RxSwift 冷热信号深度解析：从概念到实践

在 RxSwift 的世界中，理解冷信号（Cold Observable）和热信号（Hot Observable）的区别是掌握响应式编程的关键一步。这两种信号类型在数据发射机制、订阅行为和应用场景上都有着本质的区别。本文将深入探讨这些概念，并通过实际代码示例帮助你彻底理解它们。

什么是冷信号和热信号？

冷信号（Cold Observable）

冷信号就像是一个"按需播放"的视频流。每当有新的订阅者（Observer）订阅时，冷信号会从头开始发射完整的数据序列。就像每个观众都会看到完整的电影一样，每个订阅者都会收到完整的数据流。

冷信号的特点：

  • 惰性执行：只有在被订阅时才开始发射数据
  • 独立执行：每个订阅者都有自己独立的数据流
  • 完整数据：每个订阅者都能收到完整的数据序列
  • 单播性质：一对一的关系

热信号（Hot Observable）

热信号更像是一个"正在直播"的电视节目。无论有多少观众在观看，节目都在持续播出。新加入的观众只能看到从他们开始观看那一刻起的内容，错过的部分无法重新获得。

热信号的特点：

  • 立即执行：无论是否有订阅者，都会发射数据
  • 共享执行：所有订阅者共享同一个数据流
  • 实时数据：订阅者只能收到订阅后的数据
  • 多播性质：一对多的关系

代码示例对比

冷信号示例

import RxSwift

// 创建一个冷信号
let coldObservable = Observable<Int>.create { observer in
    print("冷信号开始发射数据")
    observer.onNext(1)
    observer.onNext(2)
    observer.onNext(3)
    observer.onCompleted()
    return Disposables.create()
}

print("=== 冷信号示例 ===")
print("第一个订阅者订阅")
let subscription1 = coldObservable.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者1收到: \(value)")
})

// 延迟一段时间后，第二个订阅者订阅
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 1) {
    print("第二个订阅者订阅")
    let subscription2 = coldObservable.subscribe(onNext: { value in
        print("订阅者2收到: \(value)")
    })
}

输出结果：

=== 冷信号示例 ===
第一个订阅者订阅
冷信号开始发射数据
订阅者1收到: 1
订阅者1收到: 2
订阅者1收到: 3
第二个订阅者订阅
冷信号开始发射数据
订阅者2收到: 1
订阅者2收到: 2
订阅者2收到: 3

热信号示例

import RxSwift

// 创建一个热信号（使用 PublishSubject）
let hotSubject = PublishSubject<Int>()

print("=== 热信号示例 ===")
print("开始发射数据（此时没有订阅者）")
hotSubject.onNext(1)
hotSubject.onNext(2)

print("第一个订阅者订阅")
let subscription1 = hotSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者1收到: \(value)")
})

hotSubject.onNext(3)
hotSubject.onNext(4)

print("第二个订阅者订阅")
let subscription2 = hotSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者2收到: \(value)")
})

hotSubject.onNext(5)
hotSubject.onNext(6)

输出结果：

=== 热信号示例 ===
开始发射数据（此时没有订阅者）
第一个订阅者订阅
订阅者1收到: 3
订阅者1收到: 4
第二个订阅者订阅
订阅者1收到: 5
订阅者2收到: 5
订阅者1收到: 6
订阅者2收到: 6

冷信号转热信号的方法

1. 使用 share() 操作符

let coldObservable = Observable<Int>.interval(.seconds(1), scheduler: MainScheduler.instance)
    .take(5)

// 转换为热信号
let hotObservable = coldObservable.share()

print("订阅者1开始订阅")
let subscription1 = hotObservable.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者1: \(value)")
})

// 2秒后第二个订阅者加入
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 2) {
    print("订阅者2开始订阅")
    let subscription2 = hotObservable.subscribe(onNext: { value in
        print("订阅者2: \(value)")
    })
}

2. 使用 publish() 和 connect()

let coldObservable = Observable<Int>.interval(.seconds(1), scheduler: MainScheduler.instance)
    .take(5)

// 使用 publish() 创建 ConnectableObservable
let connectableObservable = coldObservable.publish()

print("订阅者1开始订阅")
let subscription1 = connectableObservable.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者1: \(value)")
})

print("订阅者2开始订阅")
let subscription2 = connectableObservable.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者2: \(value)")
})

// 调用 connect() 开始发射数据
print("开始连接和发射数据")
let connection = connectableObservable.connect()

3. 使用 replay() 操作符

// replay(1) 会缓存最近的1个值给新订阅者
let replayObservable = Observable<Int>.interval(.seconds(1), scheduler: MainScheduler.instance)
    .take(5)
    .replay(1)

let connection = replayObservable.connect()

// 延迟订阅，但仍能收到缓存的值
DispatchQueue.main.asyncAfter(deadline: .now() + 3) {
    let subscription = replayObservable.subscribe(onNext: { value in
        print("延迟订阅者收到: \(value)")
    })
}

实际应用场景

冷信号适用场景

  1. 网络请求
func fetchUserData(userId: Int) -> Observable<User> {
    return Observable.create { observer in
        // 每次订阅都会发起新的网络请求
        NetworkManager.shared.getUserData(userId: userId) { result in
            switch result {
            case .success(let user):
                observer.onNext(user)
                observer.onCompleted()
            case .failure(let error):
                observer.onError(error)
            }
        }
        return Disposables.create()
    }
}
  1. 数据库查询
func getUsersFromDatabase() -> Observable<[User]> {
    return Observable.create { observer in
        // 每次订阅都会执行新的数据库查询
        let users = DatabaseManager.shared.fetchUsers()
        observer.onNext(users)
        observer.onCompleted()
        return Disposables.create()
    }
}

热信号适用场景

  1. 用户输入事件
// UITextField 的文本变化
textField.rx.text.orEmpty
    .distinctUntilChanged()
    .debounce(.milliseconds(300), scheduler: MainScheduler.instance)
    .subscribe(onNext: { text in
        print("用户输入: \(text)")
    })
  1. 位置更新
// 位置管理器的位置更新
let locationSubject = PublishSubject<CLLocation>()

// 在 CLLocationManagerDelegate 中
func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didUpdateLocations locations: [CLLocation]) {
    if let location = locations.last {
        locationSubject.onNext(location)
    }
}
  1. 通知中心
// 系统通知
NotificationCenter.default.rx
    .notification(UIApplication.willEnterForegroundNotification)
    .subscribe(onNext: { _ in
        print("应用进入前台")
    })

深入理解：Subject 家族详解

在 RxSwift 中，Subject 是热信号的重要实现方式。让我们深入了解不同类型的 Subject 及其特点。

PublishSubject

PublishSubject 是最基本的热信号，只向订阅者发送订阅后的新事件。

let publishSubject = PublishSubject<String>()

// 发送事件（此时没有订阅者，事件会丢失）
publishSubject.onNext("事件1")
publishSubject.onNext("事件2")

print("订阅者A开始订阅")
let subscriptionA = publishSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者A: \(value)")
})

publishSubject.onNext("事件3")
publishSubject.onNext("事件4")

print("订阅者B开始订阅")
let subscriptionB = publishSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者B: \(value)")
})

publishSubject.onNext("事件5")
publishSubject.onCompleted()

输出结果：

订阅者A开始订阅
订阅者A: 事件3
订阅者A: 事件4
订阅者B开始订阅
订阅者A: 事件5
订阅者B: 事件5

BehaviorSubject

BehaviorSubject 会保存最近的一个值，新订阅者会立即收到这个值。

// 创建时需要提供初始值
let behaviorSubject = BehaviorSubject<String>(value: "初始值")

print("订阅者A开始订阅")
let subscriptionA = behaviorSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者A: \(value)")
})

behaviorSubject.onNext("事件1")
behaviorSubject.onNext("事件2")

print("订阅者B开始订阅")
let subscriptionB = behaviorSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者B: \(value)")
})

behaviorSubject.onNext("事件3")

// 获取当前值
if let currentValue = try? behaviorSubject.value() {
    print("当前值: \(currentValue)")
}

输出结果：

订阅者A开始订阅
订阅者A: 初始值
订阅者A: 事件1
订阅者A: 事件2
订阅者B开始订阅
订阅者B: 事件2
订阅者A: 事件3
订阅者B: 事件3
当前值: 事件3

ReplaySubject

ReplaySubject 会缓存指定数量的历史事件，新订阅者会收到这些缓存的事件。

// 创建缓存最近3个事件的 ReplaySubject
let replaySubject = ReplaySubject<String>.create(bufferSize: 3)

replaySubject.onNext("事件1")
replaySubject.onNext("事件2")
replaySubject.onNext("事件3")
replaySubject.onNext("事件4")

print("订阅者A开始订阅")
let subscriptionA = replaySubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者A: \(value)")
})

replaySubject.onNext("事件5")

print("订阅者B开始订阅")
let subscriptionB = replaySubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者B: \(value)")
})

输出结果：

订阅者A开始订阅
订阅者A: 事件2
订阅者A: 事件3
订阅者A: 事件4
订阅者A: 事件5
订阅者B开始订阅
订阅者B: 事件3
订阅者B: 事件4
订阅者B: 事件5

AsyncSubject

AsyncSubject 只有在完成时才会发送最后一个值给所有订阅者。

let asyncSubject = AsyncSubject<String>()

let subscriptionA = asyncSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者A: \(value)")
}, onCompleted: {
    print("订阅者A: 完成")
})

asyncSubject.onNext("事件1")
asyncSubject.onNext("事件2")

let subscriptionB = asyncSubject.subscribe(onNext: { value in
    print("订阅者B: \(value)")
}, onCompleted: {
    print("订阅者B: 完成")
})

asyncSubject.onNext("事件3")
asyncSubject.onCompleted() // 只有调用这个，订阅者才会收到最后一个值

输出结果：

订阅者A: 事件3
订阅者A: 完成
订阅者B: 事件3
订阅者B: 完成

性能考虑和最佳实践

冷信号注意事项

  1. 避免重复计算：如果多个订阅者订阅同一个计算密集型的冷信号，会导致重复计算
  2. 资源管理：每个订阅都会创建新的资源，需要注意内存和网络资源的使用

热信号注意事项

  1. 内存泄漏：热信号即使没有订阅者也会继续运行，可能导致内存泄漏
  2. 数据丢失：新订阅者无法获得历史数据
  3. 生命周期管理：需要合适的时机停止热信号

最佳实践

  1. 根据场景选择：

    • 需要完整数据序列时使用冷信号
    • 需要实时事件流时使用热信号

  2. 合理使用转换操作符：

    • 使用 share() 避免重复执行
    • 使用 replay() 为新订阅者提供历史数据

  3. 资源管理：

    • 及时销毁不需要的订阅
    • 使用 DisposeBag 统一管理订阅生命周期

总结

概念 冷信号（Cold Observable） 热信号（Hot Observable / Subject / Relay）
启动时机 有订阅时才执行（懒执行） 启动后持续发射事件，和订阅无关
订阅行为 每次订阅重新开始副作用 所有订阅共享一个事件源
是否共享副作用 否（默认不共享） 是（事件是实时广播，或手动用 .share() 转换）
示例 .just(), .from(), .create(), .timer() PublishSubject, BehaviorSubject, .share(), Relay
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