swift-Combine 学习笔记1

Swift Combine 框架是 Apple 于 2019 年在 WWDC 上发布的，旨在简化响应式编程。响应式编程是一种编程范式，专注于处理异步事件流，例如用户输入、网络请求或文件变化等。Combine 框架的主要目标是通过统一和简化事件处理逻辑，减少传统回调或通知机制的复杂性。

Combine 框架的核心思想是将数据变化表示为“发布者”（Publisher），它可以发出值、完成事件或者错误事件。订阅者（Subscriber）则会订阅这些发布者，以响应数据的变化。Combine 的发布-订阅模式与其他响应式编程库（例如 RxSwift）类似，但它与 Swift 和 Apple 的生态系统高度集成，专门为 iOS、macOS、watchOS 和 tvOS 量身定制。

Combine 的出现解决了开发者在处理异步任务时可能遇到的挑战，使得代码更加简洁、易读和易于维护，同时提供了对 Swift 语言类型系统的强大支持。

核心概念

在 Combine 框架中，处理响应式编程的核心是四个基本概念：Publisher、Subscriber、Subscription 和 Subject。这些概念共同构建了数据流的架构，允许我们在异步事件发生时响应和处理数据。下面详细解释每个概念：

1. Publisher（发布者）

它定义了一个数据源，可以发出值、完成事件或错误。Publisher 会持续向它的订阅者发出这些事件。Publisher 可以发出三种类型的事件：

• 值（Value）: 发布的数据。
• 完成（Completion）: 事件完成，发布者不会再发出任何事件。
• 错误（Failure）: 出现错误，发布者停止发送事件，并向订阅者发送错误。

常见的内置 Publisher 类型：

• Just: 只发布一个值，然后立即完成。
• Empty: 不发出任何值，只发送完成或错误事件。
• Future: 异步产生一个值，并且只发送一次值或错误。
• PassthroughSubject: 允许外部手动发布值，不保留历史值。
• CurrentValueSubject: 发布当前值，并对新订阅者发送最新的值。
• Deferred: 延迟创建 Publisher，直到有订阅者时才执行。
• Fail: 立即发送错误并完成，用于模拟失败。
• Timer.TimerPublisher: 定期发送时间值，用于计时或轮询。
• NotificationCenter.Publisher: 发布通知中心的通知。
• URLSession.DataTaskPublisher: 处理网络请求，发送响应数据或错误。

let publisher = Just(5)
publisher.sink(receiveCompletion: { print($0) }, receiveValue: { print($1) })

2. Subscriber（订阅者）

Subscriber 是 Publisher 的消费者。它接收来自 Publisher 发出的数据或事件，并做出相应处理。订阅者通过订阅（subscribe）特定的 Publisher 来监听它发出的值或状态变化。

Subscriber 的关键在于它的两个方法：

• receive(_ input: Input): 接收发出的值。
• receive(completion: Subscribers.Completion<Failure>): 接收完成或错误事件。

Combine 提供了 sink 和 assign 等方便的方法来创建订阅者。

let publisher = Just("Hello, Combine")
let subscriber = publisher.sink(
    receiveCompletion: { print("Completion: \\($0)") },
    receiveValue: { print("Value: \\($0)") }
)

3. Subscription（订阅）

Subscription 是 Subscriber 和 Publisher 之间的桥梁。它管理数据流的生命周期，控制订阅者从发布者接收多少数据。它本质上代表了一个订阅操作。

当订阅者开始监听一个 Publisher 时，Publisher 会创建一个 Subscription，并将它传递给订阅者。Subscriber 可以通过 Subscription 控制是否需要取消订阅或者请求更多数据（例如在背压机制中应用）。

final class CustomSubscriber: Subscriber {
    func receive(subscription: Subscription) {
        print("Subscribed!")
        subscription.request(.max(3)) // 只请求3个值
    }

    func receive(_ input: Int) -> Subscribers.Demand {
        print("Received value: \\(input)")
        return .none // 不请求更多值
    }

    func receive(completion: Subscribers.Completion<Never>) {
        print("Completed")
    }
}

4. Subject（主题）

Subject 是 Combine 框架中特殊类型的 Publisher，它既可以是 Publisher，也可以是 Subscriber。它允许你手动发布值给订阅者，非常适合用于桥接外部事件或多次触发的值。

Combine 中有两种常见的 Subject：

• PassthroughSubject: 不保存任何值，直接将接收到的值发布给订阅者。
• CurrentValueSubject: 保存最后发布的一个值，新订阅者会首先接收到当前值。

使用场景：

• 如果你想手动触发某些值或事件，可以使用 Subject。
• 当你想让多个订阅者订阅并立即收到当前最新值时，可以使用 CurrentValueSubject。

let subject = PassthroughSubject<String, Never>()
let subscriber = subject.sink { value in
    print("Received value: \\(value)")
}

subject.send("Hello")
subject.send("World")

操作符 Operators

在 Swift 的 Combine 框架中，Operators（操作符） 是用于对数据流进行处理、转换、过滤等操作的核心组件。操作符可以对从发布者（Publisher）发出的值进行链式处理，类似于函数式编程中的 map、filter 等操作。通过使用操作符，开发者可以灵活地对事件流进行操作，以满足各种需求。

Combine 中的操作符为响应式编程提供了非常强大的数据处理能力。通过这些操作符，开发者可以轻松地处理和转换异步事件流，从而减少代码复杂性并提高代码的可维护性。

以下是 Combine 中常用的一些操作符：

1. Transforming Operators（转换操作符）

• map：将发布者发出的值进行映射，转换成另一个类型的值。

  let numbers = [1, 2, 3, 4]
  let publisher = numbers.publisher
  publisher
      .map { $0 * 2 } // 将每个值乘以 2
      .sink { print($0) }
  

• compactMap：类似于 map，但可以过滤掉 nil 值，只返回非空值。

  let numbers = ["1", "2", "a", "4"]
  let publisher = numbers.publisher
  publisher
      .compactMap { Int($0) } // 尝试将字符串转换为 Int，忽略不能转换的值
      .sink { print($0) }
  

2. Filtering Operators（过滤操作符）

• filter：只通过满足条件的值，过滤掉不符合条件的元素。

  let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
  let publisher = numbers.publisher
  publisher
      .filter { $0 % 2 == 0 } // 只允许偶数通过
      .sink { print($0) }
  

• removeDuplicates：移除连续重复的值。

  let numbers = [1, 1, 2, 3, 3, 3, 4]
  let publisher = numbers.publisher
  publisher
      .removeDuplicates() // 移除连续重复的值
      .sink { print($0) }
  

3. Combining Operators（组合操作符）

• merge：将两个或多个发布者的输出合并成一个流。

  let pub1 = [1, 2, 3].publisher
  let pub2 = [4, 5, 6].publisher
  pub1
      .merge(with: pub2) // 将两个发布者的值合并
      .sink { print($0) }
  

• combineLatest：当两个或多个发布者都发出值时，组合它们的最新值。

  let pub1 = PassthroughSubject<Int, Never>()
  let pub2 = PassthroughSubject<String, Never>()
  pub1
      .combineLatest(pub2) // 组合最新的值
      .sink { print("pub1: \\($0), pub2: \\($1)") }
  

• zip：与 combineLatest 类似，但它只会在两个发布者都有值时才会发出值，并且会按照顺序组合。

  let pub1 = [1, 2, 3].publisher
  let pub2 = ["a", "b", "c"].publisher
  pub1
      .zip(pub2) // 按顺序组合两个发布者的值
      .sink { print($0, $1) }
  

4. Timing Operators（时间操作符）

• debounce：延迟发出值，直到指定时间段内没有新的值发出。

  let subject = PassthroughSubject<String, Never>()
  subject
      .debounce(for: .seconds(1), scheduler: DispatchQueue.main) // 1秒内没有值发出才进行发射
      .sink { print($0) }
  

• delay：延迟发布者的输出。

  let publisher = Just("Hello")
  publisher
      .delay(for: .seconds(2), scheduler: DispatchQueue.main) // 延迟2秒后发出值
      .sink { print($0) }
  

5. Error Handling Operators（错误处理操作符）

• catch：处理发布者在发出错误时，返回一个新的发布者。

  let publisher = Fail<Int, Error>(error: NSError(domain: "", code: -1, userInfo: nil))
  publisher
      .catch { _ in Just(100) } // 捕获错误并返回一个默认值
      .sink { print($0) }
  

• retry：如果发布者遇到错误，可以重新尝试订阅指定次数。

  let publisher = Fail<Int, Error>(error: NSError(domain: "", code: -1, userInfo: nil))
  publisher
      .retry(3) // 遇到错误时最多重试3次
      .sink { print($0) }
  

6. Reducing Operators（归约操作符）

• reduce：累积值，直到发布者完成并发出最终结果。

  let numbers = [1, 2, 3, 4]
  let publisher = numbers.publisher
  publisher
      .reduce(0) { $0 + $1 } // 累加所有的值
      .sink { print($0) }
  

• scan：类似于 reduce，但会在每个新值到达时发出中间结果。

  let numbers = [1, 2, 3, 4]
  let publisher = numbers.publisher
  publisher
      .scan(0) { $0 + $1 } // 累加值并发出中间结果
      .sink { print($0) }
  

高阶 - Scheduler

Scheduler 控制代码执行上下文，决定数据流中发布者和订阅者的运行线程。它是 Combine 中多线程和任务调度的核心，允许指定代码在主线程、后台线程或自定义队列中执行。常见应用：后台网络请求、复杂计算、延迟任务和轻量级频繁任务处理。合理使用 Scheduler 可优化程序性能和用户体验。

Scheduler 的作用

• 线程管理：Scheduler 主要用于控制异步操作在哪个线程执行，特别是在涉及网络请求、文件 I/O 或耗时操作时，确保它们不会阻塞主线程，从而影响 UI 响应。
• 任务调度：通过 Scheduler，可以安排任务的执行顺序，例如：在后台执行复杂操作并在操作完成后切换回主线程更新 UI。
• 频率控制：使用 Scheduler 可以指定执行频率，如在延迟、间隔时间或某个特定的时间后执行任务。

Combine 框架通过使用 subscribe(on:) 和 receive(on:) 来指定发布者和订阅者的执行上下文。

• subscribe(on:)：用于指定数据发布的上下文，控制数据是在哪个 Scheduler（线程）上产生的。
• receive(on:)：用于指定数据接收的上下文，控制 Subscriber 接收数据并处理它时在哪个 Scheduler 上运行，常用于将操作结果传回主线程。

典型的 Scheduler 类型

Combine 中的 Scheduler 主要分为几种类型，常用于处理不同场景的调度需求：

• DispatchQueue: 最常用的调度器，允许你在主线程或后台线程上执行任务。
• RunLoop: 主要用于事件驱动的循环，适用于任务调度频繁但任务执行轻量的场景。
• OperationQueue: 用于管理基于队列的任务执行顺序和优先级。
• ImmediateScheduler: 在当前线程上立即执行任务。

典型的应用场景

1. 在后台线程执行网络请求，主线程更新 UI

在 UI 应用中，通常需要在后台执行耗时任务（如网络请求或数据库操作），然后在主线程更新 UI。可以通过 subscribe(on:) 切换到后台线程，处理数据后通过 receive(on:) 切换到主线程更新 UI。

let publisher = URLSession.shared.dataTaskPublisher(for: URL(string: "<https://example.com>")!)
    .subscribe(on: DispatchQueue.global(qos: .background)) // 在后台执行网络请求
    .receive(on: DispatchQueue.main) // 在主线程接收并更新 UI
    .sink(receiveCompletion: { completion in
        print("Request completed: \\(completion)")
    }, receiveValue: { data, response in
        print("Data received: \\(data)")
    })

2. 延迟任务执行

有时候需要让某些任务延迟执行或在特定时间间隔执行。可以通过 DispatchQueue 调度任务执行。

let publisher = Just("Hello")
    .delay(for: .seconds(3), scheduler: DispatchQueue.main) // 延迟3秒后执行
    .sink { value in
        print("Received after delay: \\(value)")
    }

3. 频繁计算任务调度

对于一些频繁且高优先级的任务，比如基于用户输入的实时计算（如实时搜索），可以通过 RunLoop 来执行调度，因为 RunLoop 对于高频率的轻量任务处理效率较高。

let publisher = Just("Search Query")
    .receive(on: RunLoop.main) // 在主线程的事件循环中进行
    .sink { value in
        print("Received on RunLoop: \\(value)")
    }

4. 避免主线程阻塞

在执行复杂的计算任务时，使用 subscribe(on:) 将计算操作移至后台，避免阻塞主线程，确保 UI 的流畅性。

let heavyComputation = Just(42)
    .map { value in
        // 执行一些耗时的计算
        return (0..<1000000).reduce(value, +)
    }
    .subscribe(on: DispatchQueue.global(qos: .userInitiated)) // 在后台线程执行计算
    .receive(on: DispatchQueue.main) // 在主线程更新 UI
    .sink { result in
        print("Computation result: \\(result)")
    }

总结

Swift Combine 是 Apple 在 2019 年推出的响应式编程框架，旨在简化异步事件流的处理。Combine 中的核心概念有四个，分别是 发布数据或事件的源头 Publisher、接收来自 Publisher 的数据或事件 的 Subscriber、管理 Publisher 和 Subscriber 之间的关系 的 Subscription 、用于桥接外部数据源并手动控制数据流的 Subject。

除了4个基本概念，还有一些很实用的操作符：

• 转换操作符：如 map、compactMap
• 过滤操作符：如 filter、removeDuplicates
• 组合操作符：如 merge、combineLatest、zip
• 时间操作符：如 debounce、delay
• 错误处理操作符：如 catch、retry
• 归约操作符：如 reduce、scan

Scheduler 是 Combine 的进阶内容，可以简单了解一下，需要的时候再看文档

Combine 框架通过提供统一的事件处理方式，简化了异步编程，提高了代码的可读性和可维护性。它与 Swift 和 Apple 生态系统高度集成，为 iOS、macOS、watchOS 和 tvOS 开发提供了强大的响应式编程工具。