RxJS - Subject

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阿宝哥
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    Observer Pattern

    观察者模式定义

    观察者模式又叫发布订阅模式（Publish/Subscribe），它定义了一种一对多的关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象，这个主题对象的状态发生变化时就会通知所有的观察者对象，使得它们能够自动更新自己。

    我们可以使用日常生活中，期刊订阅的例子来形象地解释一下上面的概念。期刊订阅包含两个主要的角色：期刊出版方和订阅者，他们之间的关系如下：

    • 期刊出版方 - 负责期刊的出版和发行工作

    • 订阅者 - 只需执行订阅操作，新版的期刊发布后，就会主动收到通知，如果取消订阅，以后就不会再收到通知

    在观察者模式中也有两个主要角色：Subject (主题) 和 Observer (观察者) 。它们分别对应例子中的期刊出版方和订阅者。接下来我们来看张图，从而加深对上面概念的理解。

    图片描述

    观察者模式结构

    图片描述

    观察者模式实战

    Subject 类定义

    class Subject {
    
    constructor() {
        this.observerCollection = [];
    }
    
    addObserver(observer) { // 添加观察者
        this.observerCollection.push(observer);
    }
    
    deleteObserver(observer) { // 移除观察者
        let index = this.observerCollection.indexOf(observer);
        if(index >= 0) this.observerCollection.splice(index, 1);
    }
    
    notifyObservers() { // 通知观察者
        this.observerCollection.forEach((observer)=>observer.notify());
    }
}

    Observer 类定义

    class Observer {
    constructor(name) {
        this.name = name;
    }
    
    notify() {
        console.log(`${this.name} has been notified.`);
    }
}

    使用示例

    let subject = new Subject(); // 创建主题对象

let observer1 = new Observer('semlinker'); // 创建观察者A - 'semlinker'
let observer2 = new Observer('lolo'); // 创建观察者B - 'lolo'

subject.addObserver(observer1); // 注册观察者A
subject.addObserver(observer2); // 注册观察者B
 
subject.notifyObservers(); // 通知观察者

subject.deleteObserver(observer1); // 移除观察者A

subject.notifyObservers(); // 验证是否成功移除

    以上代码成功运行后控制台的输出结果：

    semlinker has been notified.
lolo has been notified.
lolo has been notified.

    Observable subscribe

    在介绍 RxJS - Subject 之前，我们先来看个示例：

    const interval$ = Rx.Observable.interval(1000).take(3);

interval$.subscribe({
  next: value => console.log('Observer A get value: ' + value);
});

setTimeout(() => {
  interval$.subscribe({
      next: value => console.log('Observer B get value: ' + value);
  });
}, 1000);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    Observer A get value: 0
Observer A get value: 1
Observer B get value: 0
Observer A get value: 2
Observer B get value: 1
Observer B get value: 2

    通过以上示例，我们可以得出以下结论：

    • Observable 对象可以被重复订阅

    • Observable 对象每次被订阅后，都会重新执行

    上面的示例，我们可以简单地认为两次调用普通的函数，具体参考以下代码：

    function interval() {
  setInterval(() => console.log('..'), 1000);
}

interval();

setTimeout(() => {
  interval();
}, 1000);

    Observable 对象的默认行为，适用于大部分场景。但有些时候，我们会希望在第二次订阅的时候，不会从头开始接收 Observable 发出的值，而是从第一次订阅当前正在处理的值开始发送，我们把这种处理方式成为组播 (multicast)，那我们要怎么实现呢 ？回想一下我们刚才介绍过观察者模式，你脑海中是不是已经想到方案了。没错，我们可以通过自定义 Subject 来实现上述功能。

    自定义 Subject

    Subject 类定义

    class Subject {   
    constructor() {
        this.observers = [];
    }
    
    addObserver(observer) { 
        this.observers.push(observer);
    }
    
    next(value) {  
        this.observers.forEach(o => o.next(value));    
    }
   
    error(error){ 
        this.observers.forEach(o => o.error(error));
    }
    
    complete() {
        this.observers.forEach(o => o.complete());
    }
}

    使用示例

    const interval$ = Rx.Observable.interval(1000).take(3);
let subject = new Subject();

let observerA = {
    next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
    next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.addObserver(observerA); // 添加观察者A
interval$.subscribe(subject); // 订阅interval$对象
setTimeout(() => {
   subject.addObserver(observerB); // 添加观察者B
}, 1000);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    Observer A get value: 0
Observer A get value: 1
Observer B get value: 1
Observer A get value: 2
Observer B get value: 2
Observer A complete!
Observer B complete!

    通过自定义 Subject，我们实现了前面提到的功能。接下来我们进入正题 - RxJS Subject。

    RxJS Subject

    首先我们通过 RxJS Subject 来重写一下上面的示例：

    const interval$ = Rx.Observable.interval(1000).take(3);
let subject = new Rx.Subject();

let observerA = {
    next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
    next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA); // 添加观察者A
interval$.subscribe(subject); // 订阅interval$对象
setTimeout(() => {
   subject.subscribe(observerB); // 添加观察者B
}, 1000);

    RxJS Subject 源码片段

    /**
 * Suject继承于Observable 
 */
export class Subject extends Observable {
    constructor() {
        super();
        this.observers = []; // 观察者列表
        this.closed = false;
        this.isStopped = false;
        this.hasError = false;
        this.thrownError = null;
    }
  
    next(value) {
        if (this.closed) {
            throw new ObjectUnsubscribedError();
        }
        if (!this.isStopped) {
            const { observers } = this;
            const len = observers.length;
            const copy = observers.slice();
            for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者next方法，通知观察者
                copy[i].next(value);
            }
        }
    }
  
    error(err) {
        if (this.closed) {
            throw new ObjectUnsubscribedError();
        }
        this.hasError = true;
        this.thrownError = err;
        this.isStopped = true;
        const { observers } = this;
        const len = observers.length;
        const copy = observers.slice();
        for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者error方法
            copy[i].error(err);
        }
        this.observers.length = 0;
    }
  
    complete() {
        if (this.closed) {
            throw new ObjectUnsubscribedError();
        }
        this.isStopped = true;
        const { observers } = this;
        const len = observers.length;
        const copy = observers.slice();
        for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者complete方法
            copy[i].complete();
        }
        this.observers.length = 0; // 清空内部观察者列表
    }
}

    通过 RxJS Subject 示例和源码片段，对于 Subject 我们可以得出以下结论：

    • Subject 既是 Observable 对象，又是 Observer 对象

    • 当有新消息时，Subject 会对内部的 observers 列表进行组播 (multicast)

    Angular 2 RxJS Subject 应用

    在 Angular 2 中，我们可以利用 RxJS Subject 来实现组件通信，具体示例如下：

    message.service.ts

    import { Injectable } from '@angular/core';
import {Observable} from 'rxjs/Observable';
import { Subject } from 'rxjs/Subject';

@Injectable()
export class MessageService {
    private subject = new Subject<any>();

    sendMessage(message: string) {
        this.subject.next({ text: message });
    }

    clearMessage() {
        this.subject.next();
    }

    getMessage(): Observable<any> {
        return this.subject.asObservable();
    }
}

    home.component.ts

    import { Component } from '@angular/core';

import { MessageService } from '../_services/index';

@Component({
    moduleId: module.id,
    templateUrl: 'home.component.html'
})

export class HomeComponent {
    constructor(private messageService: MessageService) {}
    
    sendMessage(): void { // 发送消息
        this.messageService.sendMessage('Message from Home Component to App Component!');
    }

    clearMessage(): void { // 清除消息
        this.messageService.clearMessage();
    }
}

    app.component.ts

    import { Component, OnDestroy } from '@angular/core';
import { Subscription } from 'rxjs/Subscription';

import { MessageService } from './_services/index';

@Component({
    moduleId: module.id,
    selector: 'app',
    templateUrl: 'app.component.html'
})

export class AppComponent implements OnDestroy {
    message: any;
    subscription: Subscription;

    constructor(private messageService: MessageService) {
        this.subscription = this.messageService.getMessage()
              .subscribe(message => { this.message = message; });
    }

    ngOnDestroy() {
        this.subscription.unsubscribe();
    }
}

    以上示例实现的功能是组件之间消息通信，即 HomeComponent 子组件，向 AppComponent 父组件发送消息。代码运行后，浏览器的显示结果如下：

    图片描述

    Plunker 示例

    Subject 存在的问题

    因为 Subject 在订阅时，是把 observer 存放到观察者列表中，并在接收到新值的时候，遍历观察者列表并调用观察者上的 next 方法，具体如下：

    next(value) {
        if (this.closed) {
            throw new ObjectUnsubscribedError();
        }
        if (!this.isStopped) {
            const { observers } = this;
            const len = observers.length;
            const copy = observers.slice();
            for (let i = 0; i < len; i++) { // 循环调用观察者next方法，通知观察者
                copy[i].next(value);
            }
        }
}

    这样会有一个大问题，如果某个 observer 在执行时出现异常，却没进行异常处理，就会影响到其它的订阅者，具体示例如下：

    const source = Rx.Observable.interval(1000);
const subject = new Rx.Subject();

const example = subject.map(x => {
    if (x === 1) {
        throw new Error('oops');
    }
    return x;
});
subject.subscribe(x => console.log('A', x));
example.subscribe(x => console.log('B', x));
subject.subscribe(x => console.log('C', x));

source.subscribe(subject);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    A 0
B 0
C 0
A 1
Rx.min.js:74 Uncaught Error: oops

    JSBin - Subject Problem Demo

    在代码运行前，大家会认为观察者B 会在接收到 1 值时抛出异常，观察者 A 和 C 仍会正常运行。但实际上，在当前的 RxJS 版本中若观察者 B 报错，观察者 A 和 C 也会停止运行。那么应该如何解决这个问题呢？目前最简单的方式就是为所有的观察者添加异常处理，更新后的代码如下：

    const source = Rx.Observable.interval(1000);
const subject = new Rx.Subject();

const example = subject.map(x => {
    if (x === 1) {
        throw new Error('oops');
    }
    return x;
});

subject.subscribe(
    x => console.log('A', x),
    error => console.log('A Error:' + error)
);
    
example.subscribe(
    x => console.log('B', x),
    error => console.log('B Error:' + error)
);

subject.subscribe(
    x => console.log('C', x),
    error => console.log('C Error:' + error)
);

source.subscribe(subject);

    JSBin - RxJS Subject Problem Solved Demo

    RxJS Subject & Observable

    Subject 其实是观察者模式的实现，所以当观察者订阅 Subject 对象时，Subject 对象会把订阅者添加到观察者列表中，每当有 subject 对象接收到新值时，它就会遍历观察者列表，依次调用观察者内部的 next() 方法，把值一一送出。

    Subject 之所以具有 Observable 中的所有方法，是因为 Subject 类继承了 Observable 类，在 Subject 类中有五个重要的方法：

    • next - 每当 Subject 对象接收到新值的时候，next 方法会被调用

    • error - 运行中出现异常，error 方法会被调用

    • complete - Subject 订阅的 Observable 对象结束后，complete 方法会被调用

    • subscribe - 添加观察者

    • unsubscribe - 取消订阅 (设置终止标识符、清空观察者列表)

    BehaviorSubject

    BehaviorSubject 定义

    BehaviorSubject 源码片段

    export class BehaviorSubject extends Subject {
    constructor(_value) { // 设置初始值
        super();
        this._value = _value;
    }
    get value() { // 获取当前值
        return this.getValue();
    }
    _subscribe(subscriber) {
        const subscription = super._subscribe(subscriber);
        if (subscription && !subscription.closed) {
            subscriber.next(this._value); // 为新的订阅者发送当前最新的值
        }
        return subscription;
    }
    getValue() {
        if (this.hasError) {
            throw this.thrownError;
        }
        else if (this.closed) {
            throw new ObjectUnsubscribedError();
        }
        else {
            return this._value;
        }
    }
    next(value) { // 调用父类Subject的next方法，同时更新当前值
        super.next(this._value = value);
    }
}

    BehaviorSubject 应用

    有些时候我们会希望 Subject 能保存当前的最新状态，而不是单纯的进行事件发送，也就是说每当新增一个观察者的时候，我们希望 Subject 能够立即发出当前最新的值，而不是没有任何响应。具体我们先看一下示例：

    var subject = new Rx.Subject();

var observerA = {
    next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
    next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA);

subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);

setTimeout(() => {
  subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
}, 1000);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    Observer A get value: 1
Observer A get value: 2
Observer A get value: 3

    通过输出结果，我们发现在 observerB 订阅 Subject 对象后，它再也没有收到任何值了。因为 Subject 对象没有再调用 next() 方法。但很多时候我们会希望 Subject 对象能够保存当前的状态，当新增订阅者的时候，自动把当前最新的值发送给订阅者。要实现这个功能，我们就需要使用 BehaviorSubject。

    BehaviorSubject 跟 Subject 最大的不同就是 BehaviorSubject 是用来保存当前最新的值，而不是单纯的发送事件。BehaviorSubject 会记住最近一次发送的值，并把该值作为当前值保存在内部的属性中。接下来我们来使用 BehaviorSubject 重新一下上面的示例：

    var subject = new Rx.BehaviorSubject(0); // 设定初始值

var observerA = {
    next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
    next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA);

subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);

setTimeout(() => {
  subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
}, 1000);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    Observer A get value: 0
Observer A get value: 1
Observer A get value: 2
Observer A get value: 3
Observer B get value: 3

    JSBin - BehaviorSubject

    ReplaySubject

    ReplaySubject 定义

    ReplaySubject 源码片段

    export class ReplaySubject extends Subject {
    constructor(bufferSize = Number.POSITIVE_INFINITY, 
                windowTime = Number.POSITIVE_INFINITY, 
                scheduler) {
        super();
        this.scheduler = scheduler;
        this._events = []; // ReplayEvent对象列表
        this._bufferSize = bufferSize < 1 ? 1 : bufferSize; // 设置缓冲区大小
        this._windowTime = windowTime < 1 ? 1 : windowTime;
    }
  
    next(value) {
        const now = this._getNow();
        this._events.push(new ReplayEvent(now, value));
        this._trimBufferThenGetEvents();
        super.next(value);
    }
  
  _subscribe(subscriber) {
        const _events = this._trimBufferThenGetEvents(); // 过滤ReplayEvent对象列表
        let subscription;
        if (this.closed) {
            throw new ObjectUnsubscribedError();
        }
        ...
        else {
            this.observers.push(subscriber);
            subscription = new SubjectSubscription(this, subscriber);
        }
          ...
        const len = _events.length;
        // 重新发送设定的最后bufferSize个值
        for (let i = 0; i < len && !subscriber.closed; i++) {
            subscriber.next(_events[i].value);
        }
        ...
        return subscription;
    }
}

class ReplayEvent {
    constructor(time, value) {
        this.time = time;
        this.value = value;
    }
}

    ReplaySubject 应用

    有些时候我们希望在 Subject 新增订阅者后，能向新增的订阅者重新发送最后几个值，这时我们就可以使用 ReplaySubject ，具体示例如下：

    var subject = new Rx.ReplaySubject(2); // 重新发送最后2个值

var observerA = {
    next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer A complete!')
};

var observerB = {
    next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer B complete!')
};

subject.subscribe(observerA);

subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);

setTimeout(() => {
  subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
}, 1000);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    Observer A get value: 1
Observer A get value: 2
Observer A get value: 3
Observer B get value: 2
Observer B get value: 3

    可能会有人认为 ReplaySubject(1) 是不是等同于 BehaviorSubject，其实它们是不一样的。在创建BehaviorSubject 对象时，是设置初始值，它用于表示 Subject 对象当前的状态，而 ReplaySubject 只是事件的重放。

    JSBin - ReplaySubject

    AsyncSubject

    AsyncSubject 定义

    AsyncSubject 源码片段

    export class AsyncSubject extends Subject {
    constructor() {
        super(...arguments);
        this.value = null;
        this.hasNext = false;
        this.hasCompleted = false; // 标识是否已完成
    }
    _subscribe(subscriber) {
        if (this.hasError) {
            subscriber.error(this.thrownError);
            return Subscription.EMPTY;
        }
        else if (this.hasCompleted && this.hasNext) { // 等到完成后，才发出最后的值
            subscriber.next(this.value);
            subscriber.complete();
            return Subscription.EMPTY;
        }
        return super._subscribe(subscriber);
    }
    next(value) {
        if (!this.hasCompleted) { // 若未完成，保存当前的值
            this.value = value;
            this.hasNext = true;
        }
    }
}

    AsyncSubject 应用

    AsyncSubject 类似于 last 操作符，它会在 Subject 结束后发出最后一个值，具体示例如下：

    var subject = new Rx.AsyncSubject();

  var observerA = {
    next: value => console.log('Observer A get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer A error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer A complete!')
  };

  var observerB = {
    next: value => console.log('Observer B get value: ' + value),
    error: error => console.log('Observer B error: ' + error),
    complete: () => console.log('Observer B complete!')
  };

  subject.subscribe(observerA);

  subject.next(1);
  subject.next(2);
  subject.next(3);

  subject.complete();

  setTimeout(() => {
    subject.subscribe(observerB); // 1秒后订阅
  }, 1000);

    以上代码运行后，控制台的输出结果：

    Observer A get value: 3
Observer A complete!
Observer B get value: 3
Observer B complete!

    JSBin - AsyncSubject

    参考资源

    angular2rxjs
    阿宝哥
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