本文首發於 Ficow Shen's Blog，原文地址： Combine 框架，從0到1 —— 1.核心概念。
內容概覽
- 前言
- 核心概念
- RxSwift
- Combine
- 總結
- 參考內容
前言
未來已來，只是尚未流行！
響應式程式設計 這個名詞已經久負盛名，但是在實際專案中採用了響應式程式設計的公司其實不多。如果您有 iOS 開發經歷，那麼您多半聽說過 RxSwift，而 Rx 源自微軟。提到Rx，往往也會提到源自微軟的 MVVM模式。不過，本文不會講解 MVVM。
由於 Combine 借鑑了 Rx 的思想，二者具有基本相同的特性，所以本文會同時討論這兩個大框架。
而且，如果有必要的話，我們可以通過學習開源的 RxSwift 原始碼來了解 Combine 的工作原理。您甚至可以這麼簡單粗暴的認為：Combine 就是蘋果官方的 RxSwift。?
核心概念
簡而言之，Combine 和 Rx 都基於 觀察者模式，當一個物件的狀態發生改變時，所有依賴於它的物件都得到通知並被自動更新。
只不過，這些框架對這個模式進行了一點擴充，在被觀察者與觀察者之間引入了可選的轉換操作(操作符：Operators)。
採用響應式程式設計框架的優勢與劣勢：
優勢：
- 同時支援
一對一、一對多觀察操作，比代理、通知中心易用； - 常用的操作符可以極大地提高開發效率，如：
map,flatMap,filter,reduce,throttle等； - 程式碼更加優雅、程式碼量更少；
- 搭配 MVVM 模式，可以寫出更容易測試的 ViewModel；
劣勢：
- 學習成本略高；
- 除錯的難度會提高，有時候甚至需要去閱讀框架的原始碼；
- 傳統的MVC模式無法發揮響應式程式設計框架的最大威力，需要為專案配備合適的架構模式，比如 MVVM；
RxSwift
在講解 Combine 之前，我想介紹一下 Rx 寶石圖，這個圖可以幫助我們更好地理解某個常用操作符的意圖。
下圖就是一張Rx寶石圖，箭頭線代表一個序列(sequence)，中間的方塊代表操作符(operator)。序列中的豎線代表結束，X代表錯誤。一個序列中可以發射無限個元素，當序列發射完成或者錯誤元素後，序列就不會再繼續發射任何元素。
如果所示，上方的序列(方塊上方的箭頭線)中有各種形狀的元素，經過中間的 flip 操作(方塊)轉換之後，下方的序列接收到了某些元素轉換後的結果。而中間的淡藍色元素在 flip 過程中發生了錯誤，導致了下方的序列接收到的是一個錯誤而不是正常的元素。由此，接收序列停止接收。
如果您感興趣的話，可以參考我的 這篇文章 來學習 RxSwift 以及 RxCocoa。
Combine
在 Combine 中，被觀察者是 Publisher(釋出者) 是一個協議型別。
@available(OSX 10.15, iOS 13.0, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
public protocol Publisher {
/// 這個釋出者釋出的值的型別
associatedtype Output
/// 這個釋出者可能釋出的錯誤的型別
///
/// 如果這個釋出者不釋出錯誤，就用 `Never`
associatedtype Failure : Error
/// 在呼叫 `subscribe(_:)` 方法時，這個方法會被觸發，並連線指定的 `Subscriber 到這個釋出者
///
/// - SeeAlso: `subscribe(_:)`
/// - Parameters:
/// - subscriber: 被連線到這個釋出者上的訂閱者。連線後，訂閱者就可以開始接收值
func receive<S>(subscriber: S) where S : Subscriber, Self.Failure == S.Failure, Self.Output == S.Input
}
同樣， 觀察者 Subscriber(訂閱者) 也是協議型別。
@available(OSX 10.15, iOS 13.0, tvOS 13.0, watchOS 6.0, *)
public protocol Subscriber : CustomCombineIdentifierConvertible {
/// 這個訂閱者要接收的值的型別
associatedtype Input
/// 這個訂閱者可能接收到的錯誤的型別
///
/// 如果這個訂閱者不會接收到錯誤，使用 `Never`
associatedtype Failure : Error
/// 告知訂閱者成功訂閱了釋出者，並且可以獲取釋出項
///
/// 使用收到的 `Subscription` 來向釋出者請求內容
/// - Parameter subscription: 訂閱，代表釋出者和訂閱者之間的連線
func receive(subscription: Subscription)
/// 告知訂閱者，釋出者已經發布了一個元素
///
/// - Parameter input: 釋出了的元素
/// - Returns: 命令，指明訂閱者還期望接收多少元素
func receive(_ input: Self.Input) -> Subscribers.Demand
/// 告知訂閱者，釋出者已經結束了釋出，可能是正常結束，也可能是因為發生了錯誤
///
/// - Parameter completion: 完成，指明發布結束是正常結束還是由於錯誤而結束
func receive(completion: Subscribers.Completion<Self.Failure>)
}
現在，讓我們使用 Combine 來寫一個發起網路請求的示例：
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
// 釋出結束的時候會被呼叫一次
switch completion {
case .failure(let error):
print(error)
case .finished:
print("success")
}
}, receiveValue: { value in
// 每次接收到釋出者傳送的值都會被呼叫一次
// 因為發起的是網路請求，所以這裡只會被呼叫一次
print(value.data)
print(value.response)
})
}
}
dataTaskPublisher 是系統提供的方法，它會返回一個釋出者（Publisher）。然後我們可以對這個 publisher 呼叫 sink（此處應翻譯為：接收）方法，以此建立一個基於閉包的訂閱者（Subscriber）。
sink 方法也有一個返回值，型別為 AnyCancellable，我們可以用這個值來取消訂閱。當這個值在記憶體中被銷燬時，訂閱也會被自動取消。所以，如果我們不希望這個訂閱在 makeRequest() 方法執行結束時停止，就要在例項中強引用這個 cancellable。
如果你想提前結束訂閱，可以對這個 cancellable 呼叫 cancel 方法：
cancellable?.cancel()
此時，我們還沒有用到操作符。現在，對上面的示例稍作調整：
cancellable = dataTaskPublisher
.delay(for: .seconds(2), scheduler: DispatchQueue.global()) // 在後臺執行緒中去延時執行
.receive(on: RunLoop.main) // 在主執行緒上接收發布的內容
.sink(receiveCompletion: { completion in
如果使用傳統的GCD，這裡的程式碼就會變成兩個閉包：
DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: .now() + 2) {
// 發起網路請求操作
dataTask() { (response) in
DispatchQueue.main.async {
// 切換到主執行緒
}
}
}
可以看到，使用 Combine 之後，程式碼變得簡潔優雅，非常清晰易懂！不過，如果只是這樣，也許還不夠過癮。
接下來，我們研究一下官方提供的一個基於 AppKit 的示例，我稍微做了一些處理以適應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 方法中的程式碼完成了很多工：
- 通過通知中心來訂閱輸入框
filterField的textDidChangeNotification通知； - 通過
map將接收到的內容轉換為輸入框中的文字； - 通過
filter來過濾掉無效的文字內容，阻止內容繼續沿著訂閱鏈往後傳遞； - 通過
debounce(for:scheduler:)來控制內容往後傳遞的頻率（收到內容之後的500毫秒後執行後續操作，如果在這個時間段內收到了新內容，則重新計時500毫秒再執行後續操作）； - 通過
receive(on:)來指定執行後續操作的排程器（執行緒）； - 通過
assign(to:on:)來使用 keypath 為指定的物件賦值（每次收到內容就會執行一次）；
如果不使用 Combine，上面這一系列的任務可能需要寫非常多的程式碼才能完成。而且程式碼的組織結構將會變得很龐大，你可能需要寫很多方法來封裝這些操作。
如果您想學習非常詳細的用法，可以參考這個網頁的內容：Using Combine。
總結
學習 Combine 有一定的成本，但是這是非常值得的，因為它可以幫助你：
- 改善程式碼質量、減小程式碼量、提升工作效率；
- 更好地學習 SwiftUI，畢竟 SwiftUI 中需要大量使用 Combine 的特性；
- 更好地應用 MVVM 模式，這是蘋果的目標，當然也是我們的目標；
- 寫出更容易測試的程式碼（聚焦於輸入與輸出）；
參考內容
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