前言

Kotlin 為我們提供了兩種創(chuàng)建“熱流”的工具：StateFlow 和 SharedFlow。StateFlow 經(jīng)常被用來替代 LiveData 充當(dāng)架構(gòu)組件使用，所以大家相對熟悉。其實 StateFlow 只是 SharedFlow 的一種特化形式，SharedFlow 的功能更強大、使用場景更多，這得益于其自帶的緩存系統(tǒng)，本文用圖解的方式，帶大家更形象地理解 SharedFlow 的緩存系統(tǒng)。

創(chuàng)建 SharedFlow 需要使用到 MutableSharedFlow() 方法，我們通過方法的三個參數(shù)配置緩存：

fun <T> MutableSharedFlow(
    replay: Int = 0, 
    extraBufferCapacity: Int = 0, 
    onBufferOverflow: BufferOverflow = BufferOverflow.SUSPEND
): MutableSharedFlow<T>

接下來，我們通過時序圖的形式介紹這三個關(guān)鍵參數(shù)對緩存的影響。正文之前讓我們先統(tǒng)一一下用語：

• Emitter：Flow 數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，從上游發(fā)射數(shù)據(jù)
• Subcriber：Flow 數(shù)據(jù)的消費者，在下游接收數(shù)據(jù)

replay

當(dāng) Subscriber 訂閱 SharedFlow 時，有機會接收到之前已發(fā)送過的數(shù)據(jù)，replay 指定了可以收到 subscribe 之前數(shù)據(jù)的數(shù)量。replay 不能為負數(shù)，默認值為 0 表示 Subscriber 只能接收到 subscribe 之后 emit 的數(shù)據(jù)：

上圖展示的是 replay = 0 的情況，Subscriber 無法收到 subscribe 之前 emit 的 ?，只能接收到 ? 和 ?。

當(dāng) replay = n （ n > 0）時，SharedFlow 會啟用緩存，此時 BufferSize 為 n，意味著可以緩存發(fā)射過的最近 n 個數(shù)據(jù)，并發(fā)送給新增的 Subscriber。

上圖以 n = 1 為例 ：

• Emitter 發(fā)送 ? ，并被 Buffer 緩存
• Subscriber 訂閱 SharedFlow 后，接收到緩存的 ?
• Emitter 相繼發(fā)送 ? ? ，Buffer 緩存的數(shù)據(jù)相繼依次被更新

在生產(chǎn)者消費者模型中，有時消費的速度趕不及生產(chǎn)，此時要加以控制，要么停止生產(chǎn)，要么丟棄數(shù)據(jù)。SharedFlow 也同樣如此。有時 Subscriber 的處理速度較慢，Buffer 緩存的數(shù)據(jù)得不到及時處理，當(dāng) Buffer 為空時，emit 默認將會被掛起 （ onBufferOverflow = SUSPEND）

上面的圖展示了 replay = 1 時 emit 發(fā)生 suspend 場景：

• Emitter 發(fā)送 ? 并被緩存
• Subscriber 訂閱 SharedFlow ，接收 replay 的 ? 開始處理
• Emitter 發(fā)送 ? ，緩存數(shù)據(jù)更新為 ? ，由于 Subscriber 對 ? 的處理尚未結(jié)束，? 在緩存中沒有及時被消費
• Emitter 發(fā)送 ?，由于緩存的 ? 尚未被 Subscriber 消費，emit 發(fā)生掛起
• Subscriber 開始消費 ? ，Buffer 緩存 ? ， Emitter 可以繼續(xù) emit 新數(shù)據(jù)

注意 SharedFlow 作為一個多播可以有多個 Subscriber，所以上面例子中，? 被消費的時間點，取決于最后一個開始處理的 Subscriber。

extraBufferCapacity

extraBufferCapacity 中的 extra 表示 replay-cache 之外為 Buffer 還可以額外追加的緩存。

若 replay = n， extraBufferCapacity = m，則 BufferSize = m + n。

extraBufferCapacity 默認為 0，設(shè)置 extraBufferCapacity 有助于提升 Emitter 的吞吐量

在上圖的基礎(chǔ)之上，我們再設(shè)置 extraBufferCapacity = 1，效果如下圖：

上圖中 BufferSize = 1 + 1 = 2 ：

• Emitter 發(fā)送 ? 并得到 Subscriber1 的處理 ，? 作為 replay 的一個數(shù)據(jù)被緩存，
• Emitter 發(fā)送 ?，Buffer 中 replay-cache 的數(shù)據(jù)更新為 ?
• Emitter 發(fā)送 ?，Buffer 在存儲了 replay 數(shù)據(jù) ? 之上，作為 extra 又存儲了 ?
• Emitter 發(fā)送 ?，此時 Buffer 已沒有空余位置，emit 掛起
• Subscriber2 訂閱 SharedFlow。雖然此時 Buffer 中存有 ? ? 兩個數(shù)據(jù)，但是由于 replay = 1，所以 Subscriber2 只能收到最近的一個數(shù)據(jù) ?
• Subscriber1 處理完 ? 后，依次處理 Buffer 中的下一個數(shù)據(jù)，開始消費 ?
• 對于 SharedFlow 來說，已經(jīng)不存在沒有消費 ? 的 Subscriber，? 移除緩存，? 的 emit 繼續(xù)，并進入緩存，此時 Buffer 又有兩個數(shù)據(jù) ? ? ，
• Subscriber1 處理完 ? ，開始消費 ?
• 不存在沒有消費 ? 的 Subscriber， ? 移除緩存。

onBufferOverflow

前面的例子中，當(dāng) Buffer 被填滿時，emit 會被掛起，這都是建立在 onBufferOverflow 為 SUSPEND 的前提下的。onBufferOverflow 用來指定緩存移除時的策略，除了默認的 SUSPEND，還有兩個數(shù)據(jù)丟棄策略：

• DROP_LATEST：丟棄最新的數(shù)據(jù)
• DROP_OLDEST：丟棄最老的數(shù)據(jù)

需要特別注意的是，當(dāng) BufferSize = 0 時，extraBufferCapacity 只支持 SUSPEND，其他丟棄策略是無效的。這很好理解，因為 Buffer 中沒有數(shù)據(jù)，所以丟棄無從下手，所以啟動丟棄策略的前提是 Buffer 至少有一個緩沖區(qū)，且數(shù)據(jù)被填滿

上圖展示 DROP_LATEST 的效果。假設(shè) replay = 2，extra = 0

• Emitter 發(fā)送 ? 時，由于 ? 已經(jīng)被消費，所以 Buffer 數(shù)據(jù)從 ?? 變?yōu)???
• Emitter 發(fā)送 ? 時，由于 ? 還未被消費，Buffer 處于填滿狀態(tài)， ? 直接被丟棄
• Emitter 發(fā)送 ? 時，由于 ? 已經(jīng)被費，可以移除緩存，Buffer 數(shù)據(jù)變?yōu)???

上圖展示了 DROP_OLDEST 的效果，與 DROP_LATEST 比較后非常明顯，緩存中永遠會儲存最新的兩個數(shù)據(jù)，但是較老的數(shù)據(jù)不管有沒有被消費，都可能會從 Buffer 移除，所以 Subscriber 可以消費當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)，但是有可能漏掉中間的數(shù)據(jù)，比如圖中漏掉了 ?

注意：當(dāng) extraBufferCapacity 設(shè)為 SUSPEND 可以保證 Subscriber 一個不漏的消費掉所有數(shù)據(jù)，但是會影響 Emitter 的速度；當(dāng)設(shè)置為 DROP_XXX 時，可以保證 emit 調(diào)用后立即返回，但是 Subscriber 可能會漏掉部分數(shù)據(jù)。

如果我們不想讓 emit 發(fā)生掛起，除了設(shè)置 DROP_XXX 之外，還有一個方法就是調(diào)用 tryEmit，這是一個非 suspend 版本的 emit

abstract suspend override fun emit(value: T)
abstract fun tryEmit(value: T): Boolean

tryEmit 返回一個 boolean 值，你可以這樣判斷返回值，當(dāng)使用 emit 會掛起時，使用 tryEmit 會返回 false，其余情況都是 true。這意味著 tryEmit 返回 false 的前提是 extraBufferCapacity 必須設(shè)為 SUSPEND，且 Buffer 中空余位置為 0 。此時使用 tryEmit 的效果等同于 DROP_LATEST。

SharedFlow Buffer

前面介紹的 MutableSharedFlow 的三個參數(shù)，其本質(zhì)都是圍繞 SharedFlow 的 Buffer 進行工作的。那么這個 Buffer 具體結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？

上面這個圖是 SharedFlow 源碼中關(guān)于 Buffer 的注釋，這個圖形象地告訴了我們 Buffer 是一個線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（就是一個普通的數(shù)組 Array<Any?>），但是這個圖不能直觀反應(yīng) Buffer 運行機制。下面通過一個例子，看一下 Buffer 在運行時的具體更新過程：

val sharedFlow = MutableSharedFlow<Int>(
    replay = 2, 
    extraBufferCapacity = 2,
    onBufferOverflow = BufferOverflow.SUSPEND
)
var emitValue = 1
fun main() {
    runBlocking {
        launch {
            sharedFlow.onEach {
                delay(200) // simulate the consume of data
            }.collect()
        }
        repeat(12) {
            sharedFlow.emit(emitValue)
            emitValue++
            delay(50)
        }
    }
}

上面的代碼很簡單，SharedFlow 的 BufferSize = 2+2 = 4，Emitter 生產(chǎn)的速度大于 Subscriber 消費的速度，所以過程中會出現(xiàn) Buffer 的填充和更新，下面依舊用圖的方式展示 Buffer 的變化

先看一下代碼對應(yīng)的時序圖:

有前面的介紹，相信這個時序圖很容易理解，這里就不再贅述了，下面重點圖解一下 Buffer 的內(nèi)存變化。SharedFlow 的 Buffer 本質(zhì)上是一個基于 Array 實現(xiàn)的 queue，通過指針移動從往隊列增刪元素，避免了元素在實際數(shù)組中的移動。這里關(guān)鍵的指針有三個：

• head：隊列的 head 指向 Buffer 的第一個有效數(shù)據(jù)，這是時間上最早進入緩存的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)被所有的 Subscriber 消費之前不會移除緩存。因此 head 也代表了最慢的 Subscriber 的處理進度
• replay：Buffer 為 replay-cache 預(yù)留空間的其實位置，當(dāng)有新的 Subscriber 訂閱發(fā)生時，從此位置開始處理數(shù)據(jù)。
• end：新數(shù)據(jù)進入緩存時的位置，end 這也代表了最快的 Subscriber 的處理進度。

如果 bufferSize 表示當(dāng)前 Buffer 中存儲數(shù)據(jù)的個數(shù)，則我們可知三指針 index 符合如下關(guān)系：

• replay <= head + bufferSize
• end = head + bufferSize

了解了三指針的含義后，我們再來看上圖中的 Buffer 是如何工作的：

最后，總結(jié)一下 Buffer 的特點：

• 基于數(shù)組實現(xiàn)，當(dāng)數(shù)組空間不夠時進行 2n 的擴容
• 元素進入數(shù)組后的位置保持不變，通過移動指針，決定數(shù)據(jù)的消費起點
• 指針移動到數(shù)組尾部后，會重新指向頭部，數(shù)組空間可循環(huán)使用

以上就是圖解 Kotlin SharedFlow 緩存系統(tǒng)及示例詳解的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Kotlin SharedFlow 緩存的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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