RXJS 的错误处理和重试机制

错误处理机制是每个编程语言中必不可少的机制，通常使用 try...catch 来进行异常的捕获和处理。在 RXJS 中，有一套独有的方式进行错误处理，本文就对 RXJS 的错误处理和重试机制进行介绍。

错误处理

当数据流中的某个 Observable 发生异常时，需要进行异常捕获和处理，在 RXJS 中，有两种方式进行处理：

  • 使用 subscribe 函数的第二个参数
  • 使用 catch 操作符

使用 subscribe 函数的第二个参数

在使用 subscribe 函数连接 Observable 和 Observer 时，可以接收三个回调函数作为参数：

  • 当上游的 Observable 吐出数据时的回调函数
  • 当上游的 Observable 发生异常时的回调函数
  • 当上游的 Observable 终结（complete）时的回调函数

这里，需要用到 subscribe 的第二个参数。下面是一个简单的例子：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { map } from "rxjs/operators";
const source$ = of(1,2,3);
source$.pipe(
    map(v => {
        if(v % 2 === 0){
            throw new Error("Bad Number")
        }
        return v;
    })
).subscribe(console.log,(err) => {
    console.log(err.message)
})

运行结果：

1
Bad Number

上例中，通过 subscribe 捕获了数据流中异常，如果不想捕获异常，可以将该参数设置为 null。

使用 catch 操作符

另一种捕获异常方式，可以使用 RXJS 提供的 catch 操作符：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { map, catchError } from "rxjs/operators";
const source$ = of(1,2,3);
source$.pipe(
    map(v => {
        if(v % 2 === 0){
            throw new Error("Bad Number")
        }
        return v;
    }),
    catchError((err) => {
        console.log(err.message)
        return of(-1)
    })
).subscribe(console.log)

运行结果：

1
Bad Number
-1

本例中，我们使用 catchError 操作符而不是 catch 操作符在管道中进行错误捕获，这是由我们的导包方式决定的。由于 catch 和 JavaScript 中的关键字 catch 冲突，于是 RXJS 提供了一个 catchError 别名来进行错误处理。使用 catchError 操作符时，其接收一个函数作为参数，该函数必须返回一个 Observable 对象，该 Observable 对象中的数据将会在发生异常时传递给下游，上面的例子中，我们只向下游传递了一个数字 -1，实际上如果你需要的话，还可以向下游传递任意数量的数据，具体的代码看下面的第三个例子。
同时，catchError 的参数函数，还可以使用第二个参数，其代表上游的 Observable 对象，当直接返回这个对象时，会启动 catchError 的重试机制。这里我们对代码再进行一些修改：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { map, catchError } from "rxjs/operators";
let flag:number = 0;
const source$ = of(1,2,3);
source$.pipe(
    map(v => {
        if(v % 2 === 0 && flag < 3){
            throw new Error("Bad Number")
        }
        return v;
    }),
    catchError((err,caught$) => {
        flag++;
        console.log(`第${flag}次重试:${err.message}`)
        return caught$;
    })
).subscribe(console.log)

运行结果：

1
第1次重试:Bad Number
1
第2次重试:Bad Number
1
第3次重试:Bad Number
1
2
3

传递给 catchError 的参数函数，如果将第二个参数 caught$ 直接返回，将会启动重试机制。本例中，为了防止 catchError 进行无限次重试，我设置了一个标志变量 flag，当 flag 累加为 3 时，map 操作符中就不再抛出错误，数据流状态变为正常。
注：采用下面的方式导包，就可以直接使用 catch 操作符，而无需使用 catchError：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/catch"
const source$ = of(1,2,3);
source$.map(v => {
    if(v % 2 === 0){
        throw new Error("Bad Number")
    }
    return v;
}).catch((err) => {
    console.log(err.message)
    return of(-1)
}).subscribe(console.log)

下面是一个捕获异常时，向下游传递任意数量数据的例子：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { interval } from "rxjs/observable/interval";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/take"
const source$ = of(1,2,3);
source$.map(v => {
    if(v % 2 === 0){
        throw new Error("Bad Number")
    }
    return v;
}).catch((err) => {
    console.log(err.message)
    return interval(500).take(3)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
Bad Number
0
1
2

重试机制

上面的例子介绍了 RXJS 的错误处理机制，同时在使用 catch 操作符的时候，还可以启用重试机制，这是个非常优秀的特性。事实上，在 RXJS 中，针对重试操作还提供了两个专门的操作符 retry 和 retryWhen。

retry 操作符

retry 操作符接受一个 number 类型的参数，表示重试的次数，当上游的 Observable 发生异常后，使用 retry 操作符会立即进行重试，在有限的重试次数内如果异常仍未被处理，将会向下游抛出异常。
下面是一个例子：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/retry"

const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2){
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})
error$.retry(3).catch((e) => {
    console.log(e.message)
    return of(-1)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
BAD NUMBER
-1

如上，当上游的 Observable 发生异常时，使用 retry 后会立即进行重试，直到超出重试次数，再向下游抛出异常。

retry 操作符的缺陷

使用 retry 操作符来进行异常后的重试非常方便，但也有一些缺点。最明显的缺点莫过于使用 retry 操作符会在发生异常后立马重试。我们在请求后端接口的时候，当服务器发生错误时，如果能进行几次重试操作，用户体验将会大大增强，但是服务器发生错误后不大可能立马恢复工作。在使用 retry 操作符时，会在上游发生异常后立马进行重试，这时服务器可能还没有恢复过来呢，因此最好在某个时间段（比如 200 毫秒）之后再进行重试操作。
要在某个时间段之后进行重试操作，retry 操作符就无能为力了，此时需要使用 RXJS 提供的另一个重试操作符 retryWhen。

retryWhen 操作符

retryWhen 操作符接收一个函数作为参数（也叫做 notifer），该函数返回一个 Observable 对象，下次重试，将在该 Observable 对象吐出值后进行。此外，该参数函数还有一个参数，这个参数是一个包含了错误信息的 Observable，在需要限制重试次数时，该对象十分有用。
下面是一个例子：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { interval } from "rxjs/observable/interval";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"

const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2){
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})
error$.retryWhen(() => {
    return interval(1000)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
1
...

在上游发生异常后，在 retryWhen 操作符中，每过一秒钟都会进行重试，控制台会持续的输出 1。
当上游的异常恢复后，retryWhen 将不会重新订阅：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { interval } from "rxjs/observable/interval";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"

let flag:number = 0;
const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2 && flag < 3){
        flag++;
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})
error$.retryWhen(() => {
    return interval(1000)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
2
3

上例中，在重试了 3 次后，标志变量 flag 变为 3，此时上游的异常恢复，停止重试。

使用 retryWhen 实现 retry

前面说到，retryWhen 的参数函数可以接受一个参数，该参数是一个 Observable 对象，其中保存了上游错误信息，每次上游发生异常后，这个 Observable 对象就会吐出一条数据，因此我们可以直接使用这个 Observable 对象来实现重试：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"

let flag:number = 0;
const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2 && flag < 3){
        flag++;
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})
error$.retryWhen((err$) => {
    return err$
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
2
3

上面的代码实现中，当上游发生异常后就会立即重试，直到上游异常恢复，这一点很像前面介绍的 retry 操作符。但相比于前面的 retry 操作符，还有一点缺陷：无法像 retry 操作符一样，指定重试的次数，具体重试多少次依赖于上游的异常什么时候恢复，如果上游的异常一直不恢复，就会一直重试。从这一点来看，上面的代码，更像最开始提到的 catch 操作符的功能。
要使用 retryWhen 实现 retry，需要满足两个条件：

  • 重试指定的次数
  • 当超过重试次数后，向下游抛出一个异常

下面就来实现一个 myRetry 操作符，用来模拟 retry：

import { Observable } from "rxjs/Observable";
import "rxjs/add/operator/retryWhen"；

Observable.prototype.myRetry = function (count){
    return this.retryWhen((err$) => {
        return err$.scan((errCount,err) => {
            if(errCount >= count){
                throw new Error(err)
            }
            return errCount + 1
        },0)
    })
}

上面的代码中，我们定义了一个 myRetry 操作符，并将其扩展到 Observable.prototype 上。下面对代码进行一些说明：
该操作符返回一个新的 Observable，该 Observable 对象使用上游的 Observable 对象调用 retryWhen 操作符的返回值。在这种情况下，下面两段代码是等价的：

source$.retryWhen(err$ => err$)

source$.myRetry()

在 retryWhen 操作符的内部，直接返回了 retryWhen 参数函数的 err$ 参数对象，前面说到，如果在 retryWhen 直接返回直接该对象，将会在上游发生异常后立马进行重试，这是我们向 retry 靠近的第一步。
同时，对 err$ 对象使用 scan 操作符进行规约，统计了上游发生异常的次数，该次数也就是重试操作的次数，因为上游每发生一次异常，就会进行一次重试。当重试次数大于传入的最大重试次数 count 时，就手动向下游抛出一个异常，异常的内容也就是 scan 操作符的第二个参数：异常对象。
注：关于 scan 操作符这里不进行过多的介绍，更多的内容请查看文档或相关的书籍。
现在来验证下我们自定义的 myRetry 操作符，看是否工作正常：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { Observable } from "rxjs/Observable";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"
import "rxjs/add/operator/scan"
import "rxjs/add/operator/catch"

Observable.prototype.myRetry = function (count){
    return this.retryWhen((err$) => {
        return err$.scan((errCount,err) => {
            if(errCount >= count){
                throw new Error(err)
            }
            return errCount + 1
        },0)
    })
}

const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2){
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})

error$.myRetry(3).catch((err) => {
    console.log("ERROR:",err.message)
    return of(-1)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
ERROR: Error: BAD NUMBER
-1

如上，通过自定义操作符，结合 retryWhen 操作符，模拟实现了 retry。

自定义实现 retry 的意义

使用 retryWhen 自定义实现 retry 操作符的意义在于，通过这个过程，我们理解了使用 retryWhen 控制重试次数的方式：

  • 在有限的重复次数内，进行重试
  • 超出重试次数，向下游抛出异常

再结合 retryWhen 提供了延迟重试功能，我们可以定义这样一个操作符，进行有限次的延迟重试。
这就需要对 myRetry 操作符的定义进行一些修改：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { Observable } from "rxjs/Observable";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"
import "rxjs/add/operator/scan"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/delay"

Observable.prototype.myRetry = function (count,delayTime){
    return this.retryWhen((err$) => {
        return err$.scan((errCount,err) => {
            if(errCount >= count){
                throw new Error(err)
            }
            return errCount + 1
        },0).delay(delayTime)
    })
}

const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2){
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})

error$.myRetry(3,1000).catch((err) => {
    console.log("ERROR:",err.message)
    return of(-1)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
ERROR: Error: BAD NUMBER
-1

上面的示例代码，在上游 Observable 发生异常后，会每隔 1000ms 重试一次，三次后若上游的 Observable 异常仍未恢复，就向下游抛出错误。
通过对 myRetry 操作符进行修改：接收一个延迟时间参数，在 retryWhen 的参数函数中返回带有错误信息的 Observable 对象时，使用了 delay 操作符，在该操作符的作用下，会在某个时间段之后再向下游吐出数据，这样就实现了一个有限次并且具备延时重试功能的操作符。如果想让重试立即进行，不需要延迟，只需将 myRetry 操作符的第二个参数传为 0 即可。

递增延时重试

在上面的代码中，每次重试间隔的时间段都是一样的。如果我们想要这样的功能：第一次重试在 200ms 后进行，第二次重试在 400ms 后进行，第三次重试在 600ms 后进行...这样的功能，在某种程度上具有更好的用户体验，倘若服务器出现了错误，我们每次重试最好在前一次重试的基础上增加一些时间，以减轻对服务器的压力（毕竟服务器已经挂了，鸭梨山大呀，还是悠着点吧）。
要实现递增延时重试，使用 delay 操作符就不行了，就好比实现延时重试，就不能再使用 retry 操作符而是使用 retryWhen 操作符，在使用递增延时重试时，就需要使用 delayWhen 操作符。
我们重新定义一个用来实现递增延时重试的方法 myRetryAutoIncrease，下面是代码实现：

Observable.prototype.myRetryAutoIncrease = function (count,initialDelayTime){
    return this.retryWhen((err$) => {
        return err$.scan((errCount,err) => {
            if(errCount >= count){
                throw new Error(err)
            }
            return errCount + 1
        },0).delayWhen(errCount => {
            return timer(initialDelayTime * errCount)
        })
    })
}

myRetryAutoIncrease 操作符接受两个参数：

  • 重试的最大次数
  • 初始延迟时间

下面是这个操作符的使用示例：

import { of } from "rxjs/observable/of";
import { timer } from "rxjs/observable/timer";
import { Observable } from "rxjs/Observable";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"
import "rxjs/add/operator/scan"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/delayWhen"

Observable.prototype.myRetryAutoIncrease = function (count,initialDelayTime){
    return this.retryWhen((err$) => {
        return err$.scan((errCount,err) => {
            if(errCount >= count){
                throw new Error(err)
            }
            return errCount + 1
        },0).delayWhen(errCount => {
            return timer(initialDelayTime * errCount)
        })
    })
}


const source$ = of(1,2,3)
const error$ = source$.map(v => {
    if(v === 2){
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})

error$.myRetryAutoIncrease(3,1000).catch((err) => {
    console.log("ERROR:",err.message)
    return of(-1)
}).subscribe(console.log)

运行结果：

1
1
1
1
ERROR: Error: BAD NUMBER
-1

重试机制的本质

重试机制的本质，就是在上游的 Observable 发生异常后，对上游的 Observable 对象进行取消订阅和重新订阅操作，直到上游的 Observable 异常恢复为止。
下面是一个实例验证：

import { Observable } from "rxjs/Observable";
import "rxjs/add/operator/map"
import "rxjs/add/operator/retryWhen"
import "rxjs/add/operator/catch"
import "rxjs/add/operator/delay"

let index:number = 0;
const source$ = Observable.create((observer) => {
    console.log("开始订阅拉~")
    const timer = setInterval(() => {
        observer.next(index++)
    },500)
    return {
        unsubscribe(){
            clearInterval(timer)
            console.log("取消订阅拉~")
        }
    }
})

const error$ = source$.map(v => {
    if(v % 2 === 0){
        throw new Error("BAD NUMBER")
    }
    return v;
})

error$.retryWhen((err$) => err$.delay(1000)).subscribe(console.log)

运行结果：

开始订阅拉~
取消订阅拉~
开始订阅拉~
1
取消订阅拉~
开始订阅拉~
3
取消订阅拉~
开始订阅拉~
5
取消订阅拉~
...

当上游的 Observable 发生异常后，会立马对上游的 Observable 进行退订，在一段时间后进行重新订阅，直到上游的 Observable 不再产生异常为止。

总结

本文主要总结了 RXJS 中的错误处理机制，重试机制以及重试机制的本质。在重试机制中，主要介绍了 retry 和 retryWhen 两个操作符，以及基于 retryWhen 操作符对重试操作进行自定义，这部分内容很重要，需要进行掌握。

完。

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