Apple 官方异步编程框架：Swift Combine 简介

WWDC 2019 Session 722 - Introducing Combine

引言

在现代 GUI 编程中，开发者会处理大量事件（包括网络，屏幕输入，系统通知等），根据事件去让界面变化。而对异步事件的处理，会让代码和状态变得复杂。而现有的 Cocoa 框架中，异步编程的接口主要有以下这几种：

Target/Action
NotificationCenter
KVO
Callbacks

而在实际情况中，由于不同的第三方库，系统框架，业务代码可能采用不一样的方式处理异步事件，会导致对事件的处理分散且存在差异。苹果为了帮助开发者简化异步编程，发布了 Swift 的异步编程框架 - Combine。

What is Combine

“A unified, declarative API for processing values over time”

统一、声明式、为处理变化的值而生的 API。

Combine 作用是将异步事件通过组合 事件处理操作符 进行自定义处理。

关注如何处理变化的值，正是响应式编程所考虑的。也可以说，Combine 是一个苹果官方的 Swift 响应式 框架。

响应式编程（Reactive Programming）：面向异步数据流的编程思想。业界比较知名的响应式框架是 ReactiveX 系列。Rx 也有 Swift 版本的 RxSwift。

Combine 特性

由于 Combine 是一个 Swift 编写的框架，所以 Combine 可以受益于 Swift 的一些语言特性。

泛型支持

Combine 享受 Swift 泛型带来的便利性。泛型可以帮助开发者提取更多模板代码，这也意味着我们可以让异步操作的代码支持泛型，然后适配到各个种类的异步操作中。

类型安全

同样受惠于 Swift，可以让编译器和 Runtime 帮助我们检查类型安全问题。

组合优先

Combine 的主要设计理念，使用组合。组合的优点是可以将核心设计得简单又便于理解，但当放在一起使用时，能产生 1 + 1 > 2 的效果。

请求驱动

请求驱动(Request Driven)：基于请求和响应的设计思想，消费者向生产者请求某个事务的变化，当变化时生产者给消费者对应的响应。

事件驱动(Event Driven)：基于事件通知的设计思想。在事务发生变化时，生产者将通知提交给事件管道进行分发，而不关心谁去消费事件。消费者需要到事件管道中订阅关心的通知。

Combine 是基于请求和响应的设计思想的，这允许你更精准的控制 App 的内存使用和性能。(这一块苹果没有详细解释)

Combine 核心

Combine 框架有三个核心概念

发布者(Publisher)
订阅者(Subscriber)
操作符(Operator)

发布者(Publisher)

发布者在 Combine 框架中是一个协议：

public protocol Publisher {

    /// 产生的值的类型
    associatedtype Output

    /// 失败的错误类型
    associatedtype Failure : Error

    /// 实现这个方法，将调用 `subscribe(_:)` 订阅的订阅者附加到发布者上
    func receive<S>(subscriber: S) where S : Subscriber, Self.Failure == S.Failure, Self.Output == S.Input
}

extension Publisher {
    /// 将订阅者附加到发布者上，供外部调用，不直接使用 `receive(_:)` 方法
    public func subscribe<S>(_ subscriber: S) where S : Subscriber, Self.Failure == S.Failure, Self.Output == S.Input
}

发布者定义了 如何描述产生的值和错误 ，通过定义关联类型 Output 和 Failure 的实际类型（当发布者不产生错误时，可以使用 Never ）。由于发布者不需要实际产生值和错误，所以我们可以用值类型来定义它，也就是 Swift 里的结构体。发布者提供让订阅者注册的能力，通过实现 receive 方法。

发布者可以适配到现有的很多异步操作接口中。

官方 Cocoa 框架中 NotificationCenter 接口适配发布者的例子（

截止至 beta1 版本的 Xcode，此 API 尚未开放

beta2 版本已支持）：

extension NotificationCenter {
        struct Publisher: Combine.Publisher {
                typealias Output = Notification
                typealias Failure = Never
                init(center: NotificationCenter, name: Notification.Name, object: Any? = nil)
        }
}

订阅者（Subscriber）

和发布者配对的，就是订阅者。同样的，在 Combine 框架中是一个协议：

public protocol Subscriber : CustomCombineIdentifierConvertible {

    /// 接受到的值的类型
    associatedtype Input

    /// 可能接受到的错误的类型
    associatedtype Failure : Error

    /// 告诉订阅者，它在发布者上被成功订阅，可以请求值了
    func receive(subscription: Subscription)

    /// 告诉订阅者，发布者产生值了
    func receive(_ input: Self.Input) -> Subscribers.Demand

    /// 告诉订阅者，发布者已经终止产生值了，不管是正常情况还是由于情况
    func receive(completion: Subscribers.Completion<Self.Failure>)
}

订阅者定义了 如何描述接受的值和错误 ，类似的，通过定义关联类型 Input 和 Failure 。由于订阅者在接受到值之后，经常会影响和修改某些状态，所以我们使用引用类型来定义它，也就是 Swift 里的类类型。

订阅者有三个核心方法：

接收到订阅的消息
接收到产生的值的消息
接收到产生已经终止的消息

订阅消息(Subsciption):描述如何控制发布者到订阅者的数据流动，用于表达发布者和订阅者之间的连接。

官方的提供 Assign 的订阅者例子（可以在文档中找到更详细的定义）：

extension Subscribers {
    final public class Assign<Root, Input> : Subscriber, Cancellable {
      
        public typealias Failure = Never

        public init(object: Root, keyPath: ReferenceWritableKeyPath<Root, Input>)
			//...
    }
}

运算符（Operator）

当有了发布者和订阅者后，它们之间是怎么配合起来运作的呢，如下图所示：

aaArYjZ.png!web

subsribe
receive
request
receive
receive

看起来一切都配合的很美好，好像这两个概念已经可以实现我们的功能了。当你开开心心敲下这个例子的时候：

class Foo {
    var name:String
    init(name:String) {
        self.name = name
    }
}

let object = Foo(name:"Test")
let publisher = NotificationCenter.Publisher(center: .default, name: "Send", object: object)
let subsciber = Subscribers.Assign(object: object, keyPath: \.name)

publisher.subscribe(subsciber)

你会发现编译不过，因为 NotificationCenter 发布者产生的值类型是 Notification ，而订阅者需要接受 name 的 String 类型。这时候，操作符就应运而生了。

操作符是一个桥梁，定义一些便捷的操作，让发布者和订阅者能搭配使用，而这样就可以让发布者和订阅者的耦合程度降低，通用程度变高。而复用的发布者和订阅者可以通过一到多个操作符进行适配。

操作符定义 如何进行值的转换 。操作符是遵循 Publisher 协议的，从上游的发布者订阅值，生成新的发布者，处理后并发送给下游的订阅者。

官方提供的 Map 操作符的例子：

extension Publishers {
    public struct Map<Upstream, Output> : Publisher where Upstream : Publisher {
        public typealias Failure = Upstream.Failure
        public let upstream: Upstream
        public let transform: (Upstream.Output) -> Output
        public func receive<S>(subscriber: S) where Output == S.Input, S : Subscriber, Upstream.Failure == S.Failure
    }
}

但在一般使用时，我们不直接生成操作符发布者，而是使用官方提供的 声明式操作符 API 。

比如 Map 操作符的方法如下：

extension Publishers.Map {
    public func map<T>(_ transform: @escaping (Output) -> T) -> Publishers.Map<Upstream, T>
}

Combine 框架中，有以下几类声明式操作符 API：

1. 函数式转换

比如 map 、 filter 、 reduce 等函数式思想里的常见的高阶函数的操作符。

2. 列表操作

比如 first 、 drop 、 append 等在产生值序列的中使用便捷方法的操作符。

3. 错误处理

比如 catch ， retry 等进行错处理的操作符。

4. 线程/队列行为

比如 subscribeOn ， receiveOn 等对订阅和接受时线程进行指定的操作符。

5. 调度和时间处理

比如 delay ， debounce （去抖动）， throttle (节流) 等操作符。

I3IrayR.png!web

Combine 设计理念 - 组合优先

Combine 的设计理念就是优先是使用组合。

如果把 Combine 的思想对应到同步编程里面的概念，就是这样下面的图。

qUreayj.png!web

也就是发布者可以使用的操作符，大部分和 Foundation 框架里 Collection 类型的操作符相似，举个例子：我们知道可以对集合类型进行 filter 操作，那么 Combine 操作符里也有对应的 filter 方法。通过方法链（Method Chaning），组合大量的操作符，可以让异步操作更加统一，代码更加整洁。

组合多个发布者

有时候，我们希望将一些异步操作汇合，并统一处理响应。组合多个发布者有两种方式： Zip 和 CombineLastest 。

Zip

NRryUnB.png!web

Zip 在 Combine 框架里面是一个结构体(同时还有 Zip3 ， Zip4 ，用于更多数量的组合)

extension Publishers {
    public struct Zip<A, B> : Publisher where A : Publisher, B : Publisher, A.Failure == B.Failure {
        public typealias Output = (A.Output, B.Output)
        public typealias Failure = A.Failure
        public let a: A
        public let b: B
        public init(_ a: A, _ b: B)
        public func receive<S>(subscriber: S) where S : Subscriber, B.Failure == S.Failure, S.Input == (A.Output, B.Output)
    }
}

Zip 可以通过传入两个发布者进行初始化，要求多个组合的发布者的的错误类型一致，而输出是多个组合的发布者合并起来的元组。 Zip 的意思是，当组合的 每一个 发布者都产生值的时候，才会将值合并成元组发送给订阅者。

Combine Lastest

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类似的是， CombineLastest 在 Combine 框架里面也是一个结构体(同理还有 CombineLatest3 ， CombineLatest4 ，用于更多数量的组合)

extension Publishers {
    public struct CombineLatest<A, B, Output> : Publisher where A : Publisher, B : Publisher, A.Failure == B.Failure {
        public typealias Failure = A.Failure
        public let a: A
        public let b: B
        public let transform: (A.Output, B.Output) -> Output
        public init(_ a: A, _ b: B, transform: @escaping (A.Output, B.Output) -> Output)
        public func receive<S>(subscriber: S) where Output == S.Input, S : Subscriber, B.Failure == S.Failure
    }
}

CombineLatest 使用两个发布者加上一个 transform 的转换闭包(在闭包中将两个产生的值处理并返回)进行初始化(

截止目前 beta1 版本的 Xcode，苹果还没将声明公开 init 方法，预计可能还会调整，这一部分来自官方幻灯片中的例子，有待订正 beta 2 版本已支持)，同样也要求多个组合发布者的错误类型一致，输出是 transform 闭包里的 Output 类型。 CombineLastest 的意思是，当多个发布者中 任意一个 发布者产生值时，都会执行 transform

闭包的操作并将结果发送给订阅者。

总结

Combine 作为官方出品的响应式框架，无疑是令人惊喜的。整个框架的思想虽然现有的响应式框架(如 RxSwift）差不多，但无论是接口上隐藏掉序列，冷热信号等理解难度较大的概念，还是更方便的事件设计，清晰简洁的命名规范，都觉得 Apple 很用心的在打磨这个框架。同时，最具杀伤力的的是，Apple 可以让他和 Cocoa 框架更紧密的结合，打造出类似 UIKit+Combine，Foundation+Combine 的官方支持，这也意味着 Combine 有望成为类似 JavaScript 里面 Promise 这样的规范特性。如果你错过了 ReactiveCocoa，也错过了 RxSwift，也没使用过响应式编程，那么我强烈建议你了解一下今年的 Combine 框架。而剩下最大的问题，是国内什么时候能够 iOS 13 Only 和迁移到 Swift 了。

延伸阅读

Apple 官方异步编程框架：Swift Combine 应用

RXSwift 和 Combine 对应关系速查表

WWDC 19 专栏文章目录

引言

What is Combine

统一、声明式、为处理变化的值而生的 API。

Combine 特性

泛型支持

类型安全

组合优先

请求驱动

Combine 核心

发布者(Publisher)

订阅者（Subscriber）

运算符（Operator）

1. 函数式转换

2. 列表操作

3. 错误处理

4. 线程/队列行为

5. 调度和时间处理

Combine 设计理念 - 组合优先

组合多个发布者

Zip

Combine Lastest

总结

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