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上一篇，我们分析了 Oberservable 和 Subscription 的具体实现方法。这一篇，将会了解一系列不同的 Muticasted Observable（多播观察源），这些 Observable 在 RxJS 中主要是以 Subject 命名，它们有以下几种不同的实现：
- Subject
- AnonymousSubject
- BehaviorSubject
- ReplaySubject
- AsyncSubject
所谓 Muticasted Observable，就是这个 Observable 可以持续的发送数据给到订阅它的订阅者们。
注：文中 RxJS 所使用的源码版本为 6.6.0
Subject
Subject 是最基础的 Muticasted Observable，订阅者对其进行订阅后，将会拿到 Subject 之后发送的数据。但是，如果订阅者在数据发送后再订阅，那么它将永远都拿不到这条数据。用一下例子简单说明一下：
const subject = new Subject<number>();
// 订阅之前调用是不会打印
subject.next(1);
// 订阅数据
const subscription = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据A：' + value);
});
// 订阅后调用会打印数据。
subject.next(2);
// 打印结果
// 订阅数据A：2Subject 的实现通过将观察员们放入数组中，如果有事件即将到来，通知当前所有已经在位的观察员们。
class Subject<T> extends Observable<T> {
observers: Observer<T>[] = [];
// 省略了一些内容
next(value?: T) {
if (!this.isStopped) {
...
const { observers } = this;
const len = observers.length;
const copy = observers.slice();
for (let i = 0; i < len; i++) {
copy[i].next(value);
}
}
}
// error 类似于 next
error(err: any) {
...
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++) {
copy[i].error(err);
}
this.observers.length = 0;
}
// complete 类似于 next
complete() {
...
this.isStopped = true;
const { observers } = this;
const len = observers.length;
const copy = observers.slice();
for (let i = 0; i < len; i++) {
copy[i].complete();
}
this.observers.length = 0;
}
}通过重写了 _subscribe ，将观察员在订阅时保存到 observers 数组中。
_subscribe(subscriber: Subscriber<T>): Subscription {
if (this.hasError) {
subscriber.error(this.thrownError);
return Subscription.EMPTY;
} else if (this.isStopped) {
subscriber.complete();
return Subscription.EMPTY;
} else {
// 如果都没有问题，在这里将观察员保存到 observers 数组。
this.observers.push(subscriber);
// 提供一个指向于当前观察者的订阅对象。
return new SubjectSubscription(this, subscriber)
}
}Subject 通过创建一个新的指向于它的 observable，完成和 Observable 之间的转换。
asObservable(): Observable<T> {
const observable = new Observable<T>();
(<any>observable).source = this;
return observable;
}AnonymousSubject
AnonymousSubject 是一个 Subject 的 wrapper，它拥有一个 名为 destination 的 Observer 成员。 Observer 提供了三个方法接口，分别是 next，error 和 complete。
export interface Observer<T> {
closed?: boolean;
next: (value: T) => void;
error: (err: any) => void;
complete: () => void;
}AnonymousSubject 通过重载 Subject 的 next，error，complete 将调用转发到 destination 。由于其重载这三个重要的方法，其本身并不具备 Subject 所提供的功能。AnonymousSubject 重载这些方法的主要作用是为了将调用转发到 destination ，也就是提供了一个
export class AnonymousSubject<T> extends Subject<T> {
constructor(protected destination?: Observer<T>, source?: Observable<T>) {
super();
this.source = source;
}
next(value: T) {
const { destination } = this;
if (destination && destination.next) {
destination.next(value);
}
}
error(err: any) {
const { destination } = this;
if (destination && destination.error) {
this.destination.error(err);
}
}
complete() {
const { destination } = this;
if (destination && destination.complete) {
this.destination.complete();
}
}
}它也重载 _subscribe，那么也就不具备 Subject 的保存订阅者的功能了。
_subscribe(subscriber: Subscriber<T>): Subscription {
const { source } = this;
if (source) {
return this.source.subscribe(subscriber);
} else {
return Subscription.EMPTY;
}
}通过阅读源码使用到 AnonymousSubject 的地方，我认为 AnonymousSubject 主要的功能还是为 Subject 的 lift 方法提供一个封装，lift 需要返回的是一个符合当前类的同构对象。
export class Subject<T> extends Observable<T> {
lift<R>(operator: Operator<T, R>): Observable<R> {
const subject = new AnonymousSubject(this, this);
subject.operator = <any>operator;
return <any>subject;
}
}如果直接重新构造一个 Subject 虽然符合同构，但是存储了过多的冗余数据，比如，订阅的时候就会重复把订阅者添加到 observers 中；如果直接使用 Observable ，那么又不符合同构，因为 Observable 并不具备 next，error 和 complete 等功能，那么这就是一种比较稳妥的做法，通过重载复写 Subject 的一些方法，使得其既具备同构，也不会重复保存冗余数据。
BehaviorSubject
BehaviorSubject 为 Subject 提供了数据持久化（相对于 Subject 本身）功能，它本身存储了已经到来的数据，可以看看以下例子。
const subject = new BehaviorSubject<number>(0);
// 初始化后直接订阅
const subscriptionA = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据A：' + value);
});
// 订阅之前调用是不会打印
subject.next(1);
const subscriptionB = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据B：' + value);
});
// 订阅后调用会打印数据。
subject.next(2);
// 打印结果
// 订阅数据A：0
// 订阅数据A：1
// 订阅数据B：1
// 订阅数据A：2
//BehaviorSubject 拥有一个 _value 成员，每次调用 next 发送数据的时候，BehaviorSubject 都会将数据保存到 _value 中。
export class BehaviorSubject<T> extends Subject<T> {
constructor(private _value: T) {
super();
}
get value(): T {
return this.getValue();
}
getValue(): T {
if (this.hasError) {
throw this.thrownError;
} else if (this.closed) {
throw new ObjectUnsubscribedError();
} else {
return this._value;
}
}
}调用 next 的时候，会把传入的 value 保存起来，并交由 Subject 的 next 来处理。
next(value: T): void {
super.next(this._value = value);
}当 BehaviorSubject 被订阅的时候，也会把当前存储的数据发送给订阅者，通过重写 _subscribe 实现这个功能。
_subscribe(subscriber: Subscriber<T>): Subscription {
const subscription = super._subscribe(subscriber);
// 只要订阅器没有关闭，那么就将当前存储的数据发送给订阅者。
if (subscription && !(<SubscriptionLike>subscription).closed) {
subscriber.next(this._value);
}
return subscription;
}AsyncSubject
AsyncSubject 并没有提供相应的异步操作，而是把控制最终数据到来的权力交给调用者，订阅者只会接收到 AsyncSubject 最终的数据。正如官方例子所展示的的，当它单独调用 next 的时候，订阅者并不会接收到数据，而只有当它调用 complete 的时候，订阅者才会接收到最终到来的消息。以下例子可以说明 AsyncSubject 的运作方式。
const subject = new AsyncSubject<number>();
const subscriptionA = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据A：' + value);
});
// 此处不会触发订阅
subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);
subject.next(4);
const subscriptionB = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据B：' + value);
});
// 同样，这里不会触发订阅
subject.next(5);
// 但是完成方法会触发订阅
subject.complete();
// 打印结果
// 订阅数据A：5
// 订阅数据B：5AsyncSubject 通过保留发送状态和完成状态，来达到以上目的。
export class AsyncSubject<T> extends Subject<T> {
private value: T = null;
private hasNext: boolean = false;
private hasCompleted: boolean = false;
}AsyncSubject 的 next 不会调用 Subject 的 next，而是保存未完成状态下最新到来的数据。
next(value: T): void {
if (!this.hasCompleted) {
this.value = value;
this.hasNext = true;
}
}那么 Subject 的 next 会在 AsyncSubject 的 complete 方法中调用。
complete(): void {
this.hasCompleted = true;
if (this.hasNext) {
super.next(this.value);
}
super.complete();
}ReplaySubject
ReplaySubject 的作用是在给定的时间内，发送所有的已经收到的缓冲区数据，当时间过期后，将销毁之前已经收到的数据，重新收集即将到来的数据。所以在构造的时候，需要给定两个值，一个是缓冲区的大小（bufferSize），一个是给定缓冲区存活的窗口时间（windowTime），需要注意的是 ReplaySubject 所使用的缓冲区的策略是 FIFO。
下面举出两个例子，可以先感受一下 ReplaySubject 的行为。第一个如下：
const subject = new ReplaySubject<string>(3);
const subscriptionA = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据A：' + value);
});
subject.next(1);
subject.next(2);
subject.next(3);
subject.next(4);
const subscriptionB = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据B：' + value);
});
// 打印结果：
// 订阅数据A: 1
// 订阅数据A: 2
// 订阅数据A: 3
// 订阅数据A: 4
// 订阅数据B：2
// 订阅数据B：3
// 订阅数据B：4下面是第二个例子，这个 ReplaySubject 带有一个窗口时间。
const subject = new ReplaySubject<string>(10, 1000);
const subscriptionA = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据A：' + value);
});
subject.next('number');
subject.next('string');
subject.next('object');
subject.next('boolean');
setTimeout(() => {
subject.next('undefined');
const subscriptionB = subject.subscribe((value) => {
console.log('订阅数据B：' + value);
});
}, 2000);
// 打印结果
// 订阅数据A：number
// 订阅数据A：string
// 订阅数据A：object
// 订阅数据A：boolean
// 订阅数据A：undefined
// 订阅数据B：undefined 其实 ReplaySubject 跟 BehaviorSubject 很类似，但是不同的点在于，ReplaySubject 多了缓冲区和窗口时间，也算是扩展了 BehaviorSubject 的使用场景。
在源码中，还有第三个参数，那就是调度器（scheduler），一般来说，使用默认调度器已经可以覆盖大部分需求，关于调度器的部分会在之后讲到。
export class ReplaySubject<T> extends Subject<T> {
private _events: (ReplayEvent<T> | T)[] = [];
private _bufferSize: number;
private _windowTime: number;
private _infiniteTimeWindow: boolean = false;
constructor(bufferSize: number = Number.POSITIVE_INFINITY,
windowTime: number = Number.POSITIVE_INFINITY,
private scheduler?: SchedulerLike) {
super();
this._bufferSize = bufferSize < 1 ? 1 : bufferSize;
this._windowTime = windowTime < 1 ? 1 : windowTime;
if (windowTime === Number.POSITIVE_INFINITY) {
this._infiniteTimeWindow = true;
this.next = this.nextInfiniteTimeWindow;
} else {
this.next = this.nextTimeWindow;
}
}
}上面的源码中，ReplaySubject 在构造时会根据不同的窗口时间来设置 next 具体的运行内容，主要以下两种方式。
nextInfiniteTimeWindownextTimeWindow
nextInfiniteTimeWindow
如果窗口时间是无限的，那么就意味着缓冲区数据的约束条件只会是将来的数据。
private nextInfiniteTimeWindow(value: T): void {
const _events = this._events;
_events.push(value);
// 根据数据长度和缓冲区大小，决定哪些数据留在缓冲区。
if (_events.length > this._bufferSize) {
_events.shift();
}
super.next(value);
}nextTimeWindow
如果窗口时间是有限的，那么缓冲区的约束条件就由两条组成：窗口时间和将来的数据。这时，缓冲区数据就由 ReplayEvent 组成。ReplayEvent 保存了到来的数据的内容和其当前的时间戳。
class ReplayEvent<T> {
constructor(
readonly public time: number,
readonly public value: T
) {}
}那么通过 _trimBufferThenGetEvents 对缓冲区数据进行生死判断后，再把完整的数据交由 Subject 的 next 发送出去。
private nextTimeWindow(value: T): void {
this._events.push(new ReplayEvent(this._getNow(), value));
this._trimBufferThenGetEvents();
super.next(value);
}_trimBufferThenGetEvents 这个方法是根据不同的 event 对象中的时间戳与当前的时间戳进行判断，同时根据缓冲区的大小，从而得到这个对象中的数据是否能够保留的凭证。
private _trimBufferThenGetEvents(): ReplayEvent<T>[] {
const now = this._getNow();
const _bufferSize = this._bufferSize;
const _windowTime = this._windowTime;
const _events = <ReplayEvent<T>[]>this._events;
const eventsCount = _events.length;
let spliceCount = 0;
// 由于缓冲区的是 FIFO，所以时间的排
// 序一定是从小到大那么，只需要找到分
// 割点，就能决定缓冲数据的最小数据长
// 度。
while (spliceCount < eventsCount) {
if ((now - _events[spliceCount].time) < _windowTime) {
break;
}
spliceCount++;
}
// 缓冲区长度对切割的优先级会更高，
// 所以如果超出了缓冲区长度，那么切
// 割点要由更大的一方决定。
if (eventsCount > _bufferSize) {
spliceCount = Math.max(spliceCount, eventsCount - _bufferSize);
}
if (spliceCount > 0) {
_events.splice(0, spliceCount);
}
return _events;
}订阅过程
ReplaySubject 的订阅过程比较特殊，因为订阅的时候需要发送缓冲区数据，而且在不同时间进行订阅也会使得缓冲区中的数据变化，所以订阅是需要考虑的问题会比较多。那么，抓住 _infiniteTimeWindow 这个变量来看代码会变得很容易。
// 以下源码省略了调度器相关的代码
_subscribe(subscriber: Subscriber<T>): Subscription {
const _infiniteTimeWindow = this._infiniteTimeWindow;
// 窗口时间是无限的则不用考虑
// 窗口时间是有限的则更新缓冲区
const _events = _infiniteTimeWindow ? this._events : this._trimBufferThenGetEvents();
const len = _events.length;
// 创建 subscription
let subscription: Subscription;
if (this.isStopped || this.hasError) {
subscription = Subscription.EMPTY;
} else {
this.observers.push(subscriber);
subscription = new SubjectSubscription(this, subscriber);
}
// 分类讨论不同的约束条件
if (_infiniteTimeWindow) {
// 窗口时间不是无限的，缓冲区存储直接就是数据
for (let i = 0; i < len && !subscriber.closed; i++) {
subscriber.next(<T>_events[i]);
}
} else {
// 窗口时间不是无限的，缓冲区存储的是 ReplayEvent
for (let i = 0; i < len && !subscriber.closed; i++) {
subscriber.next((<ReplayEvent<T>>_events[i]).value);
}
}
if (this.hasError) {
subscriber.error(this.thrownError);
} else if (this.isStopped) {
subscriber.complete();
}
return subscription;
}最后
本章我主要简单分析了 5 种主要的 Subject，这些 Subject 实现了不同类型的 Muticasted Observable，对 Observable 进行了扩展。
限于本人能力水平有限，如有错误，欢迎指出。
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作者：zcx（公众号：Coder写字的地方）
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