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@ksh-fthr

[RxJS] RxJS の学習メモ-Operator(1)-PipeとFiltering

Last updated at Posted at 2023-10-10

はじめに

本記事は RxJS を使っていく上で行った学習の備忘録になります。主に次に挙げた内容を目的とします。

  • 知らないことによる忌避感をなくす
    • RxJS を使った実装は個人的に初見殺しもいいとこな実装だと思っている
    • 知ることで「あ、別に怖がることないじゃん」という感じに持っていきたい
  • 知見の向上
    • ライブラリを改めてみることでより良い実装の方法、テクニックを得る
  • 思い込みや間違った理解の是正
    • 正しい、最適だと思っていたものが実は間違っていたことも充分あり得るので、その辺が是正できれば御の字

これまでと今回

これまでに次の記事を投稿してまいりました。

今回は Operators について学びます。

環境

本記事について扱うライブラリや環境の情報です。

備考
RxJS 公式
Learn RxJS リファレンス的な感じの学習サイト
StackBlitz RxJS だけでなく Angular とか React とかの実装お試しができる

なお本記事執筆時の RxJS のバージョンは StackBlitz の DEPENDENCIES を見ると v7.8.0 でした。

この記事でやること

Operators について触れてみる

Operators は RxJS の基本コンセプトである 6つ のコンセプトに含まれるものです。

RxJS の基本コンセプト

RxJS の基本コンセプトは Observable, Observer, Subscription, Operators, Subject, Schedulers の 6つ があります。
これは公式のドキュメントにも Overview に下記のとおり記載されています。
( 太字については本記事にて加工しました )

The essential concepts in RxJS which solve async event management are:

  • Observable: represents the idea of an invokable collection of future values or events.
  • Observer: is a collection of callbacks that knows how to listen to values delivered by the Observable.
  • Subscription: represents the execution of an Observable, is primarily useful for cancelling the execution.
  • Operators: are pure functions that enable a functional programming style of dealing with collections with operations like map, filter, concat, reduce, etc.
  • Subject: is equivalent to an EventEmitter, and the only way of multicasting a value or event to multiple Observers.
  • Schedulers: are centralized dispatchers to control concurrency, allowing us to coordinate when computation happens on e.g. setTimeout or requestAnimationFrame or others.

(Deepl による翻訳)

非同期イベント管理を解決するRxJSの本質的な概念は以下の通りである：

  • Observable（オブザーバブル）：将来の値やイベントの呼び出し可能なコレクション。
  • Observer：Observableによって配信される値をリッスンする方法を知っているコールバックのコレクションです。
  • サブスクリプション: Observableの実行を表し、主に実行をキャンセルするのに役立つ。
  • Operators: map、filter、concat、reduceなどの操作でコレクションを扱う関数型プログラミングスタイルを可能にする純粋な関数です。
  • Subject: EventEmitterに相当し、値やイベントを複数のObserversにマルチキャストする唯一の方法です。
  • Schedulers: 同時実行をコントロールするための集中ディスパッチャで、例えばsetTimeoutやrequestAnimationFrameなどで計算が発生するタイミングを調整できる。

前置きが長くなりました。
これから実際に Operators を見ていこうと思うのですが、Operetors は こちら で示されているように多くのオペレータがあります。
そのすべてを扱うことは量的に難しいので、本記事ではそのなかでも特によく使うことになる、もしくは知っておくと便利だと思われる次のオペレータについて触れていきます。

本記事で扱うオペレータ

  • subscribe する前に各オペレータを繋ぐ役割をもつ pipe
  • ストリームに対してフィルタリングをしてくれる Filtering Operators

Pipe

subscribe で購読する前に、observable で観察していたデータを加工するための 繋ぎ を実現するためのオペレータとして pipe があります。
pipe では、その中でストリームで流れているデータに対する操作やフィルタリングを行います。

以下、サンプリコードを見つつ動きを確認していきます。

Pipe の動きを確認する

以下のコードは map の中で配列化しただけの単純な例ですが、pipe がどういう動きをするものか、という雰囲気はつかめると思います。
なお、ここでは詳細は触れませんが、サンプルコード中にでてくる map は Transformation Operators に属するオペレータ、of は Creation Operators に属するオペレータです。

import {
  of,
  BehaviorSubject,
} from 'rxjs';

import {
  map,
} from 'rxjs/operators';

// (1) 最初のブロック
const receiver$ = new BehaviorSubject<string>('初期値');
const streamData$ = of('streamData');

// (2) 二番目のブロック
receiver$.subscribe({
  next: (receiver) => {
    // 初期値の購読で1回、 streamData$ の購読で 1回 の 計2回 流れる
    console.log(`receiver=${receiver}`);
  }
});

// (3) 三番目のブロック
streamData$
.pipe(
  map((streamData: string) => [streamData, 'map で加工した', '値が流れる'])
)
.subscribe({
  next: (streamData: string[]) => {
    receiver$.next(`${streamData[0]} を ${streamData[1]} ${streamData[2]}.`);
  }
});

最初のブロック

// (1) 最初のブロック
const receiver$ = new BehaviorSubject<string>('初期値');
const streamData$ = of('streamData');

ここでは BehaviorSubject のオブジェクト receiver$ と Observable のオブジェクト streamData$ を生成します。
それぞれの役割は次のとおりです。

  • receiver$
    • 流れてきたストリームを購読してログ出力するだけ
    • 初期化時と streamData$ の購読時の 2回、ストリームが流れる
  • streamData$
    • 生成したストリームは 三番目のブロック で pipe によって subscribe 前に加工される
    • 加工されたデータは subscribe によって購読され、receiver$ に新しいストリームとして流される

二番目のブロック

// (2) 二番目のブロック
receiver$.subscribe({
  next: (receiver) => {
    // 初期値の購読で1回、 streamData$ の購読で 1回 の 計2回 流れる
    console.log(`receiver=${receiver}`);
  }
});

receiver$ に対して subscribe するだけの単純なものです。このブロック自体に特筆することはありません。
コードコメントのとおりの動きをします。

三番目のブロック

// (3) 三番目のブロック
streamData$
.pipe(
  map((streamData: string) => [streamData, 'map で加工した', '値が流れる'])
)
.subscribe({
  next: (streamData: string[]) => {
    receiver$.next(`${streamData[0]} を ${streamData[1]} ${streamData[2]}.`);
  }
});

このサンプルコードにおけるキモの部分です。
streamData$ に対して subescribe で購読する前に pipe でストリームを加工しています。
そして加工したストリームは subscribe によって購読されます。つまり、この処理では以下の動きとなります。

  1. streamData$ のストリームとして 文字列: streamData が流れてくる
  2. pipe では map を経由することで 次の 3つ の文字列を 配列 の要素とした新しいストリーム を生成した
    • 1. で流れてきた文字列: streamData
    • 文字列: map で加工した
    • 文字列: 値が流れる
  3. subscribe では 2 で生成された string[] のストリームを購読している
  4. 最後、購読した string[] の各要素を テンプレートリテラル で連結し､ receiver$ に対して next で流す

このコードの実行結果が次項で示すログです。

実行結果

receiver=初期値
receiver=streamData を map で加工した 値が流れる.

2行目の receiver=streamData を〜 が示すとおり、receiver$ の 2回目 に購読された情報が streamData$ のストリームにおいて pipe と map で加工されたデータであることが分かります。

Filtering Operators

ここまでで pipe でできることがわかったので、今度は pipe 内でストリームをフィルタリングするオペレータ、Filtering Operators を見ていきます。
本記事では first, filter, distinctUntilChanged の 3つ を扱います。

first

first は ストリームが流れてきたとき 最初の値だけを次の処理に回す オペレータです。
サンプルコードでその動きを確認します。

first の動きを確認する

import {
  BehaviorSubject
} from 'rxjs';

import { 
  first
} from 'rxjs/operators'

// (1) 最初のブロック
// 最初のストリームとして `初期値` を流す
const receiver$ = new BehaviorSubject<string>('初期値');

// (2) 二番目のブロック
receiver$
.pipe(
  first(),
)
.subscribe({
  next: (receiver) => {
    // first で 最初の値だけ流すようにしているので `初期値` だけが出力される
    console.log(`receiver=${receiver}`);
  },
  complete: () => {
    // first が実行されると `complete` も自動的に発火される
    console.log(`complete`);
  }
});

// (3) 三番目のブロック
// 後続のストリームを流す ( けれど、first を実行しているので実際には流れない )
receiver$.next('2回目')
receiver$.next('3回目')

実行結果(1)

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。

receiver=初期値
complete

ポイントは 2つ あります。

ひとつ目
コード中の (2) 二番目のブロック の next ブロックのコメントにある通り、pipe 内で first を実行したことで 最初のストリームだけが処理された ことが分かります。

2つ目
同じくコード中の (2) 二番目のブロック です。complete ブロックのコメントにある通り、first を使用すると complete が自動的に発火されます。
ひとつ目のポイントと合わせ、 first を指定すると後続のストリームが流れない 、というのがここからも理解できると思います。

first を外すとどうなる

import {
  BehaviorSubject
} from 'rxjs';

import { 
  first
} from 'rxjs/operators'

// (1) 最初のブロック
// 最初のストリームとして `初期値` を流す
const receiver$ = new BehaviorSubject<string>('初期値');

// (2) 二番目のブロック
receiver$
.pipe(
//  first(),
)
.subscribe({
  next: (receiver) => {
    // first を外しているので 初回云々関係なく ストリームが処理される
    console.log(`receiver=${receiver}`);
  },
  complete: () => {
    // first を外しているので `complete` は自動的に発火されない
    // complete を発火するには明示的に `receiver$.complete()` とする必要がある
    console.log(`complete`);
  }
});

// (3) 三番目のブロック
// 後続のストリームを流す ( first を実行していないのでこちらもちゃんと流れる )
receiver$.next('2回目')
receiver$.next('3回目')

実行結果(2)

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。
初回のストリームである 初期値 だけではなく、後続のストリームが 2回目, 3回目 と流れています。

receiver=初期値
receiver=2回目
receiver=3回目

また complete がログに出ていないことにも注目です。
これは complete が発火されなかったことを示しています。つまりストリームは活きている状態です。
ストリームを終了させるには明示的に complete を実行する必要があります。
サンプルコードの最後に receiver$.complete() を記述するとログには complete が出力されます。ご興味あればお試しください。

なお subscribe 中の next や complete については こちらの記事 でも触れております。
ご興味あればそちらも合わせてご参照ください。

filter

ストリームが流れてきたときに 条件に合致した値 を次の処理に回すオペレータです。
サンプルコードでその動きを確認します。

filter の動きを確認する

import {
  BehaviorSubject
} from 'rxjs';

import { 
  filter
} from 'rxjs/operators'

// (1) 最初のブロック
// 最初のストリームとして `初期値` を流す
const receiver$ = new BehaviorSubject<string>('初期値');

// (2) 二番目のブロック
receiver$
.pipe(
  // 文字列: `初期値` に合致するストリームを subscribe に流す
  filter((stream: string) => {
    console.log(`filter: ${stream}`)
    return stream === '初期値'
  }),
)
.subscribe({
  next: (receiver) => {
    // filter で `初期値` を条件に指定しているのでこのブロックで出力されるログには `初期値` だけが出力される
    console.log(`subscribe=${receiver}`);
  }
});

// (3) 三番目のブロック
// 後続のストリームを流す ( ストリームは流れるものの、filter の条件に合致しないので subscribe されない )
receiver$.next('2回目')
receiver$.next('3回目')

実行結果

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。

filter: 初期値
subscribe=初期値
filter: 2回目
filter: 3回目

初期値 のストリームを流したときには filter 並びに subscribe の各処理でログが出力されていること。
2回目、 3回目 のストリームを流したときには filter でのログのみが出ていて、subscribe のログが出ていないことから、filter の役割を確認できました。

distinctUntilChanged

ストリームが流れてきたとき comparator に指定した条件に合致した値だけ を処理するオペレータです。
comparator は省略可能で、デフォルトの動きは 「前回流れてきたデータと異なる場合 に処理する」です。
サンプルコードでその動きを確認します。

distinctUntilChanged の動きを確認する( comparator で条件指定なし )

同じ値が連続しているケース

import {
  of,
  distinctUntilChanged,
} from 'rxjs';

// (1) 最初のブロック
// 指定した文字列がストリームとなって順次流れていく
const streamData$ = of('同じ', '同じ', 'データ', 'データ', 'は', 'は', '流れない', '流れない');

// (2) 二番目のブロック
streamData$
.pipe(
  // distinctUntilChanged を引数なしで実行すると、同じ値が連続した場合 はストリームが後続処理に流れない
  // このケースでは「流れない」が連続しているので、2つ目の「流れない」は subscribe に流れていかない
  distinctUntilChanged()
)
.subscribe({
  next: (streamData) => {
    // 「同じデータは流れない」と出力される
    console.log(`receiver=${streamData}`);
  }
});

実行結果(1)

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。
コード中のコメントのとおり、最後に連続している「流れない」は両方処理されずに片方だけ `subscribe`` に流れていることが分かります。

receiver=同じ
receiver=データ
receiver=は
receiver=流れない

同じ値ではあるが連続していないケース

import {
  of,
  distinctUntilChanged,
} from 'rxjs';

// (1) 最初のブロック
// 指定した文字列がストリームとなって順次流れていく
const streamData$ = of('同じ', '同じ', 'データ', 'だけど', '連続していないから', '同じ', '値でも', '流れる', 'は', '流れる',);

// (2) 二番目のブロック
streamData$
.pipe(
  // 連続した同じデータは処理されないが、間に別の値が挟まった場合は同じデータでも処理される
  distinctUntilChanged()
)
.subscribe({
  next: (streamData) => {
    // 「同じデータでも連続していないから流れるは流れる」と出力される
    console.log(`receiver=${streamData}`);
  }
});

実行結果(2)

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。
「同じ」は 2つ 続いているために処理されていないこと、「流れる」は同じ文字列ではあるものの間に「は」を挟んでいるので subscribe まで流れていることが分かります。

receiver=同じ
receiver=データ
receiver=だけど
receiver=連続していないから
receiver=同じ
receiver=値でも
receiver=流れる
receiver=は
receiver=流れる

distinctUntilChanged の動きを確認する( comparator で条件指定あり )

comparator は distinctUntilChanged の第一引数に指定する関数です。
シグネチャは次のとおりです。

/**
 * @param
 *  第一引数: 前回のストリーム
 *  第二引数: 今回のストリーム 
 * 
 * @returns 真偽値
 *  true が返った場合は処理を後続に流さない
 *  false が返った場合は処理を後続に流す
 */
((previous: K, current: K) => boolean)

詳しくは公式ドキュメントの こちら をご参照ください。

前後で違うものは出力しない( 前後で同じものを出力する )

import {
  of,
  distinctUntilChanged,
} from 'rxjs';

// (1) 最初のブロック
// 指定した文字列がストリームとなって順次流れていく
const streamData$ = of('同じ', '同じ', 'データ', 'だけど', '連続していないから', '同じ', '値でも', '流れる', 'は', '流れる');

// (2) 二番目のブロック
streamData$
.pipe(
  distinctUntilChanged((prev, current) => {
    // 前後で違うものは出力しない( 前後で同じものを出力する )
    return prev !== current;
  })
)
.subscribe({
  next: (streamData) => {
    // 「同じ同じ同じ」と出力される
    console.log(`receiver=${streamData}`);
  }
});

実行結果(3)

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。

receiver=同じ
receiver=同じ
receiver=同じ

ストリームには '同じ', '同じ', 'データ', 'だけど', '連続していないから', '同じ', '値でも', '流れる', 'は', '流れる' が順に流れてきます。
comparator は最初のストリームである 同じ から順次値をチェックします。
comparator の条件は prev !== current で 前後で値が異なる場合は true としているので、前後で違うものは出力しない ( つまり 前後で同じものを出力する ) 動きとなります。

注目
ここで 前後で違うものは出力しない という点とログの出方に注目です。
ログには 「同じ同じ同じ」と出ましたが、ストリームでは「同じ」が 2つ 続いた後、次の「同じ」までいくつかのストリームが流れています。
つまり、ストリーム上では 3つ目 の「同じ」は前のストリームとは異なります。にも関わらず、前後で違うものは出力しない に従い 3つ目 の「同じ」が出力されています。
これは次の動きとなっていることを示しています。

distinctUntilChanged で comparator を指定した場合、comparator の 第一引数である prev には 前回処理時に後続のストリームに流れた値が保持されている

distinctUntilChanged のブロックで comparator 内に次のようにログを仕込んでみてください。
prev には 「同じ」が延々と出力されます。

  distinctUntilChanged((prev, current) => {
    console.log({
      prev,
      current
    })
    // 前後で違うものは出力しない
    return prev !== current;
  })

// Logs:
// receiver=同じ
// {prev: "同じ", current: "同じ"}
// receiver=同じ
// {prev: "同じ", current: "データ"}
// {prev: "同じ", current: "だけど"}
// {prev: "同じ", current: "連続していないから"}
// {prev: "同じ", current: "同じ"}
// receiver=同じ
// {prev: "同じ", current: "値でも"}
// {prev: "同じ", current: "流れる"}
// {prev: "同じ", current: "は"}
// {prev: "同じ", current: "流れる"}

前後で同じものは出力しない( 前後で違うものを出力する )( 通常と同じうごき )

import {
  of,
  distinctUntilChanged,
} from 'rxjs';

// (1) 最初のブロック
// 指定した文字列がストリームとなって順次流れていく
const streamData$ = of('同じ', '同じ', 'データ', 'だけど', '連続していないから', '同じ', '値でも', '流れる', 'は', '流れる',);

// (2) 二番目のブロック
streamData$
.pipe(
  distinctUntilChanged((prev, current) => {
    // 前後で同じものは出力しない( 前後で違うものを出力する )
    return prev === current;
  })
)
.subscribe({
  next: (streamData) => {
    // 「同じデータでも連続していないから流れるは流れる」と出力される
    console.log(`receiver=${streamData}`);
  }
});

実行結果(4)

このサンプルコードの実行結果は次のとおりです。

receiver=同じ
receiver=データ
receiver=だけど
receiver=連続していないから
receiver=同じ
receiver=値でも
receiver=流れる
receiver=は
receiver=流れる

先程のコードと同じく、ストリームには '同じ', '同じ', 'データ', 'だけど', '連続していないから', '同じ', '値でも', '流れる', 'は', '流れる' が順に流れてきます。
comparator は最初のストリームである 同じ から順次値をチェックします。
comparator の条件は prev === current で 前後で値が同じ場合は true としているので、前後で同じものは出力しない ( 前後で違うものを出力する ) 動きとなります。
つまり comperator を指定しないときと同じ動きです。

補足

本記事で first を使用することで、ストリームが流れる回数を最初の一回のみに制限できることを見てきました。
この ストリームが流れる回数を最初の一回のみに制限 する動きについて Angular の HttpClientModule が似た動きをするので、それについて触れておきます。

Angular の HttpClientModule

Angular では Http クライアントの実装で HttpClientModule に含まれる HttpClient を利用することが多いと思います。
この HttpClient でも RxJS を利用していますので、それについて補足します。

HttpClient は REST-API をコールするときに利用するモジュールで、REST-API からのレスポンスとして RxJS の Observable を返してくれます。
ということは 当然ストリームが流れてくるわけですが、REST-API からのストリームが延々と流れてくるのでは困ります。
が、HttpClient ではそのことを気にする必要はありません。また first を使って制限をかける必要もありません。

以下、公式からの転載です。

( 転載もと: HttpClient のメソッドはひとつの値を返す )

( 太字については本記事にて加工しました )

HTTPはリクエスト/レスポンスプロトコルです。 リクエストを送信すると、ひとつのレスポンスを返却します。

一般には、Observableは時間によって複数の値を返すことが 可能 です。 HttpClientが返すObservableは常にひとつの値を発行してから完了する ので、再び値を発行することはありません。

ということで 繰り返しになりますが、 HttpClient を用いた場合、first でストリームが流れる回数に対して制限を掛ける必要はありません。

補足の補足 - HttpClient における subscribe のイベント

上記を更に補足します。RxJS の subscribe には次のイベントが用意されています。
それぞれ

  • next
    • 複数回流れる
    • データを伴って流れる
  • error
    • 一回だけ流れる
    • データを伴って流れる
  • complete
    • 一回だけ流れる
    • データを伴って流れない

というものです。これに対して Angular の HttpClient では 値が取得できたら next, 次に complete を流し ます。
ということは、 HttpClient で流れてきたストリームに対して first を使っても、(complete が流れてきているので) その前後で動きが変わることがない、となります。

つまり HttpCliente 使うときに first は 使っても使わなくても結果は変わらず、よって 使う必要がない イコール 不要、となります。

まとめにかえて

本記事では Operators から Pipe と Filtering Operators について触れました。
Operators にはまだまだたくさんのオペータがあります。それらについては次回以降で触れていきます。

参考

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