Combine 框架，从0到1 —— 1.核心概念

| Swift , iOS , Combine , MVVM , Rx

 

内容概览

  • 前言
  • 核心概念
  • RxSwift
  • Combine
  • 总结
  • 参考内容

 

前言

 

未来已来，只是尚未流行！

响应式编程 这个名词已经久负盛名，但是在实际项目中采用了响应式编程的公司其实不多。如果您有 iOS 开发经历，那么您多半听说过 RxSwift，而 Rx 源自微软。提到Rx，往往也会提到源自微软的 MVVM模式。不过，本文不会讲解 MVVM。如果您对MVVM感兴趣，推荐您阅读：Combine + MVVM 如何构建易测试的 ViewModel？

由于 Combine 借鉴了 Rx 的思想，二者具有基本相同的特性，所以本文会同时讨论这两个大框架。

而且，如果有必要的话，我们可以通过学习开源的 RxSwift 源码来了解 Combine 的工作原理。您甚至可以这么简单粗暴的认为：Combine 就是苹果官方的 RxSwift。😅

 

核心概念

 

观察者模式

简而言之，Combine 和 Rx 都基于 观察者模式，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

只不过，这些框架对这个模式进行了一点扩充，在被观察者与观察者之间引入了可选的转换操作(操作符：Operators)。

 

采用响应式编程框架的优势与劣势：

优势：

  • 同时支持 一对一、一对多 观察操作，比 代理、通知中心 易用；
  • 常用的操作符可以极大地提高开发效率，如：map, flatMap, filter, reduce, throttle 等；
  • 代码更加优雅、代码量更少；
  • 搭配 MVVM 模式，可以写出更容易测试的 ViewModel；

劣势：

  • 学习成本略高；
  • 调试的难度会提高，有时候甚至需要去阅读框架的源码；
  • 传统的MVC模式无法发挥响应式编程框架的最大威力，需要为项目配备合适的架构模式，比如 MVVM；

 

RxSwift

 

在讲解 Combine 之前，我想介绍一下 Rx 宝石图，这个图可以帮助我们更好地理解某个常用操作符的意图。

下图就是一张Rx宝石图，箭头线代表一个序列(sequence)，中间的方块代表操作符(operator)。序列中的竖线代表结束，X代表错误。一个序列中可以发射无限个元素，当序列发射完成或者错误元素后，序列就不会再继续发射任何元素。

Rx 宝石图

如果所示，上方的序列(方块上方的箭头线)中有各种形状的元素，经过中间的 flip 操作(方块)转换之后，下方的序列接收到了某些元素转换后的结果。而中间的淡蓝色元素在 flip 过程中发生了错误，导致了下方的序列接收到的是一个错误而不是正常的元素。由此，接收序列停止接收。

如果您感兴趣的话，可以参考我的 这篇文章 来学习 RxSwift 以及 RxCocoa。

 

Combine

 

类型定义

如图所示，这三个协议就是 Combine 的核心。Publisher 负责发布内容，Subscriber 负责接收内容，Subscription 作为中介，协调生产端和消费端的需求。

类型定义

Publisher(发布者) 的源码：

@available(OSX 10.15, iOS 13.0, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
public protocol Publisher {

    /// 这个发布者发布的值的类型
    associatedtype Output

    /// 这个发布者可能发布的错误的类型
    ///
    /// 如果这个发布者不发布错误，就用 `Never`
    associatedtype Failure : Error

    /// 在调用 `subscribe(_:)` 方法时，这个方法会被触发，并连接指定的 `Subscriber 到这个发布者
    ///
    /// - SeeAlso: `subscribe(_:)`
    /// - Parameters:
    ///     - subscriber: 被连接到这个发布者上的订阅者。连接后，订阅者就可以开始接收值
    func receive<S>(subscriber: S) where S : Subscriber, Self.Failure == S.Failure, Self.Output == S.Input
}

Subscriber(订阅者) 的源码：

@available(OSX 10.15, iOS 13.0, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
public protocol Subscriber : CustomCombineIdentifierConvertible {

    /// 这个订阅者要接收的值的类型
    associatedtype Input

    /// 这个订阅者可能接收到的错误的类型
    ///
    /// 如果这个订阅者不会接收到错误，使用 `Never`
    associatedtype Failure : Error

    /// 告知订阅者成功订阅了发布者，并且可以获取发布项
    ///
    /// 使用收到的 `Subscription` 来向发布者请求内容
    /// - Parameter subscription: 订阅，代表发布者和订阅者之间的连接
    func receive(subscription: Subscription)

    /// 告知订阅者，发布者已经发布了一个元素
    ///
    /// - Parameter input: 发布了的元素
    /// - Returns: 命令，指明订阅者还期望接收多少元素
    func receive(_ input: Self.Input) -> Subscribers.Demand

    /// 告知订阅者，发布者已经结束了发布，可能是正常结束，也可能是因为发生了错误
    ///
    /// - Parameter completion: 完成，指明发布结束是正常结束还是由于错误而结束
    func receive(completion: Subscribers.Completion<Self.Failure>)
}

Subscription(订阅) 的源码：

public protocol Subscription : Cancellable, CustomCombineIdentifierConvertible {
    /// 通知发布者，它可以向订阅者发送一个或多个值
    func request(_ demand: Subscribers.Demand)
}

 

交互流程

交互流程

  1. Subscriber 被绑定到 Publisher 上；
  2. Publisher 创建订阅对象(subscription)，并将订阅对象发送给 Subscriber；
  3. Subscriber 通过订阅对象将需求发送给 Publisher；
  4. Publisher 根据需求，将内容发送给 Subscriber；
  5. Subscriber 通过订阅对象来向 Publisher 请求取消订阅；
  6. Publisher 向 Subscriber 发送完成内容；

 

实例

 

实例项目的 Github 仓库地址： Ficow-Combine-SwiftUI

 

现在，让我们使用 Combine 来写一个发起网络请求的示例：

class CombineDemo {

    var cancellable: AnyCancellable?

    func makeRequest() {
        let url = URL(string: "https://ficow.cn")!
        let dataTaskPublisher = URLSession.shared.dataTaskPublisher(for: url)

        cancellable = dataTaskPublisher.sink(
            receiveCompletion: { completion in
                // 发布结束的时候会被调用一次
                switch completion {
                case .failure(let error):
                    print(error)
                case .finished:
                    print("success")
                }
            }, receiveValue: { value in
                // 每次接收到发布者发送的值都会被调用一次
                // 因为发起的是网络请求，所以这里只会被调用一次
                print(value.data)
                print(value.response)
            })
    }

}

dataTaskPublisher 是系统提供的方法，它会返回一个发布者（Publisher）。然后我们可以对这个 publisher 调用 sink（此处应翻译为：接收）方法，以此创建一个基于闭包的订阅者（Subscriber）。

sink 方法也有一个返回值，类型为 AnyCancellable，我们可以用这个值来取消订阅。当这个值在内存中被销毁时，订阅也会被自动取消。所以，如果我们不希望这个订阅在 makeRequest() 方法执行结束时停止，就要在实例中强引用这个 cancellable。

如果你想提前结束订阅，可以对这个 cancellable 调用 cancel 方法：

cancellable?.cancel()

此时，我们还没有用到操作符。现在，对上面的示例稍作调整：

        cancellable = dataTaskPublisher
            .delay(for: .seconds(2), scheduler: DispatchQueue.global()) // 在后台线程中去延时执行
            .receive(on: RunLoop.main) // 在主线程上接收发布的内容
            .sink(receiveCompletion: { completion in

如果使用传统的GCD，这里的代码就会变成两个闭包：

        DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: .now() + 2) {
            // 发起网络请求操作
            dataTask() { (response) in
                DispatchQueue.main.async {
                    // 切换到主线程
                }
            }
        }

可以看到，使用 Combine 之后，代码变得简洁优雅，非常清晰易懂！不过，如果只是这样，也许还不够过瘾。

 

接下来，我们研究一下官方提供的一个基于 AppKit 的示例，我稍微做了一些处理以适应UIKit。如下所示：

class OfficialDemo {

    class MyViewModel {
        var filterString = ""
    }

    private let filterField = UITextField()
    private let myViewModel = MyViewModel()
    private var subscription: AnyCancellable?

    func bind() {
        subscription = NotificationCenter.default
            .publisher(for: UITextField.textDidChangeNotification, object: filterField)
            .map( { (($0.object as! UITextField).text ?? "") } )
            .filter( { $0.unicodeScalars.allSatisfy({CharacterSet.alphanumerics.contains($0)}) } )
            .debounce(for: .milliseconds(500), scheduler: RunLoop.main)
            .receive(on: RunLoop.main)
            .assign(to:\MyViewModel.filterString, on: myViewModel)
    }
}

 

bind 方法中的代码完成了很多任务：

  • 通过通知中心来订阅输入框 filterField 的 textDidChangeNotification 通知；
  • 通过 map 将接收到的内容转换为输入框中的文本；
  • 通过 filter 来过滤掉无效的文本内容，阻止内容继续沿着订阅链往后传递；
  • 通过 debounce(for:scheduler:) 来控制内容往后传递的频率（收到内容之后的500毫秒后执行后续操作，如果在这个时间段内收到了新内容，则重新计时500毫秒再执行后续操作）；
  • 通过 receive(on:) 来指定执行后续操作的调度器（线程）；
  • 通过 assign(to:on:) 来使用 keypath 为指定的对象赋值（每次收到内容就会执行一次）；

如果不使用 Combine，上面这一系列的任务可能需要写非常多的代码才能完成。而且代码的组织结构将会变得很庞大，你可能需要写很多方法来封装这些操作。

 

如果您想学习非常详细的用法，可以参考这个网页的内容：Using Combine。

 

总结

 

学习 Combine 有一定的成本，但是这是非常值得的，因为它可以帮助你：

  • 改善代码质量、减小代码量、提升工作效率；
  • 更好地学习 SwiftUI，毕竟 SwiftUI 中需要大量使用 Combine 的特性；
  • 更好地应用 MVVM 模式，这是苹果的目标，当然也是我们的目标；
  • 写出更容易测试的代码（聚焦于输入与输出）；

 

推荐继续阅读：Combine 框架，从0到1 —— 2.通过 ConnectablePublisher 控制何时发布

 

参考内容

 

Combine - Customize handling of asynchronous events by combining event-processing operators.
ReactiveX - An API for asynchronous programming with observable streams
RxSwift - Reactive Programming in Swift
Patterns - WPF Apps With The Model-View-ViewModel Design Pattern
Rx Marbles - Interactive diagrams of Rx Observables
Using Combine
Combine Essentials - Receiving and Handling Events with Combine

 

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本文链接：Combine 框架，从0到1 —— 1.核心概念

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