Swift Combine 教學

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Photo by Chris Murray on Unsplash
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Swift Combine 是 Apple 用來實現 reactive programming 的函式庫。在 Combine 還沒出來之前，我們一般是使用 RxSwift。不過，使用 Combine 的話，我們就不需要再引入額外的函式庫。而且與 RxSwift 相比，Combine 的效能更好。
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Swift Combine 是 Apple 用來實現 reactive programming 的函式庫。在 Combine 還沒出來之前，我們一般是使用 RxSwift。不過，使用 Combine 的話，我們就不需要再引入額外的函式庫。而且與 RxSwift 相比，Combine 的效能更好。

Table of Contents
  1. Publisher & Subscriber
  2. @Published
  3. Publishers
    1. Future
    2. Just
    3. Record
    4. Deferred
  4. Subjects
    1. PassthroughSubject
    2. CurrentValueSubject
  5. Specifying Scheduler
    1. receive(on:)
    2. subscribe(on:)
  6. Operators
    1. map() & tryMap()
    2. filter() & tryFilter()
    3. compactMap() & tryCompactMap()
    4. reduce() & tryReduce()
    5. merge()
    6. zip()
    7. flatMap()
  7. 結語
  8. 參考

Publisher & Subscriber

在 Swift Combine 中，有兩個很重要的觀念，就是 publishers 和 subscribers。Publishers 是用來發送資料，而 subscribers 是用來訂閱某個 publisher。也就是說，subscriber 是用來從 publisher 中接收資料。這樣就會產生出一個 stream。

protocol Publisher<Output, Failure>

protocol Subscriber<Input, Failure> : CustomCombineIdentifierConvertible

以下範例中，我們建立一個 TimerPublisher。它每一秒會發送當前的時間。然後，我們呼叫 sink(receiveValue:) 來接收 TimerPublisher 發送的資料。sink(receiveValue:) 會建立一個 subscriber 來訂閱當前的 publisher。

import UIKit
import Combine

class ViewController: UIViewController {
    @IBOutlet weak var timeLabel: UILabel!
    private var cancellable: AnyCancellable?

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        cancellable = Timer.publish(every: 1, on: RunLoop.main, in: .common)
            .autoconnect()
            .sink { date in
                timeLabel.text = date.description
            }
    }
}

如果我們是想要將接收到的資料，直接 assign 給某個變數，那麼我們可以使用 assign(to:on:) 來將收到的資料直接 assign 給某個變數，如下範例。

import UIKit
import Combine

class ViewController: UIViewController {
    @IBOutlet weak var timeLabel: UILabel!
    private var cancellable: AnyCancellable?

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        cancellable = Timer.publish(every: 1, on: RunLoop.main, in: .common)
            .autoconnect()
            .map { $0.description }
            .assign(to: \.text, on: timeLabel)
    }
}

@Published

@Published 可以將一個 property 變成 publisher。只要 assign 值給它，它就會將值發送出去。當存取 property 的 publisher 時，要在前面加上 $ operator。

import UIKit
import Combine

class ViewController: UIViewController {
    @IBOutlet weak var timeLabel: UILabel!
    
    @IBAction func clickButton(_ sender: Any) {
        text = Date().description
    }
    
    private var cancellable: AnyCancellable?
    @Published private var text: String? = ""

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        cancellable = $text.assign(to: \.text, on: timeLabel)
    }
}

Publishers

Future

Future publisher 最終會產生一個值，然後結束。它是用來將非同步的程式碼包裝成一個 publisher。

func login() -> Future<String, Never> {
    Future { promise in
        DispatchQueue.global().async {
            // do login ...
            let token = result.token
            promise(Result.success(token))
        }
    }
}

let cancellable = login()
    .sink { token in
        print(token)
    }

Just

Just publisher 會發送一個值，然後結束。它常被用來開始一連串的 publisher。

let cancellable = Just(1)
    .sink(receiveCompletion: { completion in
        print(completion)
    }, receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// 1
// finished

Record

Record publisher 和 Just 很像，但是 Record 可以發送一系列的值。

let cancellable = Record(output: [1, 2, 3, 4], completion: .finished)
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// 1
// 2
// 3
// 4

Deferred

Deferred publisher 利用傳入的 closure 建立 publisher。但是，它要被訂閱後，才會建立 publisher。

func login() -> Deferred<Future<String, Never>> {
    Deferred {
        Future { promise in
            DispatchQueue.global().async {
                // do login ...
                let token = result.token
                promise(Result.success(token))
            }
        }
    }
}

Subjects

Subject 是一個 Publisher，此外還提供 Subject.send() 讓 callers 發送資料。

PassthroughSubject

PassthroughSubject 可以 broadcast 資料至所有的 subscribers。而且，subscribers 只會接收到它們 subscribe 之後的資料。

let subject = PassthroughSubject<String, Error>()

subject.send("1")
subject.send("2")
        
let cancellable = subject
    .sink(receiveCompletion: { completion in
        print(completion)
    }, receiveValue: { value in
        print(value)
    })
        
subject.send("3")
subject.send("4")
subject.send(completion: .finished)

// Output:
// 3
// 4
// finished

CurrentValueSubject

如同 PassthroughSubject，CurrentValueSubject 可以 broadcast 資料至所有的 subscribers。不過 CurrentValueSubject 會維護一個 buffer 來儲存最後一次發送的值。所以，在初始化時，必須要傳入一個預設值給 buffer。Subscribers 在 subscribe 之後，他們只會收到 buffer 裡的值和之後發送的資料。

let subject = CurrentValueSubject<String, Error>("0")

subject.send("1")
subject.send("2")
        
let cancellable = subject
    .sink(receiveCompletion: { _ in
        print("complete")
    }, receiveValue: { value in
        print(value)
    })
        
subject.send("3")
subject.send("4")
subject.send(completion: .finished)

// Output:
// 2
// 3
// 4
// complete

Specifying Scheduler

如果我們不指定 scheduler 時，Combine 會用和發送資料時一樣的 thread 來接收資料。也就是說，你在 background thread 裡發送資料，那 sink() 裡接收資料的 closure 就會在 background thread 裡被呼叫。

// Main thread
let subject = PassthroughSubject<Int, Never>()
let cancellable = subject.sink(receiveValue: { value in
    print("\(value) sent from \(Thread.current)")
})
subject.send(1)
DispatchQueue.global().async {
    subject.send(2)
}

// Output:
// 1 sent from <_NSMainThread: 0x6000011043c0>{number = 1, name = main}
// 2 sent from <NSThread: 0x600001134000>{number = 4, name = (null)}

receive(on:)

當你用 receive(on:) 指定一個 scheduler 後，在它之後的 operators 都會在那個 scheduler 裡接收資料。

// Main thread
let subject = PassthroughSubject<Int, Never>()
let cancellable = subject
    .map {
        print("map1: \($0) sent from \(Thread.current)")
        return $0
    }
    .receive(on: DispatchQueue.global())
    .map {
        print("map2: \($0) sent from \(Thread.current)")
        return $0
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print("sink: \(value) sent from \(Thread.current)")
    })
subject.send(1)

// Output:
// map1: 1 sent from <_NSMainThread: 0x600003d343c0>{number = 1, name = main}
// map2: 1 sent from <NSThread: 0x600003d14240>{number = 5, name = (null)}
// sink: 1 sent from <NSThread: 0x600003d14240>{number = 5, name = (null)}

subscribe(on:)

當你用 subscribe(on:options:) 指定一個 scheduler 後，所有的 operators 都會在那個 scheduler 裡接收資料，直到有一個 receive(on:) 指定其他的 scheduler。

// Main thread
let subject = PassthroughSubject<Int, Never>()
let cancellable = subject
    .subscribe(on: DispatchQueue.global())
    .map {
        print("map1: \($0) sent from \(Thread.current)")
        return $0
    }
    .receive(on: RunLoop.main)
    .map {
        print("map2: \($0) sent from \(Thread.current)")
        return $0
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print("sink: \(value) sent from \(Thread.current)")
    })
subject.send(1)

// Output:
// map1: 1 sent from <NSThread: 0x600000a19100>{number = 4, name = (null)}
// map2: 1 sent from <_NSMainThread: 0x600000a18180>{number = 1, name = main}
// sink: 1 sent from <_NSMainThread: 0x600000a18180>{number = 1, name = main}

Operators

以下將介紹一些常用的 operators。Publishers 還有很多其他 operators，請參照官網。

map() & tryMap()

func map<T>(_ transform: @escaping (Self.Output) -> T) -> Publishers.Map<Self, T>

func tryMap<T>(_ transform: @escaping (Self.Output) throws -> T) -> Publishers.TryMap<Self, T>

map() 和 tryMap() 用 transform 對 upstream publisher 的每一個值做轉換，回傳一個新值到 downstream publisher。

let cancellable = Record(output: [1, 2, 3, 4], completion: .finished)
    .map {
        "Hello \($0)"
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// Hello 1
// Hello 2
// Hello 3
// Hello 4

filter() & tryFilter()

func filter(_ isIncluded: @escaping (Self.Output) -> Bool) -> Publishers.Filter<Self>

func tryFilter(_ isIncluded: @escaping (Self.Output) throws -> Bool) -> Publishers.TryFilter<Self>

filter() 和 tryFilter() 會過濾從 upstream 進來的值。只有 inIncluded 回傳 true 時，才會重新發送到 downstream。

let cancellable = Record(output: [1, 2, 3, 4], completion: .finished)
    .filter {
        $0 > 2
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// 3
// 4

compactMap() & tryCompactMap()

func compactMap<T>(_ transform: @escaping (Self.Output) -> T?) -> Publishers.CompactMap<Self, T>

https://developer.apple.com/documentation/combine/publisher/trycompactmap(_:)

compactMap() 和 tryCompactMap() 會從 upstream 接收每一個值，並且回傳一個 optional 值。只有當回傳的 optional 值不是 nil 時，才會被發送到 downstream。

let cancellable = Record(output: [1, 2, nil, 4], completion: .finished)
    .compactMap { 
        $0
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// 1
// 2
// 4

reduce() & tryReduce()

func reduce<T>(
    _ initialResult: T,
    _ nextPartialResult: @escaping (T, Self.Output) -> T
) -> Publishers.Reduce<Self, T>

func tryReduce<T>(
    _ initialResult: T,
    _ nextPartialResult: @escaping (T, Self.Output) throws -> T
) -> Publishers.TryReduce<Self, T>

reduce() 和 tryReduce() 有兩個參數。第二個參數 nextPartialResult 的第一個參數 accumulator，一開始會是 initialResult 的值。然候，nextPartialResult 會回傳一個值。等下一個值從 upstream 進來時，accumulator 會是上一次 nextPartialResult 回傳的值。

以下範例顯示如何用 reduce() 來計算 1 到 4 的和。

let cancellable = Record(output: [1, 2, 3, 4], completion: .finished)
    .reduce(0) { accumulator, value in
        print("acc=\(accumulator), value=\(value)")
        return accumulator + value
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output
// acc=0, value=1
// acc=1, value=2
// acc=3, value=3
// acc=6, value=4
// 10

merge()

func merge(with other: Self) -> Publishers.MergeMany<Self>

merge() 可以合併另外一個相同型態的 publisher。值會依照發送的時間順序送到 downstream。

let subject1 = PassthroughSubject<Int, Never>()
let subject2 = PassthroughSubject<Int, Never>()
let cancellable = subject1
    .merge(with: subject2)
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })
subject1.send(1)
subject2.send(11)
subject1.send(2)
subject1.send(3)
subject1.send(12)
subject1.send(4)

// Output:
// 1
// 11
// 2
// 3
// 12
// 4

zip()

func zip<P>(_ other: P) -> Publishers.Zip<Self, P> where P : Publisher, Self.Failure == P.Failure

zip() 會結合另外一個 publisher 發送出來的值，以 tuple 將一對值發送到 downstream。

let _ = Record(output: [1, 2, 3, 4], completion: .finished)
    .zip(Record(output: [5, 6, 7, 8], completion: .finished))
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// (1, 5)
// (2, 6)
// (3, 7)
// (4, 8)

flatMap()

func flatMap<T, P>(
    maxPublishers: Subscribers.Demand = .unlimited,
    _ transform: @escaping (Self.Output) -> P
) -> Publishers.FlatMap<P, Self> where T == P.Output, P : Publisher, Self.Failure == P.Failure

和 map() 一樣，flatMap() 用 transform 對 upstream publisher 的每一個值做轉換，但是它回傳一個新的 publisher。

let _ = Just([1, 2, 3, 4])
    .flatMap { array in
        Just(array.map { $0 * 10 })
    }
    .sink(receiveValue: { value in
        print(value)
    })

// Output:
// [10, 20, 30, 40]

結語

Swift Combine 可以讓我們更優雅地處理非同步的程式碼。但是，在 Swift async/await 出現之後，我們可能會比較偏向使用 async/await 來實作非同步的程式碼，而不是使用 Combine。但是，我們依然會利用 Combine 來實作 Observer pattern。這在 SwiftUI 中被大量地使用。

參考

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我是 Wayne，從事全端軟體開發有15年以上的經驗。

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