ReactiveCocoa是一個FRP的思想在Objective-C中的實現框架，目前在美團的項目中被廣泛使用。對於ReactiveCocoa的基本用法，網上有很多相關的資料，本文不再討論。RACSignal是ReactiveCocoa中一個非常重要的概念，而本文主要關注RACSignal的實現原理。在閱讀之前，你需要基本掌握RACSignal的基本用法。

本文主要包含2個部分，前半部分主要分析RACSignal的subscription過程，後半部分是對前半部分的深入，在subscription過程的基礎上分析ReactiveCocoa中比較難理解的兩個操作：multicast && replay。

PS：為了解釋清楚，我們下面只討論next，不討論error以及completed，這二者與next類似。本文基於ReactiveCocoa 2.x版本。

我們先刨析RACSignal的subscription過程

RACSignal的常見用法

-(RACSignal *)signInSignal {
// part 1:[RACSignal createSignal]來獲得signal
  return [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id subscriber) {
    [self.signInService
     signInWithUsername:self.usernameTextField.text
     password:self.passwordTextField.text
     complete:^(BOOL success) {
    // part 3: 進入didSubscribe，通過[subscriber sendNext:]來執行next block
       [subscriber sendNext:@(success)];
       [subscriber sendCompleted];
     }];
    return nil;
  }];
}
// part 2 : [signal subscribeNext:]來獲得subscriber，然後進行subscription
[[self signInSignal] subscribeNext:^(id x) { 
    NSLog(@"Sign in result: %@", x); 
}];
Subscription過程概括

RACSignal的Subscription過程概括起來可以分為三個步驟：

[RACSignal createSignal]來獲得signal
[signal subscribeNext:]來獲得subscriber，然後進行subscription
進入didSubscribe，通過[subscriber sendNext:]來執行next block
步驟一：[RACSignal createSignal]來獲得signal

RACSignal.m中：

+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  return [ RACDynamicSignal   createSignal :didSubscribe];
}
RACDynamicSignal.m中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  RACDynamicSignal *signal = [[ self   alloc ] init ];
 signal-> _didSubscribe = [didSubscribe copy ];
  return [signal setNameWithFormat : @"+createSignal:" ];
}
[RACSignal createSignal]會調用子類RACDynamicSignal的createSignal來返回一個signal，並在signal中保存後面的 didSubscribe這個block

步驟二：[signal subscribeNext:]來獲得subscriber，然後進行subscription

RACSignal.m中：
- ( RACDisposable *)subscribeNext:( void (^)( id x))nextBlock {
  RACSubscriber *o = [ RACSubscriber   subscriberWithNext :nextBlock error : NULL   completed : NULL ];
  return [ self  subscribe :o];
}
RACSubscriber.m中：
+ ( instancetype )subscriberWithNext:( void (^)( id x))next error:( void (^)( NSError *error))error completed:( void (^)( void ))completed {
  RACSubscriber *subscriber = [[ self   alloc ] init ];
 subscriber-> _next = [next copy ];
 subscriber-> _error = [error copy ];
 subscriber-> _completed = [completed copy ];
  return subscriber;
}
RACDynamicSignal.m中：
- (RACDisposable *)subscribe:(id)subscriber {
    RACCompoundDisposable *disposable = [RACCompoundDisposable compoundDisposable];
    subscriber = [[RACPassthroughSubscriber alloc] initWithSubscriber:subscriber signal:self disposable:disposable];
    if (self.didSubscribe != NULL) {
        RACDisposable *schedulingDisposable = [RACScheduler.subscriptionScheduler schedule:^{
            RACDisposable *innerDisposable = self.didSubscribe(subscriber);
            [disposable addDisposable:innerDisposable];
        }];
        [disposable addDisposable:schedulingDisposable];
    }
    return disposable;
}
[signal subscribeNext]先會獲得一個subscriber，這個subscriber中保存了nextBlock、errorBlock、completedBlock
由於這個signal其實是RACDynamicSignal類型的，這個[self subscribe]方法會調用步驟一中保存的didSubscribe，參數就是1中的subscriber
步驟三：進入didSubscribe，通過[subscriber sendNext:]來執行next block

RACSubscriber.m中：
- (void)sendNext:(id)value {
    @synchronized (self) {
        void (^nextBlock)(id) = [self.next copy];
        if (nextBlock == nil) return;
        nextBlock(value);
    }
}
任何時候這個[subscriber sendNext:],就直接調用nextBlock

signal的subscription過程回顧

從上面的三個步驟，我們看出：

先通過createSignal和subscribeNext這兩個調用，聲明了流中value到來時的處理方式
didSubscribe block塊中異步處理完畢之後，subscriber進行sendNext，自動處理
搞清楚了RAC的subscription過程，接著在此基礎上我們討論一個RACSignal中比較容易混淆的兩個操作：multicast和replay。

為什麼要清楚這兩者的原理

RACSignal+Operation.h中
- (RACMulticastConnection *)publish;
- (RACMulticastConnection *)multicast:(RACSubject *)subject;
- (RACSignal *)replay;
- (RACSignal *)replayLast;
- (RACSignal *)replayLazily;
在RACSignal+Operation.h中，連續定義了5個跟我們這個主題有關的RACSignal的操作，這幾個操作的區別很細微，但用錯的話很容易出問題。只有理解了原理之後，才明白它們之間的細微區別
很多時候我們意識不到需要用這些操作，這就可能因為side effects執行多次而導致程序bug
multicast && replay的應用場景

"Side effects occur for each subscription by default, but there are certain situations where side effects should only occur once – for example, a network request typically should not be repeated when a new subscriber is added."

// 引用ReactiveCocoa源碼的Documentation目錄下的一個例子
// This signal starts a new request on each subscription.
RACSignal *networkRequest = [RACSignal createSignal:^(id subscriber) {
    AFHTTPRequestOperation *operation = [client
        HTTPRequestOperationWithRequest:request
        success:^(AFHTTPRequestOperation *operation, id response) {
            [subscriber sendNext:response];
            [subscriber sendCompleted];
        }
        failure:^(AFHTTPRequestOperation *operation, NSError *error) {
            [subscriber sendError:error];
        }];
    [client enqueueHTTPRequestOperation:operation];
    return [RACDisposable disposableWithBlock:^{
        [operation cancel];
    }];
}];
// Starts a single request, no matter how many subscriptions `connection.signal`
// gets. This is equivalent to the -replay operator, or similar to
// +startEagerlyWithScheduler:block:.
RACMulticastConnection *connection = [networkRequest multicast:[RACReplaySubject subject]];
[connection connect];
[connection.signal subscribeNext:^(id response) {
    NSLog(@"subscriber one: %@", response);
}];
[connection.signal subscribeNext:^(id response) {
    NSLog(@"subscriber two: %@", response);
}];
在上面的例子中，如果我們不用RACMulticastConnection的話，那就會因為執行了兩次subscription而導致發了兩次網絡請求。
從上面的例子中，我們可以看到對一個Signal進行multicast之後，我們是對connection.signal進行subscription而不是原來的networkRequest。這點是"side effects should only occur once"的關鍵，我們將在後面解釋
multicast原理分析

replay是multicast的一個特殊case而已，而multicast的整個過程可以拆分成兩個步驟，下面進行詳細討論

multicast的機制Part 1:

RACMulticastConnection.m中：
- (id)initWithSourceSignal:(RACSignal *)source subject:(RACSubject *)subject {
    NSCParameterAssert(source != nil);
    NSCParameterAssert(subject != nil);
    self = [super init];
    if (self == nil) return nil;
    _sourceSignal = source;
    _serialDisposable = [[RACSerialDisposable alloc] init];
    _signal = subject;
    return self;
}
結合上面的例子來看，RACMulticastConnection的init是以networkRequest作為sourceSignal，而最終connnection.signal指的是[RACReplaySubject subject]

RACMulticastConnection.m中：
- (RACDisposable *)connect {
    BOOL shouldConnect = OSAtomicCompareAndSwap32Barrier(0, 1, &_hasConnected);
    if (shouldConnect) {
        self.serialDisposable.disposable = [self.sourceSignal subscribe:_signal];
    }
    return self.serialDisposable;
}
結合上面的RACSignal分析的Subscription過程，[self.sourceSignal subscribe:_signal]會執行self.sourceSignal的didSubscribe這個block。再結合上面的例子，也就是說會把_signal作為subscriber，發網絡請求，success的時候，_signal會sendNext，這裡的這個signal就是[RACReplaySubject subject]。可以看出，一旦進入到這個didSubscribe中，後續的不管是sendNext還是subscription，都是對這個[RACReplaySubject subject]進行的，與原來的sourceSignal徹底無關了。這就解釋了為什麼"side effects only occur once"。
multicast的機制Part 2:

在進行multicast的步驟二之前，需要介紹一下RACSubject以及RACReplaySubject

---------------------惱人的分隔線 start------------------

RACSubject

"A subject can be thought of as a signal that you can manually control by sending next, completed, and error."

RACSubject的一個用法如下：

RACSubject *letters = [RACSubject subject];
// Outputs: A B
[letters subscribeNext:^(id x) {
    NSLog(@"%@ ", x);
}];
[letters sendNext:@"A"];
[letters sendNext:@"B"];
接下來分析RACSubject的原理

RACSubject.m中：
- (id)init {
    self = [super init];
    if (self == nil) return nil;
    _disposable = [RACCompoundDisposable compoundDisposable];
    _subscribers = [[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1];    
    return self;
}
RACSubject中有一個subscribers數組
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  return [ RACDynamicSignal   createSignal :didSubscribe];
}
RACDynamicSignal.m中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  RACDynamicSignal *signal = [[ self   alloc ] init ];
 signal-> _didSubscribe = [didSubscribe copy ];
  return [signal setNameWithFormat : @"+createSignal:" ];
}
0

從subscribe:的實現可以看出，對RACSubject對象的每次subscription，都是將這個subscriber加到subscribers數組中而已
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  return [ RACDynamicSignal   createSignal :didSubscribe];
}
RACDynamicSignal.m中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  RACDynamicSignal *signal = [[ self   alloc ] init ];
 signal-> _didSubscribe = [didSubscribe copy ];
  return [signal setNameWithFormat : @"+createSignal:" ];
}
1

從sendNext:的實現可以看出，每次RACSubject對象sendNext，都會對其中保留的subscribers進行sendNext,如果這個subscriber是RACSignal的話，就會執行Signal的next block。

RACReplaySubject

"A replay subject saves the values it is sent (up to its defined capacity) and resends those to new subscribers."，可以看出，replaySubject是可以對它send next（error，completed）的東西進行buffer的。

RACReplaySubject是繼承自RACSubject的，它的內部的實現例如subscribe:、sendNext:的實現也會調用super的實現
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  return [ RACDynamicSignal   createSignal :didSubscribe];
}
RACDynamicSignal.m中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  RACDynamicSignal *signal = [[ self   alloc ] init ];
 signal-> _didSubscribe = [didSubscribe copy ];
  return [signal setNameWithFormat : @"+createSignal:" ];
}
2

從init中我們看出，RACReplaySubject對象持有capacity變量（用於決定valuesReceived緩存多少個sendNext：出來的value，這在區分replay和replayLast的時候特別有用）以及valuesReceived數組（用來保存sendNext:出來的value），這二者接下來會重點涉及到
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  return [ RACDynamicSignal   createSignal :didSubscribe];
}
RACDynamicSignal.m中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  RACDynamicSignal *signal = [[ self   alloc ] init ];
 signal-> _didSubscribe = [didSubscribe copy ];
  return [signal setNameWithFormat : @"+createSignal:" ];
}
3

從subscribe:可以看出，RACReplaySubject對象每次subscription，都會把之前valuesReceived中buffer的value重新sendNext一遍，然後調用super把當前的subscriber加入到subscribers數組中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  return [ RACDynamicSignal   createSignal :didSubscribe];
}
RACDynamicSignal.m中
+ ( RACSignal *)createSignal:( RACDisposable * (^)( id < RACSubscriber > subscriber))didSubscribe {
  RACDynamicSignal *signal = [[ self   alloc ] init ];
 signal-> _didSubscribe = [didSubscribe copy ];
  return [signal setNameWithFormat : @"+createSignal:" ];
}
4

從sendNext:可以看出，RACReplaySubject對象會buffer每次sendNext的value，然後會調用super，對subscribers中的每個subscriber，調用sendNext。buffer的數量是根據self.capacity來決定的

---------------------惱人的分隔線 end------------------

介紹完了RACReplaySubject之後，我們繼續進行multicast的part 2部分。

在上面的例子中，我們對connection.signal進行了兩次subscription，結合上面的RACReplaySubject的subscription的subscribe:，我們得到以下過程：

[RACReplaySubject subject]會將這兩次subscription過程中的subscriber都保存在subscribers數組中
當網絡請求success後，會[subscriber sendNext:response]，前面已經講過這個subscriber就是[RACReplaySubject subject]，這樣，就會把sendNext：的value保存在valuesReceived數組中，供後續subscription使用（不知道你是否注意到RACReplaySubject的subscribe：中有個for循環），然後對subscribers中保存的每個subscriber執行sendNext。
後續思考

上面討論的是RACReplaySubject對象先進行subscription，再進行sendNext，如果是先sendNext，再subscription呢？其實魅力就在於RACReplaySubject的subscribe：中的for循環。具體過程留作思考

在RACSignal+Operation中關於multicast && replay的，一共有5個操作：publish、multicast、replay、replayLast、replayLazily，他們之間有什麼細微的差別呢？相信在我上面內容的基礎上，他們之間的細微差別不難理解，這裡推薦一篇幫助大家理解的blog

參考資料

ReactiveCocoa github主頁

ReactiveCocoa Documentation

ReactiveCocoa raywenderlich上的資料