前言
通过前面五个篇幅的介绍，相信大家对RxJava的基本使用以及操作符应该有了一定的认识。但是知其然还要知其所以然；所以从这一章开始我们聊聊源码，分析RxJava的实现原理。本文我们主要从三个方面来分析RxJava的实现：
RxJava基本流程分析
操作符原理分析
线程调度原理分析
本章节基于RxJava1.1.9版本的源码
一、RxJava执行流程分析
在RxJava系列2(基本概念及使用介绍)中我们介绍过，一个最基本的RxJava调用是这样的：
示例A
Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() { @Override public void call(Subscriber<? super String> subscriber) { subscriber.onNext("Hello RxJava!"); subscriber.onCompleted(); }}).subscribe(new Subscriber<String>() { @Override public void onCompleted() { System.out.println("completed!"); } @Override public void onError(Throwable e) { } @Override public void onNext(String s) { System.out.println(s); }});首先调用Observable.create()创建一个被观察者Observable，同时创建一个OnSubscribe作为create()方法的入参；接着创建一个观察者Subscriber，然后通过subseribe()实现二者的订阅关系。这里涉及到三个关键对象和一个核心的方法：
Observable（被观察者）
OnSubscribe (从纯设计模式的角度来理解，
OnSubscribe.call()可以看做是观察者模式中被观察者用来通知观察者的notifyObservers()方法)Subscriber （观察者）
subscribe() （实现观察者与被观察者订阅关系的方法）
1. Observable.create()源码分析
首先我们来看看Observable.create()的实现:
public static <T> Observable<T> create(OnSubscribe<T> f) { return new Observable<T>(RxJavaHooks.onCreate(f));}这里创建了一个被观察者Observable，同时将RxJavaHooks.onCreate(f)作为构造函数的参数，源码如下：
protected Observable(OnSubscribe<T> f) { this.onSubscribe = f;}我们看到源码中直接将参数RxJavaHooks.onCreate(f)赋值给了当前我们构造的被观察者Observable的成员变量onSubscribe。那么RxJavaHooks.onCreate(f)返回的又是什么呢？我们接着往下看：
public static <T> Observable.OnSubscribe<T> onCreate(Observable.OnSubscribe<T> onSubscribe) { Func1<OnSubscribe, OnSubscribe> f = onObservableCreate; if (f != null) { return f.call(onSubscribe); } return onSubscribe;}由于我们并没调用RxJavaHooks.initCreate()，所以上面代码中的onObservableCreate为null；因此RxJavaHooks.onCreate(f)最终返回的就是f，也就是我们在Observable.create()的时候new出来的OnSubscribe。（由于对RxJavaHooks的理解并不影响我们对RxJava执行流程的分析，因此在这里我们不做进一步的探讨。为了方便理解我们只需要知道RxJavaHooks一系列方法的返回值就是入参本身就OK了，例如这里的RxJavaHooks.onCreate(f)返回的就是f）。
至此我们做下逻辑梳理：Observable.create()方法构造了一个被观察者Observable对象，同时将new出来的OnSubscribe赋值给了该Observable的成员变量onSubscribe。
2. Subscriber源码分析
接着我们看下观察者Subscriber的源码，为了增加可读性，我去掉了源码中的注释和部分代码。
public abstract class Subscriber<T> implements Observer<T>, Subscription { private final SubscriptionList subscriptions;//订阅事件集，所有发送给当前Subscriber的事件都会保存在这里 ... protected Subscriber(Subscriber<?> subscriber, boolean shareSubscriptions) { this.subscriber = subscriber; this.subscriptions = shareSubscriptions && subscriber != null ? subscriber.subscriptions : new SubscriptionList(); } ... @Override public final void unsubscribe() { subscriptions.unsubscribe(); } @Override public final boolean isUnsubscribed() { return subscriptions.isUnsubscribed(); } public void onStart() { } ...}public interface Subscription { void unsubscribe(); boolean isUnsubscribed();}Subscriber实现了Subscription接口，从而对外提供isUnsubscribed()和unsubscribe()方法。前者用于判断是否已经取消订阅；后者用于将订阅事件列表(也就是当前观察者的成员变量subscriptions)中的所有Subscription取消订阅，并且不再接受观察者Observable发送的后续事件。
3. subscribe()源码分析
前面我们分析了观察者和被观察者相关的源码，那么接下来便是整个订阅流程中最最关键的环节了。
public final Subscription subscribe(Subscriber<? super T> subscriber) { return Observable.subscribe(subscriber, this);}static <T> Subscription subscribe(Subscriber<? super T> subscriber, Observable<T> observable) { ... subscriber.onStart(); if (!(subscriber instanceof SafeSubscriber)) { subscriber = new SafeSubscriber<T>(subscriber); } try { RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe).call(subscriber); return RxJavaHooks.onObservableReturn(subscriber); } catch (Throwable e) { ... return Subscriptions.unsubscribed(); }}subscribe()方法中将传进来的subscriber包装成了SafeSubscriber，SafeSubscriber其实是subscriber的一个代理，对subscriber的一系列方法做了更加严格的安全校验。保证了onCompleted()和onError()只会有一个被执行且只执行一次，一旦它们其中方法被执行过后onNext()就不在执行了。
上述代码中最关键的就是RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe).call(subscriber)。这里的RxJavaHooks和之前提到的一样，RxJavaHooks.onObservableStart(observable, observable.onSubscribe)返回的正是他的第二个入参observable.onSubscribe，也就是当前observable的成员变量onSubscribe。而这个成员变量我们前面提到过，它是我们在Observable.create()的时候new出来的。所以这段代码可以简化为onSubscribe.call(subscriber)。这也印证了我在RxJava系列2(基本概念及使用介绍)中说的，onSubscribe.call(subscriber)中的subscriber正是我们在subscribe()方法中new出来的观察者。
到这里，我们对RxJava的执行流程做个总结：首先我们调用crate()创建一个观察者，同时创建一个OnSubscribe作为该方法的入参；接着调用subscribe()来订阅我们自己创建的观察者Subscriber。
一旦调用subscribe()方法后就会触发执行OnSubscribe.call()。然后我们就可以在call方法调用观察者subscriber的onNext(),onCompleted(),onError()。
最后我用张图来总结下之前的分析结果：
二、操作符原理分析
之前我们介绍过几十个操作符，要一一分析它们的源码显然不太现实。在这里我抛砖引玉，选取一个相对简单且常用的map操作符来分析。
我们先来看一个map操作符的简单应用：
示例B
Observable.create(new Observable.OnSubscribe<Integer>() { @Override public void call(Subscriber<? super Integer> subscriber) { subscriber.onNext(1); subscriber.onCompleted(); }}).map(new Func1<Integer, String>() { @Override public String call(Integer integer) { return "This is " + integer; }}).subscribe(new Subscriber<String>() { @Override public void onCompleted() { System.out.println("onCompleted!"); } @Override public void onError(Throwable e) { System.out.println(e.getMessage()); } @Override public void onNext(String s) { System.out.println(s); }});为了便于表述，我将上面的代码做了如下拆解：
Observable<Integer> observableA = Observable.create(new Observable.OnSubscribe<Integer>() { @Override public void call(Subscriber<? super Integer> subscriber) { subscriber.onNext(1); subscriber.onCompleted(); }});Subscriber<String> subscriberOne = new Subscriber<String>() { @Override public void onCompleted() { System.out.println("onCompleted!"); } @Override public void onError(Throwable e) { System.out.println(e.getMessage()); } @Override public void onNext(String s) { System.out.println(s); }};Observable<String> observableB = observableA.map(new Func1<Integer, String>() { @Override public String call(Integer integer) { return "This is " + integer;; } });observableB.subscribe(subscriberOne);map()的源码和上一小节介绍的create()一样位于Observable这个类中。
public final <R> Observable<R> map(Func1<? super T, ? extends R> func) { return create(new OnSubscribeMap<T, R>(this, func));}通过查看源码我们发现调用map()的时候实际上是创建了一个新的被观察者Observable，我们姑且称它为ObservableB；一开始通过Observable.create()创建的Observable我们称之为ObservableA。在创建ObservableB的时候同时创建了一个OnSubscribeMap，而ObservableA和变换函数Func1则作为构造OnSubscribeMap的参数。
public final class OnSubscribeMap<T, R> implements OnSubscribe<R> { final Observable<T> source;//ObservableA final Func1<? super T, ? extends R> transformer;//map操作符中的转换函数Func1。T为转换前的数据类型，在上面的例子中为Integer；R为转换后的数据类型，在该例中为String。 public OnSubscribeMap(Observable<T> source, Func1<? super T, ? extends R> transformer) { this.source = source; this.transformer = transformer; } @Override public void call(final Subscriber<? super R> o) {//结合第一小节的分析结果，我们知道这里的入参o其实就是我们自己new的观察者subscriberOne。 MapSubscriber<T, R> parent = new MapSubscriber<T, R>(o, transformer); o.add(parent); source.unsafeSubscribe(parent); } static final class MapSubscriber<T, R> extends Subscriber<T> { final Subscriber<? super R> actual;//这里的actual就是我们在调用subscribe()时创建的观察者mSubscriber final Func1<? super T, ? extends R> mapper;//变换函数 boolean done; public MapSubscriber(Subscriber<? super R> actual, Func1<? super T, ? extends R> mapper) { this.actual = actual; this.mapper = mapper; } @Override public void onNext(T t) { R result; try { result = mapper.call(t); } catch (Throwable ex) { Exceptions.throwIfFatal(ex); unsubscribe(); onError(OnErrorThrowable.addValueAsLastCause(ex, t)); return; } actual.onNext(result); } @Override public void onError(Throwable e) { ... actual.onError(e); } @Override public void onCompleted() { ... actual.onCompleted(); } @Override public void setProducer(Producer p) { actual.setProducer(p); } }}OnSubscribeMap实现了OnSubscribe接口，因此OnSubscribeMap就是一个OnSubscribe。在调用map()的时候创建了一个新的被观察者ObservableB，然后我们用ObservableB.subscribe(subscriberOne)订阅了观察者subscriberOne。结合我们在第一小节的分析结果，所以OnSubscribeMap.call(o)中的o就是subscribe(subscriberOne)中的subscriberOne；一旦调用了ObservableB.subscribe(subscriberOne)就会执行OnSubscribeMap.call()。
在call()方法中，首先通过我们的观察者o和转换函数transformer构造了一个MapSubscriber，最后调用了source也就是observableA的unsafeSubscribe()方法。即observableA订阅了一个观察者MapSubscriber。
public final Subscription unsafeSubscribe(Subscriber<? super T> subscriber) { try { ... RxJavaHooks.onObservableStart(this, onSubscribe).call(subscriber); return RxJavaHooks.onObservableReturn(subscriber); } catch (Throwable e) { ... return Subscriptions.unsubscribed(); }}上面这段代码最终执行了onSubscribe也就是OnSubscribeMap的call()方法，call()方法中的参数就是之前在OnSubscribeMap.call()中new出来的MapSubscriber。最后在call()方法中执行了我们自己的业务代码：
subscriber.onNext(1);subscriber.onCompleted();其实也就是执行了MapSubscriber的onNext()和onCompleted()。
@Overridepublic void onNext(T t) { R result; try { result = mapper.call(t); } catch (Throwable ex) { ... return; } actual.onNext(result);}onNext(T t)方法中的的mapper就是变换函数，actual就是我们在调用subscribe()时创建的观察者subscriberOne。这个T就是我们例子中的Integer，R就是String。在onNext()中首先调用变换函数mapper.call()将T转换成R(在我们的例子中就是将Integer类型的1转换成了String类型的“This is 1”)；接着调用subscriberOne.onNext(String result)。同样在调用MapSubscriber.onCompleted()时会执行subscriberOne.onCompleted()。这样就完成了一直完成的调用流程。
我承认太啰嗦了，花费了这么大的篇幅才将map()的转换原理解释清楚。我也是希望尽量的将每个细节都呈现出来方便大家理解，如果看我啰嗦了这么久还是没能理解，请看下面我画的这张执行流程图。
三、线程调度原理分析
在前面的文章中我介绍过RxJava可以很方便的通过subscribeOn()和observeOn()来指定数据流的每一部分运行在哪个线程。其中subscribeOn()指定了处理Observable的全部的过程(包括发射数据和通知)的线程；observeOn()指定了观察者的onNext(), onError()和onCompleted()执行的线程。接下来我们就分析分析源码，看看线程调度是如何实现的。
在分析源码前我们先看看一段常见的通过RxJava实现的线程调度代码：
示例C
Observable.create(new Observable.OnSubscribe<String>() { @Override public void call(Subscriber<? super String> subscriber) { subscriber.onNext("Hello RxJava!"); subscriber.onCompleted(); }}).subscribeOn(Schedulers.io()).observeOn(AndroidSchedulers.mainThread()).subscribe(new Subscriber<String>() { @Override public void onCompleted() { System.out.println("completed!"); } @Override public void onError(Throwable e) { } @Override public void onNext(String s) { System.out.println(s); }});1. subscribeOn()源码分析
public final Observable<T> subscribeOn(Scheduler scheduler) { ... return create(new OperatorSubscribeOn<T>(this, scheduler));}通过上面的代码我们可以看到，subscribeOn()和map()一样是创建了一个新的被观察者Observable。因此我大致就能猜到subscribeOn()的执行流程应该和map()差不多，OperatorSubscribeOn肯定也是一个OnSubscribe。那我们接下来就看看OperatorSubscribeOn的源码：
public final class OperatorSubscribeOn<T> implements OnSubscribe<T> { final Scheduler scheduler;//线程调度器，用来指定订阅事件发送、处理等所在的线程 final Observable<T> source; public OperatorSubscribeOn(Observable<T> source, Scheduler scheduler) { this.scheduler = scheduler; this.source = source; } @Override public void call(final Subscriber<? super T> subscriber) { final Worker inner = scheduler.createWorker(); subscriber.add(inner); inner.schedule(new Action0() { @Override public void call() { final Thread t = Thread.currentThread(); Subscriber<T> s = new Subscriber<T>(subscriber) { @Override public void onNext(T t) { subscriber.onNext(t); } @Override public void onError(Throwable e) { try { subscriber.onError(e); } finally { inner.unsubscribe(); } } @Override public void onCompleted() { try { subscriber.onCompleted(); } finally { inner.unsubscribe(); } } @Override public void setProducer(final Producer p) { subscriber.setProducer(new Producer() { @Override public void request(final long n) { if (t == Thread.currentThread()) { p.request(n); } else { inner.schedule(new Action0() { @Override public void call() { p.request(n); } }); } } }); } }; source.unsafeSubscribe(s); } }); }}OperatorSubscribeOn实现了OnSubscribe接口，call()中对Subscriber的处理也和OperatorMap对Subscriber的处理类似。首先通过scheduler构建了一个Worker；然后用传进来的subscriber构造了一个新的Subscriber s，并将s丢到Worker.schedule()中来处理；最后用原Observable去订阅观察者s。而这个Worker就是线程调度的关键！前面的例子中我们通过subscribeOn(Schedulers.io())指定了Observable发射处理事件以及通知观察者的一系列操作的执行线程，正是通过这个Schedulers.io()创建了我们前面提到的Worker。所以我们来看看Schedulers.io()的实现。
首先通过Schedulers.io()获得了ioScheduler并返回，上面的OperatorSubscribeOn通过这个的Scheduler的createWorker()方法创建了我们前面提到的Worker。
public static Scheduler io() { return RxJavaHooks.onIOScheduler(getInstance().ioScheduler);}接着我们看看这个ioScheduler是怎么来的，下面的代码向我们展现了是如何在Schedulers的构造函数中通过RxJavaSchedulersHook.createIoScheduler()来初始化ioScheduler的。
private Schedulers() { ... Scheduler io = hook.getIOScheduler(); if (io != null) { ioScheduler = io; } else { ioScheduler = RxJavaSchedulersHook.createIoScheduler(); } ...}最终RxJavaSchedulersHook.createIoScheduler()返回了一个CachedThreadScheduler，并赋值给了ioScheduler。
public static Scheduler createIoScheduler() { return createIoScheduler(new RxThreadFactory("RxIoScheduler-"));}public static Scheduler createIoScheduler(ThreadFactory threadFactory) { ... return new CachedThreadScheduler(threadFactory);}到这一步既然我们知道了ioScheduler就是一个CachedThreadScheduler，那我们就来看看它的createWorker()的实现。
public Worker createWorker() { return new EventLoopWorker(pool.get());}上面的代码向我们赤裸裸的呈现了前面OperatorSubscribeOn中的Worker其实就是EventLoopWorker。我们重点要关注的是他的scheduleActual()。
static final class EventLoopWorker extends Scheduler.Worker implements Action0 { private final CompositeSubscription innerSubscription = new CompositeSubscription(); private final CachedWorkerPool pool; private final ThreadWorker threadWorker; final AtomicBoolean once; EventLoopWorker(CachedWorkerPool pool) { this.pool = pool; this.once = new AtomicBoolean(); this.threadWorker = pool.get(); } ... @Override public Subscription schedule(final Action0 action, long delayTime, TimeUnit unit) { ... ScheduledAction s = threadWorker.scheduleActual(new Action0() { @Override public void call() { if (isUnsubscribed()) { return; } action.call(); } }, delayTime, unit); innerSubscription.add(s); s.addParent(innerSubscription); return s; }}通过对源码的一步步追踪，我们知道了前面OperatorSubscribeOn.call()中的inner.schedule()最终会执行到ThreadWorker的scheduleActual()方法。
public ScheduledAction scheduleActual(final Action0 action, long delayTime, TimeUnit unit) { Action0 decoratedAction = RxJavaHooks.onScheduledAction(action); ScheduledAction run = new ScheduledAction(decoratedAction); Future<?> f; if (delayTime <= 0) { f = executor.submit(run); } else { f = executor.schedule(run, delayTime, unit); } run.add(f); return run;}scheduleActual()中的ScheduledAction实现了Runnable接口，通过线程池executor最终实现了线程切换。上面便是subscribeOn(Schedulers.io())实现线程切换的全部过程。
2. observeOn()源码分析
observeOn()切换线程是通过lift来实现的，相比subscribeOn()在实现原理上相对复杂些。不过本质上最终还是创建了一个新的Observable。
public final Observable<T> observeOn(Scheduler scheduler, boolean delayError, int bufferSize) { ... return lift(new OperatorObserveOn<T>(scheduler, delayError, bufferSize));}public final <R> Observable<R> lift(final Operator<? extends R, ? super T> operator) { return create(new OnSubscribeLift<T, R>(onSubscribe, operator));}OperatorObserveOn作为OnSubscribeLift构造函数的参数用来创建了一个新的OnSubscribeLift对象，接下来我们看看OnSubscribeLift的实现：
public final class OnSubscribeLift<T, R> implements OnSubscribe<R> { final OnSubscribe<T> parent; final Operator<? extends R, ? super T> operator; public OnSubscribeLift(OnSubscribe<T> parent, Operator<? extends R, ? super T> operator) { this.parent = parent; this.operator = operator; } @Override public void call(Subscriber<? super R> o) { try { Subscriber<? super T> st = RxJavaHooks.onObservableLift(operator).call(o); try { st.onStart(); parent.call(st); } catch (Throwable e) { Exceptions.throwIfFatal(e); st.onError(e); } } catch (Throwable e) { Exceptions.throwIfFatal(e); o.onError(e); } }}OnSubscribeLift继承自OnSubscribe，通过前面的分析我们知道一旦调用了subscribe()将观察者与被观察绑定后就会触发被观察者所对应的OnSubscribe的call()方法，所以这里会触发OnSubscribeLift.call()。在call()中调用了OperatorObserveOn.call()并返回了一个新的观察者Subscriber st，接着调用了前一级Observable对应OnSubscriber.call(st)。
我们再看看OperatorObserveOn.call()的实现：
public Subscriber<? super T> call(Subscriber<? super T> child) { ... ObserveOnSubscriber<T> parent = new ObserveOnSubscriber<T>(scheduler, child, delayError, bufferSize); parent.init(); return parent;}OperatorObserveOn.call()中创建了一个ObserveOnSubscriber并调用init()进行了初始化。
static final class ObserveOnSubscriber<T> extends Subscriber<T> implements Action0 { ... @Override public void onNext(final T t) { ... schedule(); } @Override public void onCompleted() { ... schedule(); } @Override public void onError(final Throwable e) { ... schedule(); } protected void schedule() { if (counter.getAndIncrement() == 0) { recursiveScheduler.schedule(this); } } @Override public void call() { long missed = 1L; long currentEmission = emitted; final Queue<Object> q = this.queue; final Subscriber<? super T> localChild = this.child; final NotificationLite<T> localOn = this.on; for (;;) { long requestAmount = requested.get(); while (requestAmount != currentEmission) { boolean done = finished; Object v = q.poll(); boolean empty = v == null; if (checkTerminated(done, empty, localChild, q)) { return; } if (empty) { break; } localChild.onNext(localOn.getValue(v)); currentEmission++; if (currentEmission == limit) { requestAmount = BackpressureUtils.produced(requested, currentEmission); request(currentEmission); currentEmission = 0L; } } if (requestAmount == currentEmission) { if (checkTerminated(finished, q.isEmpty(), localChild, q)) { return; } } emitted = currentEmission; missed = counter.addAndGet(-missed); if (missed == 0L) { break; } } } ...}ObserveOnSubscriber继承自Subscriber，并实现了Action0接口。我们看到ObserveOnSubscriber的onNext()、onCompleted()、onError()都有个schedule()，这个方法就是我们线程调度的关键；通过schedule()将新观察者ObserveOnSubscriber发送给subscriberOne的所有事件都切换到了recursiveScheduler所对应的线程，简单的说就是把subscriberOne的onNext()、onCompleted()、onError()方法丢到了recursiveScheduler对应的线程中来执行。
那么schedule()又是如何做到这一点的呢？他内部调用了recursiveScheduler.schedule(this)，recursiveScheduler其实就是一个Worker，和我们在介绍subscribeOn()时提到的worker一样，执行schedule()实际上最终是创建了一个runable，然后把这个runnable丢到了特定的线程池中去执行。在runnable的run()方法中调用了ObserveOnSubscriber.call()，看上面的代码大家就会发现在call()方法中最终调用了subscriberOne的onNext()、onCompleted()、onError()方法。这便是它实现线程切换的原理。
好了，我们最后再看看示例C对应的执行流程图，帮助大家加深理解。
总结
这一章以执行流程、操作符实现以及线程调度三个方面为切入点剖析了RxJava源码。下一章将站在更宏观的角度来分析整个RxJava的框架结构、设计思想等等。敬请期待~~ :)
如果大家喜欢这一系列的文章，欢迎关注我的知乎专栏和GitHub。
知乎专栏：https://zhuanlan.zhihu.com/baron
GitHub：https://github.com/BaronZ88