.NET 响应式编程 System.Reactive 系列文章（二）：深入理解 IObservable<T> 和 IObserver<T>

.NET 响应式编程 System.Reactive 系列文章（二）：深入理解 IObservable<T> 和 IObserver<T>

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引言：为什么我们调整了学习顺序？

在上一篇文章的结尾，我原本计划在本篇介绍 System.Reactive 的基础操作符，比如如何创建、转换和过滤数据流。但在撰写内容时，我意识到，对于刚接触 System.Reactive 的读者来说，直接介绍操作符可能有些仓促，因为 操作符的使用必须建立在对 IObservable<T> 和 IObserver<T> 这两个核心接口的深刻理解之上。

正如在传统编程中，你需要先理解 集合（Collection） 和 迭代器（Iterator） 的本质，才能更好地使用 LINQ 操作符一样。而在 Rx 中，IObservable<T> 是数据流的生产者，IObserver<T> 是数据流的消费者，理解这两个接口是掌握 Rx 的基础。

因此，我决定调整顺序，在本篇文章中，深入介绍 IObservable<T> 和 IObserver<T> 的核心概念、方法和使用方式，为后续学习操作符打下坚实的基础。

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IObservable<T> 和 IObserver<T> 的关系

在 Rx 中，数据流的生产和消费是通过 观察者模式（Observer Pattern） 实现的。这种模式定义了两种角色：

• IObservable<T>（可观察对象/数据流的生产者）
• IObserver<T>（观察者/数据流的消费者）

二者的关系可以简单理解为：

• IObservable<T> 负责"推送"数据项。
• IObserver<T> 负责"接收"数据项。

订阅（Subscribe） 是连接这两者的桥梁。当 IObserver<T> 订阅一个 IObservable<T> 时，数据流开始传递。

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1. IObservable<T> 的定义和职责

IObservable<T> 接口定义

public interface IObservable<out T>
{
    IDisposable Subscribe(IObserver<T> observer);
}

IObservable<T> 的职责：

• 代表一个数据流，它可以产生零个、一个或多个数据项。
• 当一个观察者（IObserver<T>）订阅这个数据流时，它会调用 Subscribe 方法，并开始推送数据。
• 数据流可能会因为正常完成 或发生错误而终止。

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2. IObserver<T> 的定义和职责

IObserver<T> 接口定义

public interface IObserver<in T>
{
    void OnNext(T value);
    void OnError(Exception error);
    void OnCompleted();
}

IObserver<T> 的职责：

• 代表一个数据的消费者 ，它对 IObservable<T> 提供的数据流做出响应。
• IObserver<T> 需要实现三个方法：
  • OnNext(T value)：当有新的数据项时调用。
  • OnError(Exception error)：当数据流发生错误时调用。
  • OnCompleted()：当数据流正常结束时调用。

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3. IObservable<T> 和 IObserver<T> 的交互流程

让我们通过一个实际的交互流程图来直观地理解 IObservable<T> 和 IObserver<T> 的关系：

1. 观察者（Observer）通过 Subscribe 方法订阅可观察对象（Observable）。
2. 可观察对象（Observable）调用 Observer 的 OnNext 方法推送数据。
3. 如果发生错误，可观察对象（Observable）调用 OnError 方法终止数据流。
4. 如果数据流正常结束，可观察对象（Observable）调用 OnCompleted 方法终止数据流。

sequenceDiagram participant Observable as IObservable<T> participant Observer as IObserver<T> Observer ->> Observable: Subscribe() Observable ->> Observer: OnNext(T value) Observable ->> Observer: OnNext(T value) alt 数据流正常结束 Observable ->> Observer: OnCompleted() else 发生错误 Observable ->> Observer: OnError(Exception error) end

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4. 示例代码：实现一个简单的 Observable 和 Observer

为了更好地理解这两个接口，我们从零开始，手动实现一个简单的 IObservable 和 IObserver。

实现自定义 Observable

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

public sealed class SimpleObservable : IObservable<int>
{
	IDisposable IObservable<int>.Subscribe(IObserver<int> observer)
	{
		SimpleDisposable disposable = new();

		Task.Run(() =>
		{
			// 模拟数据的生产，以及假设每次生产都需要时间，消费者可以随时调用Dispose方法取消订阅
			for (int i = 1; i <= 5; i++)
			{
				if (disposable.IsDisposed)
				{
					return;
				}
				observer.OnNext(i);
                // 模拟产生数据需要耗时50毫秒
				Thread.Sleep(50);
			}

			observer.OnCompleted();
		});

		return disposable;
	}

	private sealed class SimpleDisposable : IDisposable
	{
		internal bool IsDisposed { get; private set; }
		void IDisposable.Dispose()
		{
			IsDisposed = true;
			Console.WriteLine("Subscription disposed.");
		}
	}
}

实现自定义 Observer

using System;

public sealed class SimpleObserver : IObserver<int>
{
	void IObserver<int>.OnNext(int value) => Console.WriteLine($"Received: {value}");

	void IObserver<int>.OnError(Exception error) => Console.WriteLine($"Error: {error.Message}");

	void IObserver<int>.OnCompleted() => Console.WriteLine("Sequence Completed.");
}

订阅和运行

using System;
using System.Threading;

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		IObservable<int> observable = new SimpleObservable();
		IObserver<int> observer = new SimpleObserver();

		IDisposable subscription = observable.Subscribe(observer);

        // 模拟消费数据100毫秒后取消订阅
		Thread.Sleep(100);
		subscription.Dispose();
	}
}

输出结果：

Received: 1
Received: 2
Subscription disposed.

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5. 常见问题解答

Q1：为什么 Subscribe 方法返回 IDisposable？

Subscribe 方法返回一个 IDisposable 对象，允许订阅者在不再需要数据流时取消订阅，以释放资源，避免内存泄漏。

Q2：OnError 和 OnCompleted 可以同时调用吗？

不能。数据流要么以错误终止，要么正常结束 ，二者是互斥的。

Q3：IObservable<T> 可以被多个 IObserver<T> 订阅吗？

可以。一个 IObservable<T> 可以被多个观察者订阅，每个观察者都会接收到数据流的推送。

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总结

在本篇文章中，我们深入探讨了 IObservable<T> 和 IObserver<T> 这两个核心接口的定义和职责，并通过代码示例展示了它们如何交互。

核心要点：

1. IObservable<T> 是数据流的生产者，它负责推送数据。
2. IObserver<T> 是数据流的消费者，它负责接收和处理数据。
3. Subscribe 方法将生产者和消费者连接起来 ，并返回一个 IDisposable 对象，用于取消订阅。

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下一篇文章预告

《.NET 响应式编程 System.Reactive 系列文章（三）：Subscribe 和 IDisposable 的深入理解》

在下一篇文章中，我们将重点探讨 Subscribe 方法的内部工作机制 、IDisposable 的作用 ，以及如何优雅地管理订阅的生命周期。敬请期待！