自己动手来实现一个RxJava

发表于2020年5月16日由admin

作者简介

新的一周开始了，大家继续加油呦！

本篇来自 yalinfendou 的投稿，分享了自己实现RxJava的心得，希望大家喜欢！

yalinfendou 的博客地址：

https://blog.csdn.net/yalinfendou

前言

在过去和今年的谷歌IO大会上，第一次接触到RxJava时，被其优雅的链式调用风格和强大的操作符深深吸引，RxJava一路调用，一气呵成，用很简洁的代码轻松处理复杂的逻辑，一旦喜欢上就爱不释手。不仅如此，RxJvava还能在事件的传递过程中对事件进行各种加工处理，简直无与伦比。后来开始尝试阅读源码，当GET到部分心法要诀时，蓦然回首，原来想要造一个RxJava并不是很难，于是便有了此篇。希望你读完后，能够加深对RxJava的理解，并能深深地喜欢上RxJava。

网上关于RxJava 的文章很多。这里相关的使用方式不作详细介绍，如果你对基本用法还不熟悉，请先移步：GitHub（https://github.com/ReactiveX/RxJava） 或者 扔物线（http://gank.io/post/560e15be2dca930e00da1083）

本篇示例源码Git地址，建议下载Demo示例一起阅读。本篇涉及到相关源码基于RxJava 2.1.1。

基本概念介绍

为了能更好的理解后续实现逻辑流程，我们先简单梳理一下RxJava的基本概念和角色。

1. RxJava的观察者模式

  • Observable ：被观察者，用来生产发送事件；

  • Observer：观察者，接收被观察者传来的事件；

  • Event：包装事件发送中的消息，在事件的传递过程中，可以通过操作符对事件进行各种加工（转换，过滤，组合……）；

  • Subscribe：被观察者和观察者通过订阅产生关系后，才具备事件发送和接收能力；

2. RxJava的三个动作：

  • onNext()

  • onError()

  • onCompleted()

Observable 负责发出动作事件，这些事件经过一些分发处理流程后，Observer 负责接收对应的事件并消费掉。

再看一下Git官网的介绍:

RxJava – a library for composing asynchronous and event-based programs using observable sequences for the Java VM.

自己总结一下：RxJava 是以观察者模式为核心，可以通过强大的操作符，对事件中的消息进行加工包装，并且可以轻松实现线程调度的一个框架。

请你务必理解上面的几点，对后续的代码理解实现真的非常重要！

开始造RxJava

1. 基本订阅实现

首先我们先来实现角色一Observer，用来接收事件消息，模仿源码，我们也定义四个方法：

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接着再实现角色二Observable，不过这里定义的ObservableSource是一个基类接口，里面只提供了用来关联观察者和被观察者的方法:subscribe。

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你或许有些疑问，在传统的观察者模式里面，大都是由Observable直接发出通知事件的，为什么上面没看到发送事件的方法呢？先不要急，在RxJava里面，其实是通过一个发射器对象Emitter，把事件发出去的。那我们接着再看Emitter。

是不是和前面的Observer中定义的方法很相似？

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最后，我们再来看看Observable到底怎么通过Emitter把事件给发出去的。

其实所有的一切都在核心类ObservableCreate里面，当调用observable.subscribe(observer)之后，立马会进入subscribeActual方法，可以看到在subscribeActual方法里面，有一句source.subscribe(emitter)，
这句执行后，Emitter中发出的事件最后就会分发给Observer。

public final class ObservableCreate<T> extends Observable<T> {
    //source 为create 中创建的ObservableOnSubscribe对象
    final ObservableOnSubscribe<T> source;

    public ObservableCreate(ObservableOnSubscribe<T> source) {
        this.source = source;
    }

    @Override
    protected void subscribeActual(Observer<? super T> observer) {
        //传入的observer为被订阅的观察者
        CreateEmitter<T> emitter = new CreateEmitter<T>(observer);
        //通知观察者被订阅，
        observer.onSubscribe();
        try {
            //emitter开始执行，其发出的事件会传递到observer
            RLog.printInfo("emitter开始发送事件");
            source.subscribe(emitter);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 把Emitter发出的事件分发给observer
     * @param <T>
     */
    static final class CreateEmitter<T> implements ObservableEmitter<T> {

        final Observer<? super T> observer;

        CreateEmitter(Observer<? super T> observer) {
            this.observer = observer;
        }

        @Override
        public void onNext(T t) {
            CheckUtils.checkNotNull(t, "onNext called parameter can not be null");
            observer.onNext(t);
        }

        @Override
        public void onError(Throwable error) {
            observer.onError(error);
        }

        @Override
        public void onComplete() {
            observer.onComplete();
        }
        @Override
        public ObservableEmitter<T> serialize() {
            return null;
        }
    }
}

好了，先来小试一下，这里先暂且不用链式代码。

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通过Log，我们再回头梳理一下整个订阅以及发送事件的流程：

首先通过Observable.create创建一个ObservableCreate 对象并返回，完成订阅Observer后，再创建一个发射器 CreateEmitter对象，通过这个Emitter，把事件传递给Observer，于是Observable中生产的事件就分发到Observer了。

在RxJava源码中，调用observable.subscribe(observer)后，紧接着会执行ObservableCreate类中的subscribeActual方法，接着调用source.subscribe(emitter)，此时Observable才会开始发事件，通过发射器Emitter把onNext，onError，onComplete发送给被订阅的observer，从而完成整个事件流的分发处理。

注意：RxJava中的观察者模式有别于传统的观察者模式，只有Observable 完成订阅Observer之后，Observable 才会发出事件

2. Map操作符实现

Map一般用于对事件中的消息进行加工处理，只能一对一转换。
想要拥有转换的能力，那么必然会有一个能够把Source转换成Result的方法。
我们来看一下RxJava源码中的这个转换接口 Function。

T表示输入值，R表示输出值，把 T转换成 R。

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另外还有重要的一点，我们知道，RxJava拥有逐级订阅的能力，所以每次经过操作符后，返回的必然是一个Observable对象。
所以在调用 Observable.map()后，返回的肯定也是一个Observable。

在实现ObservableMap之前，我们归纳一下ObservableMap实现要点：

  • 必须继承Observable；

  • 拥有转换能力，能通过Function.apply方法，把原始数据转换成目标数据；

开始实现吧，代码并不复杂，请留意注释：

public class ObservableMap<T, U> extends Observable<U> {

    final Function<? super T, ? extends U> function;
    final ObservableSource<T> source;   //source 为create 中创建的ObservableOnSubscribe对象

    public ObservableMap(ObservableSource<T> source, Function<? super T, ? extends U> function) {
        this.source = source;
        this.function = function;
    }

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

    @Override
    public void subscribeActual(Observer<? super U> observer) {
        //传入的observer为被订阅的观察者
        // mapObserver也是一个Observer对象，起到了桥接source（被观察者）和Observer（观察者）的作用，
        // mapObserver中的事件最终会分发到传入的observer，在apply方法中，把传入的泛型转成R，这样就完成了map转换的功能
        MapObserver mapObserver = new MapObserver<T, U>(observer, function);
        //source订阅mapObserver之后 ，订阅成功后，source的emitter中的事件会分发给mapObserver,
        // mapObserver通过apply方法，把传入的泛型T转成结果R，再通过onNext发送给真正的观察者actual，这样就完成了事件消息的传递和转换
        source.subscribe(mapObserver);
    }


    static final class MapObserver<T, U> implements Observer<T> {
        protected final Observer<? super U> actual;
        final Function<? super T, ? extends U> mapper;

        MapObserver(Observer<? super U> actual, Function<? super T, ? extends U> mapper) {
            this.actual = actual;
            this.mapper = mapper;
        }

        @Override
        public void onSubscribe() {
            RLog.printInfo("ObservableMap: onSubscribe");
        }

        @Override
        public void onNext(T t) {
            CheckUtils.checkNotNull(t, "onNext called parameter can not be null");
            U v = null;
            try {
                v = mapper.apply(t);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            actual.onNext(v);
        }

        @Override
        public void onError(Throwable error) {
            actual.onError(error);
        }

        @Override
        public void onComplete() {
            actual.onComplete();
        }
    }
}

其实真正的核心就这两句：

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这里真正管事的是MapObserver，完成订阅后，上一级的Observable对象把事件发给了mapObserver，mapObserver又在它的onNext()方法里面，把事件消息转换了一下，然后又发送了出去。有没有一种豁然开朗的的感觉……

看一下效果：

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可以看到，emitter.onNext()发送的 “1” 在apply方法中被转成了“A1”，最终被observer接收到。

这里和基本订阅实现的流程做一下对比梳理：

  1. 这里仍然是通过Observable.create创建了一个ObservableCreate 对象并返回；

  2. 在基本订阅实现流程中，返回的ObservableCreate对象会直接订阅Observer，事件会直接传递给Observer；

  3. 而在ObservableMap中，Observable.create返回的ObservableCreate对象订阅了一个MapObserver对象，这个MapObserver对象起到了桥接的作用；

  4. 完成订阅后，Observable把事件传递给MapObserver，MapObserver通过apply方法，把传入的泛型T转成结果R，再通过onNext发送给真正的Observer，这样就完成了事件消息的转换和传递；

3. FlapMap操作符实现

FlapMap也是一个变换操作符，可以实现1对n的转换，被订阅的observer可以接受n次事件消息。

仍然像上面一样，归纳一下FlatMap实现要点：

  • 必须继承Observable；

  • 拥有1对n的转换能力

  • 1. 必须要拥有装载n个数据的一个容器；

  • 2. 拥有发送n次的能力；

我们首先来获取装载n个数据的能力，为了便于理解，这里先把使用的示例代码提前贴出来。可以看到，apply方法的返回值，一个是Iterable，一个是 array[]数组，通过这两种数据容器，我们便拥有了两种不同方式装载数据的能力。

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有了数据容器后，我们还要能把容器里的数据拿出来使用。

下面是ObservableFlapMapIterable的实现，另外一个ObservableFlapMapArray的实现和它大同小异,这里就不贴了。

640?wx_fmt=png

仍然贴出核心代码：

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可以看到，我们通过apply方法，拿到装载n个数据的容器，然后再依次遍历，最后调用真正的观察者actual的onNext()方法，就这样实现了消息“1对n”的转换和发送。

如果你阅读RxJava源码，会发现它的实现和上面的实现有些区别：

1. RxJava apply返回的是一个Observable对象，在ObservableFromIterable里面有一个Iterable source，在ObservableFromArray里面有一个T[] array，RxJava就是通过这两个容器来装载数据的。

2. 在上面的实现中，我们是通过apply直接拿到数据容器，在RxJava的ObservableFlapMap源码中有一个MergeObserver和InnerObserver，在InnerObserver 中，SimpleQueue 类型的 queue变量，用来存储被加工后的数据集合，这个变量通过ObservableFromIterable中source.onSubscribe(d)被赋值，最终仍然是通过遍历操作，把数据再次发送出去。相关的逻辑实现比较复杂，这里就不多述了。

看看效果吧：

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4. Zip操作符实现

我们继续来实现Zip操作符。
Zip操作符可以把多个Observable发送的事件重新组合成一个新的事件，再发送出去。
明白了这一点，就可以归纳它的实现要点了：

  • 1. 必须继承Observable；

  • 2. 拥有获取n个Observable发送事件的能力；

  • 3. 拥有合并数据并再发送的能力；

需要明确的是：再次发送的事件数量和发送事件少的那个Observable事件数一样。

我们先来获取第2点的能力，这里让暂且n=2，只要你愿意，你让它等于多少都行。先看一下定义的接口：

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t1表示第一个observer的泛型参数 ， t2表示第二个observer的泛型参数，最后转换成结果R。

再来获取第3点合并数据并再发送的能力，看看ObservableZip是怎么实现的：

public class ObservableZip<T, R> extends Observable<R> {

    BiFunction<? super Object, ? super Object, R> biFunction;
    final ObservableSource<? extends T>[] sources;

    public ObservableZip(ObservableSource<? extends T>[] sources, BiFunction<? super Object, ? super Object, R> biFunction) {
        this.sources = sources;
        this.biFunction = biFunction;
    }

    @Override
    public void subscribeActual(Observer<? super R> observer) {
        ObservableSource<? extends T>[] sources = this.sources;
        ZipCoordinator<T, R> zc = new ZipCoordinator<T, R>(observer, sources, biFunction);
        zc.subscribe();
    }

    static final class ZipCoordinator<T, R> {
        final Observer<? super R> actual;
        final ObservableSource<? extends T>[] sources;
        final BiFunction<? super Object, ? super Object, R> biFunction;
        final ZipObserver<T, R>[] observers;
        final T[] row;

        ZipCoordinator(Observer<? super R> actual, ObservableSource<? extends T>[] sources,
                       BiFunction<? super Object, ? super Object, R> biFunction) {
            this.actual = actual;
            this.sources = sources;
            this.biFunction = biFunction;
            this.observers = new ZipObserver[sources.length];
            this.row = (T[]) new Object[sources.length];
        }

        public void subscribe() {
            int len = observers.length;
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                observers[i] = new ZipObserver<T, R>(this);
            }
            //通知观察者被订阅，
            actual.onSubscribe();
            for (int i = 0; i < len; i++) {
                sources[i].subscribe(observers[i]);
            }
        }

        public void drain() {
            final T[] os = row;
            outer:
            for (; ; ) {
                int length = observers.length;
                for (int i = 0; i < length; i++) {
                    ZipObserver<T, R> zipObserver = observers[i];
                    Queue<T> queue = zipObserver.queue;
                    if (queue.isEmpty()) {
                        if (observers[i].done) {
                            actual.onComplete();
                        }
                        break outer;
                    }
                    if (i == 1) {
                        os[0] = observers[0].queue.poll();
                        os[1] = observers[1].queue.poll();
                        if (null != os[0] && null != os[1]) {
                            try {
                                R result = biFunction.apply(os[0],os[1]);
                                actual.onNext(result);
                                Arrays.fill(os, null);
                            } catch (Exception e) {
                                e.printStackTrace();
                                actual.onError(e);
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }


    static final class ZipObserver<T, R> implements Observer<T> {

        final ZipCoordinator<T, R> parent;
        final Queue<T> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
        volatile boolean done;

        ZipObserver(ZipCoordinator<T, R> parent) {
            this.parent = parent;
        }

        @Override
        public void onSubscribe() {
        }

        @Override
        public void onNext(T t) {
            queue.offer(t);
            parent.drain();
        }

        @Override
        public void onError(Throwable t) {
            done = true;
            parent.drain();
        }

        @Override
        public void onComplete() {
            done = true;
            parent.drain();
        }
    }

}

我们梳理一下上面代码的的主要逻辑流程：

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RxJava源码中ObservableZip的逻辑实现比较复杂，涉及到的类和接口也比较多。上面的实现算是一个精简版，但是完全能实现我们想要的功能。

再来看一下测试效果吧：

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可以看到，observable1 和observable2 的onNext 事件确实是被合并后，再次发了出去。

还有一点需要注意，observable1发送完了两个onNext之后，observable2才开始发送，为什么？因为它俩跑在同一个线程里面！我们接下来就要让它俩在不同的线程里面跑。

5. 线程调度subscribeOn和observeOn的实现

RxJava是通过Scheduler来切换线程的。常用的几个内置线程调度器如下：

  • Schedulers.io() 代表io操作的线程, 通常用于网络,读写文件等io密集型的操作；

  • Schedulers.computation() 代表CPU计算密集型的操作, 例如需要大量计算的操作；

  • Schedulers.newThread() 为每个任务创建一个新线程；

  • AndroidSchedulers.mainThread()代表Android的主线程；

上面只是概念介绍，我们必须要弄明白如何去实现！

  • 1. 在Java开发中，开启一个线程，用Thread，Runnable，Callable都可以实现，可总不能随意开启野线程放任不管吧，所以肯定要用线程池；

  • 2. 在Android开发中，切换到UI线程，可以通过调用Handler.post(Runnable r)实现。这里的参数是个Runnable对象，Executor.execute(Runnable command)参数也是一个Runnable对象，所以，我们可以很方便的把各个Scheduler的线程调度方法统一起来；

  • 3. 无论是subscribeOn()还是observeOn()，返回的肯定也是Observable对象；

为了更好的理解Scheduler线程调度的原理，我不厌其烦地把Map操作符的实现原理再贴一遍：

在ObservableMap中，Observable.create返回的ObservableCreate对象订阅了一个MapObserver对象，完成订阅后，把事件传递给MapObserver，MapObserver又通过apply方法，把传入的泛型T转成结果R，再通过onNext发送给真正的Observer，这样就完成了事件消息的传递和转换。

为了让Observable发出的事件在新线程中执行，只要把“订阅”这个动作放入新的线程，emitter发出的事件也就自然在新线程里面执行了。

实践是检验真理的唯一标准，我们先用野线程在ObservableFlapMap里面测试一下，
改造一下ObservableFlapMap#subscribeActual方法试试看：

    public void subscribeActual(Observer<? super U> observer) {

        final MergeObserver mapObserver = new MergeObserver<T, U>(observer, function);
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                source.subscribe(mapObserver);
            }
        });
        thread.setName("new Observable Thread");
        thread.start();
    }

上面的代码中，我们只是把source.subscribe(mapObserver)放到了一个子线程中。
通过log，可以看到生产事件的动作，已经在新线程里面执行了。

我们还要让消费事件的动作，也在新的线程中执行，很自然地会想到把actual.onNext(t)，actual.onError(error)，actual.onComplete()这三个方法放到新线程中执行。

仍然用野线程在ObservableFlapMap中做测试：

        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                actual.onNext(t);
            }
        });
        thread.setName("new Observer Thread");
        thread.start();

观察log，可以发现Observer的onNext()跑在了新开启的线程里面。

如果你明白了上面线程调度的实现原理，那么我们再依葫芦画瓢，造几个线程调度器：IoScheduler，NewThreadScheduler，AndroidSchedulers，源码就不再贴了，这里拿上面 observableZip的例子测试一下：

        Observable<Integer> observable1 = Observable.create(new ObservableOnSubscribe<Integer>() {
            @Override
            public void subscribe(ObservableEmitter<Integer> emitter) throws Exception {
                RLog.printInfo("observable1 emitter发送第一个onNext，value = 1");
                emitter.onNext(1);
                RLog.printInfo("observable1 emitter发送第二个onNext，value = 2");
                emitter.onNext(2);
                RLog.printInfo("observable1 emitter发送onComplete");
                emitter.onComplete();
            }
        }).subscribeOn(Schedulers.NEW_THREAD);

        Observable<String> observable2 = Observable.create(new ObservableOnSubscribe<String>() {
            @Override
            public void subscribe(ObservableEmitter<String> emitter) throws Exception {
                RLog.printInfo("observable2 emitter发送第一个onNext，value = A");
                emitter.onNext("A");
                RLog.printInfo("observable2 emitter发送第二个onNext，value = B");
                emitter.onNext("B");
                //RLog.printInfo("observable2 emitter发送onComplete");
                //emitter.onComplete();
            }
        }).subscribeOn(Schedulers.IO);
        Observable<String> observableZip = Observable.zip(observable1, observable2, new BiFunction<Integer, String, String>() {
            @Override
            public String apply(Integer integer, String s) throws Exception {
                return integer + s;
            }
        }).observeOn(Schedulers.ANDROID_MAIN_THREAD);

        observableZip.subscribe(new Observer<String>() {

            @Override
            public void onSubscribe() {
                RLog.printInfo("Observer被订阅");
            }

            @Override
            public void onNext(String value) {
                RLog.printInfo("Observer接收到onNext，被Zip转换之后的value = " + value);
            }

            @Override
            public void onError(Throwable e) {
                RLog.printInfo("Observer接收到onError，errorMsg = " + e.getMessage());
            }

            @Override
            public void onComplete() {
                RLog.printInfo("Observer接收到onComplete");
            }
        });
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_emitter开始发送事件
D/RxJava: [Thread: RxJava IO Thread #1]_emitter开始发送事件
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_observable1 emitter发送第一个onNext，value = 1
D/RxJava: [Thread: RxJava IO Thread #1]_observable2 emitter发送第一个onNext，value = A
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_observable1 emitter发送第二个onNext，value = 2
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_observable1 emitter发送onComplete
D/RxJava: [Thread: RxJava IO Thread #1]_observable2 emitter发送第二个onNext，value = B
D/RxJava: [Thread: main]_Observer被订阅
D/RxJava: [Thread: main]_Observer接收到onNext，被Zip转换之后的value = 1A
D/RxJava: [Thread: main]_Observer接收到onNext，被Zip转换之后的value = 2B
D/RxJava: [Thread: main]_Observer接收到onComplete
    @Override
    public void subscribeActual(Observer<? super R> observer) {
        ObservableSource<? extends T>[] sources = this.sources;
        ZipCoordinator<T, R> zc = new ZipCoordinator<T, R>(observer, sources, biFunction);
        zc.subscribe();
    }

我们可以看到，在最前面的zip的例子中，observable1发送完两个onNext之后，observable2才开始发送，因为它俩在同一个线程。而上面的zip例子中，observable1和observable2是依次发送的，因为在它俩跑在不同的线程。

再多次调用subscribeOn()和observeOn()看看：

        Observable.create(new ObservableOnSubscribe<Integer>() {
            @Override
            public void subscribe(ObservableEmitter<Integer> emitter) throws Exception {
                RLog.printInfo("emitter发送第一个onNext，value = 1");
                emitter.onNext(1);
                RLog.printInfo("emitter发送onComplete");
                emitter.onComplete();
            }
        }).subscribeOn(Schedulers.NEW_THREAD)
          .subscribeOn(Schedulers.IO)
          .subscribeOn(Schedulers.NEW_THREAD)
          .observeOn(Schedulers.IO)
          .map(new Function<Integer, String>() {
                @Override
                public String apply(Integer integer) throws Exception {
                    RLog.printInfo("切换线程");
                    return "切换线程" + integer;
                }
        }).observeOn(Schedulers.ANDROID_MAIN_THREAD)
          .subscribe(new Observer<String>() {

              @Override
              public void onSubscribe() {
                  RLog.printInfo("Observer被订阅");
              }

              @Override
              public void onNext(String value) {
                  RLog.printInfo("Observer接收到onNext，被转换之后的value = " + value);
              }

              @Override
              public void onError(Throwable e) {
                  RLog.printInfo("Observer接收到onError，errorMsg = " + e.getMessage());
              }

              @Override
              public void onComplete() {
                  RLog.printInfo("Observer接收到onComplete");
              }
        });
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_emitter开始发送事件
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_emitter发送第一个onNext，value = 1
D/RxJava: [Thread: RxJava New Thread #1]_emitter发送onComplete
D/RxJava: [Thread: RxJava IO Thread #1]_切换线程
D/RxJava: [Thread: main]_Observer接收到onNext，被转换之后的value = 切换线程1
D/RxJava: [Thread: main]_Observer被订阅
D/RxJava: [Thread: main]_Observer接收到onComplete

通过观察Log，可以发现以下两点：

1. 当多次调用subscribeOn()时，只有第一个subscribeOn() 起作用。

上面的例子中，连续3次调用

subscribeOn(Schedulers.NEW_THREAD) .subscribeOn(Schedulers.IO) .subscribeOn(Schedulers.NEW_THREAD)

其实线程也是切换了三次，只不过最后一次切换成了第一个subscribeOn()指定的线程，所以只有第一个真正起到了作用。

2. 每次调用observeOn，都会切换一下线程。

这个比较好理解，因为每次调用都会影响后面观察者运行的线程，线程改变后，会在新的线程中将数据发送给的Observer。

结尾

RxJava为了保障优雅性，健壮性，源码比这复杂庞大得的多。这里只是抛砖引玉，通过研究别人的轮子，弄懂造轮子的原理，提升自己，然后才能造出更好的轮子。

如果你明白了以上操作符的实现原理，那么其它的诸如filter ，sample，take，takeLast,distinct 等操作符，相信也可以实现了。如果没看懂，也没关系，多看几遍，多动手写写试试，相信你也能体会到RxJava的真正魅力！


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