 的实例。下面就让我们看看最终的NewThreadWorker 做了些什么工作。

NewThreadWorker.java(节选关键内容)


public class NewThreadWorker extends Scheduler.Worker implements Disposable {
    private final ScheduledExecutorService executor;

    volatile boolean disposed;

    public NewThreadWorker(ThreadFactory threadFactory) {
        executor = SchedulerPoolFactory.create(threadFactory);
    }

    @NonNull
    @Override
    public Disposable schedule(@NonNull final Runnable run) {
        return schedule(run, 0, null);
    }

    

    @Override
    public void dispose() {
        if (!disposed) {
            disposed = true;
            executor.shutdownNow();
        }
    }

}

众里寻他千百度，终于找到了Worker的实现了，同时再一次不出所料的又一次实现了Disposable接口，o(╥﹏╥)o。

在其构造函数中，通过NewThreadScheduler中提供的线程工厂threadFactory创建了一个ScheduledExecutorService。

ScheduledExecutorService.java —create


public static ScheduledExecutorService create(ThreadFactory factory) {
    final ScheduledExecutorService exec = Executors.newScheduledThreadPool(1, factory);
    if (PURGE_ENABLED && exec instanceof ScheduledThreadPoolExecutor) {
        ScheduledThreadPoolExecutor e = (ScheduledThreadPoolExecutor) exec;
        POOLS.put(e, exec);
    }
    return exec;
}

用大名鼎鼎的Executors(Executor的工具类)，创建了一个核心线程为1的线程。

至此，我们终于找到了第一个问题的答案，子线程是谁如何创建的；在NewThreadScheduler的createWorker()方法中，通过其构建好的线程工厂，在Worker实现类的构造函数中创建了一个ScheduledExecutorService的实例，是通过SchedulerPoolFactory创建的。

同时可以看到，通过执行dispose 方法，可以使用ScheduledExecutorService的shutdown()方法，停止线程的执行。

线程已经创建好了，下面就来看看到底是谁启动了这个线程。前面我们说过，Worker的schedule()方法如果执行了，就会执行我们定义好的Runnable，通过这个Runnable中run方法的执行，就可以实现上下游订阅关系。下面就来看看这个scheduler()方法。

@NonNull
    @Override
    public Disposable schedule(@NonNull final Runnable action, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit) {
        if (disposed) {
            return EmptyDisposable.INSTANCE;
        }
        return scheduleActual(action, delayTime, unit, null);
    }

    @NonNull
    public ScheduledRunnable scheduleActual(final Runnable run, long delayTime, @NonNull TimeUnit unit, @Nullable DisposableContainer parent) {
        Runnable decoratedRun = RxJavaPlugins.onSchedule(run);

        ScheduledRunnable sr = new ScheduledRunnable(decoratedRun, parent);

        if (parent != null) {
            if (!parent.add(sr)) {
                return sr;
            }
        }

        Future<?> f;
        try {
            if (delayTime <= 0) {
                f = executor.submit((Callable<Object>)sr);
            } else {
                f = executor.schedule((Callable<Object>)sr, delayTime, unit);
            }
            sr.setFuture(f);
        } catch (RejectedExecutionException ex) {
            if (parent != null) {
                parent.remove(sr);
            }
            RxJavaPlugins.onError(ex);
        }

        return sr;
    }

到这里，已经很明显了，在schedulerActual方法中，会通过刚才创建好的子线程对象executor通过submit或schedule执行一个Runnable任务（虽然这个Runnable对象再一次经过了各种装饰和包装，但其本质没有发生变化），并将执行结果封装后返回。而这个Runnable对象追根溯源来说，就是我们在ObservableSubscribeOn类中创建的一个SubscribeTask对象。因此，当这个子线程开始运行的时候就是执行SubscribeTask中run()方法的时机；一旦这个run方法执行，那么

1	source.subscribe(parent)

这句最关键的代码就开始执行了，一切的一切又回到了我们上一篇那熟悉的流程了。

好了，按照上面的流程捋下来，感觉还是有点分散，那么就用UML图看看整体的结构。

我们看最下面的ObservableSubscribeOn，他是subscribeOn 返回的Observable对象，他持有一个Scheduler 实例的引用，而这个Scheduler实例就是NewThreadScheduler(即Schedulers.newThreade())的一个实例。ObservableSubscribeOn 的subscribeActual方法，会触发NewThreadScheduler去执行SubscribeTask中定义的任务，而这个具体的任务又将由Worker类创建的子线程去执行。这样就把上游事件放到了一个子线程中实现。

至于最后一个问题，**多次用 subscribeOn 指定上游线程为什么只有第一次有效?**，看完通篇其实也很好理解了，因为上游Observable只有一个任务，就是subscribe(准确的来说是subscribeActual()），而subscribeOn 要做的事情就是把上游任务切换到一个指定线程里，那么一旦被切换到了某个指定的线程里，后面的切换不就是没有意义了吗。

好了，至此上游事件切换到子线程的过程我们就明白了。下游事件又是如何切换的且听下回分解，本来想一篇写完的，结果发现越写越多，只能分成两篇了！！！o(╯□╰)o。

写在后面的话

关于Disposable

在RxJava的分析中，我们经常会遇到Disposable这个单词，确切的说是接口，这里简单说一说这个接口。

/**
 * Represents a disposable resource.
 */
public interface Disposable {
    void dispose();
    boolean isDisposed();
}

我们知道，在Java中，类实现某个接口，通俗来说就是代表这个类多了一项功能，比如一个类实现Serializable接口，代表这个类是可以序列化的。这里Disposable也是代表一种能力，这个能力就是Disposable，就是代表一次性的，用后就丢弃的，比如一次性筷子，还有那啥。

在RxJava中很多类都实现了这个接口，这个接口有两个方法，isDisposed()顾名思义返回当前类是否被抛弃，dispose()就是主动抛弃。因此，所有实现了这个接口的类，都拥有了这样一种能力，就是可以判断自己是否被抛弃，同时也可以主动抛弃自己。

上一篇我们说了，Observer通过onSubscribe(@NonNull Disposable d)，会获得一个Disposable，这样就有能力控制上游的事件发送了。这样，我们就不难理解，为什么那么多类实现了这个接口，因为下游获取到的是一个拥有Disposable的对象，而一旦拥有了一个这样的对象，那么就可以通过下游控制上游了。可以说，这是RxJava对常规的观察者模式所做的最给力的改变。

关于各种ObservableXXX ,subscribeXXX,ObserverXXX

在查看RxJava的源码时，可能很多人都和我一样，有一个巨大的困扰，就是这些类的名字好他妈难记，感觉长得都差不多，关键念起来好像也差不多。但其实本质上来说，RxJava对类的命名还是非常规范的，只是我们不太习惯而已。按照英文单词翻译：

Observable 可观察的（主题，上游）
Observer 观察者（订阅者，下游）
Subscribe 订阅

其实就这么三个主语，其他的什么ObservableCreate，ObservableSubscribeOn，AbstractObservableWithUpstream，还有上面提到的Disposable，都是对各种各样的Observable和Observer的变形和修饰结果，只要理解这个类的核心含义是什么，就不会被这些名字搞晕了。

RxJava 可以说是博大精深，以上所有分析完全是个人平时使用时的总结与感悟，有任何错误之处，还望各位读者提出，共同进步。

关于RxJava 这里墙裂推荐一篇文章一篇不太一样的RxJava介绍，感觉是自扔物线那篇之后，对RxJava思想感悟最深的一篇了。对RxJava 有兴趣的同学，可以多度几遍，每次都会有收获！！