聊聊Spring Reactor反应式编程

前言

为了应对高并发环境下的服务端编程，微软提出了一个实现异步编程的方案 -，中文名称反应式编程。随后，其它技术也迅速地跟上了脚步，像 通过 引入了类似的异步编程方式。 社区也没有落后很多， 和 公司提供了 和 技术，让 平台也有了能够实现反应式编程的框架。

正文

函数式编程

函数式编程是种编程方式，它将计算机的运算视为函数的计算。函数编程语言最重要的基础是λ演算，而λ演算的函数可以接受函数当作输入(参数)和输出(返回值)。 表达式对与大多数程序员已经很熟悉了， 以及 都是引入的 。

函数式编程的特点

惰性计算

函数是“第一等公民”

只使用表达式而不使用语句

没有副作用

反应式编程

反应式编程 是一种基于数据流和变化传递的声明式的编程范式。

反应式编程的特点

1. 事件驱动

在一个事件驱动的应用程序中，组件之间的交互是通过松耦合的生产者和消费者来实现的。这些事件是以异步和非阻塞的方式发送和接收的。

事件驱动的系统依靠推模式而不是拉模式或投票表决，即生产者是在有消息时才推送数据给消费者，而不是通过一种浪费资源方式：让消费者不断地轮询或等待数据。

2. 实时响应

程序发起执行以后，应该快速返回存储结果的上下文，把具体执行交给后台线程。待处理完成以后，异步地将真实返回值封装在此上下文中，而不是阻塞程序的执行。实时响应是通过异步编程实现的，例如：发起调用后，快速返回类似 中 对象。

3. 弹性机制

事件驱动的松散耦合提供了组件在失败下，可以抓获完全隔离的上下文场景，作为消息封装，发送到下游组件。在具体编程时可以检查错误，比如：是否接收到，接收的命令是否可执行等，并决定如何应对。

Reactor简介

框架是 基于 思想实现的。它符合 规范 ( 是由 、 、 等公司发起的) 的一项技术。其名字有反应堆之意，反映了其背后的强大的性能。

1. Reactive Programming

，中文称反应式编程。 是一种非阻塞、事件驱动数据流的开发方案，使用函数式编程的概念来操作数据流，系统中某部分的数据变动后会自动更新其他部分，而且成本极低。

其最早是由微软提出并引入到 .NET 平台中，随后 ES6 也引入了类似的技术。在 Java 平台上，较早采用反应式编程技术的是 Netflix 公司开源的 RxJava 框架。Hystrix 就是以 RxJava 为基础开发的。

反应式编程其实并不神秘，通过与我们熟悉的迭代器模式对比，便可了解其基本思想：

上面表格的中的 那一列便代表反应式编程的 的使用方式。它其实是观察者模式的一种延伸。

如果将迭代器模式看作是拉模式，那观察者模式便是推模式。

被订阅者主动推送数据给订阅者，触发 方法。异常和完成时触发另外两个方法。

被订阅者发生异常，则触发订阅者的方法进行异常捕获处理。

被订阅者每次推送都会触发一次方法。所有的推送完成且无异常时，方法将在最后触发一次。

如果 发布消息太快了，超过了 的处理速度，那怎么办？这就是 的由来。 框架需要提供背压机制，使得 能够控制消费消息的速度。

2. Reactive Streams

在 平台上， （开发了 ）、 （开发了 、 ）、 （开发了 、 ）共同制定了一个被称为 项目（规范），用于制定反应式编程相关的规范以及接口。

由以下几个组件组成：

发布者：发布元素到订阅者

订阅者：消费元素

订阅：在发布者中，订阅被创建时，将与订阅者共享

处理器：发布者与订阅者之间处理数据

其主要的接口有这三个：

Publisher

Subscriber

Subcription

其中， 中便包含了上面表格提到的 、 、 这三个方法。对于 ，只需要理解其思想就可以，包括基本思想以及 等思想即可。

3. Reactor的主要模块

框架主要有两个主要的模块：

reactor-core

reactor-ipc

前者主要负责 相关的核心的实现，后者负责高性能网络通信的实现，目前是基于 实现的。

4. Reactor的核心类

在 中，经常使用的类并不是很多，主要有以下两个：

Mono

实现了 接口，代表 到 个元素的发布者。

Flux

同样实现了 接口，代表 到 个元素的发表者。

Scheduler

代表背后驱动反应式流的调度器，通常由各种线程池实现。

5. WebFlux

引入的一个基于 而不是 的高性能的 框架 - ，但是使用方式并没有同传统的基于 的 有什么大的不同。

中 接口的示例：

最大的变化就是返回值从 所表示的一个对象变为 或 。

6. Reactive Streams、Reactor和WebFlux

上面介绍了反应式编程的一些概念。可能读者看到这里有些乱，梳理一下三者的关系：

是一套反应式编程标准和规范；

是基于 一套反应式编程框架；

以 为基础，实现 领域的反应式编程框架。

其实，对于业务开发人员来说，当编写反应式代码时，通常只会接触到 这个接口，对应到 便是 和 。

对于 和 这两个接口， 也有相应的实现。这些都是 和 这样的框架用到的。如果不开发中间件，开发人员是不会接触到的。

Reactor入门

接下来介绍一下 中 和 这两个类中的主要方法的使用。

如同 所引入的 一样， 的使用方式基本上也是分三步：

开始阶段的创建

中间阶段的处理

最终阶段的消费

只不过创建和消费可能是通过像 这样框架完成的（比如通过 中的 调用 接口，返回值便是一个 ）。但我们还是需要基本了解这些阶段的开发方式。

1. 创建 Mono 和 Flux（开始阶段）

使用 编程的开始必然是先创建出 或 。有些时候不需要我们自己创建，而是实现例如 中的 或 得到一个 或 。

使用 WebFlux WebClient 调用 HTTP 接口

使用 ReactiveMongoRepository 查询 User

但有些时候，我们也需要主动地创建一个 或 。

普通的创建方式

这样的创建方式在什么时候用呢？一般是用在经过一系列非IO型操作之后，得到了一个对象。接下来要基于这个对象运用 进行高性能的 操作时，可以用这种方式将之前得到的对象转换为 或 。

文艺的创建方式

上面是通过一个同步调用得到的结果创建出 或 ，但有时需要从一个非的异步调用的结果创建出 或 。

如果这个异步方法返回一个 ，那可以基于这个 创建一个 ：

如果这个异步调用不会返回 ，是有自己的回调方法，那怎么创建 呢？可以使用 方法：

在使用 之后， 已经不推荐使用，这里只是做演示。

2. 处理 Mono 和 Flux（中间阶段）

中间阶段的 和 的方法主要有 、 、 、 、 、 等。这些方法使用方法和 中的方法类似。

下面举几个 开发实际项目的问题，帮大家理解这些方法的使用场景：

问题一: map、flatMap 和 then 在什么时候使用

本段内容将涉及到如下类和方法：

方法：

方法：

方法：

类：

在 和中间环节的处理过程中，有三个有些类似的方法： 、 和 。这三个方法的使用频率很高。

传统的命令式编程

对应的反应式编程

从上面两段代码的对比就可以看出来 方法在其中起到的作用， 和 方法也有类似的作用。但这些方法之间的区别是什么呢？我们先来看看这三个方法的签名（以 为例）：

flatMap(Function> transformer)

map(Function mapper)

then(Monoother)

then()

看上去是下一步的意思，但它只表示执行顺序的下一步，不表示下一步依赖于上一步。 方法的参数只是一个 ，无从接受上一步的执行结果。而 和 的参数都是一个 ，入参是上一步的执行结果。

flatMap() 和 map()

和 的区别在于， 中的入参 的返回值要求是一个 对象，而 的入参 只要求返回一个普通对象。在业务处理中常需要调用 或 中的方法，这些方法的返回值都是 （或 ）。所以要将这些调用串联为一个整体链式调用，就必须使用 ，而不是 。

问题二：如何实现并发执行

本段内容将涉及到如下类和方法：

方法：

类：

类：

并发执行是常见的一个需求。 虽然是一种异步编程方式，但是异步不代表就是并发并行的。

在传统的命令式编程中，并发执行是通过线程池加 的方式实现的。

上面的代码虽然实现了异步调用，但 方法是阻塞的。在使用 开发有并发执行场景的反应式代码时，不能用上面的方式。

这时应该使用 和 中的 方法，以 为例，代码如下：

上述代码中，产生 和 的过程是并行的。比如，调用一个 接口的同时，执行一个数据库查询操作。这样就可以加快程序的执行。

但上述代码存在一个问题，就是 方法需要做强制类型转换。而强制类型转换是不安全的。好在 方法存在多种重载形式。除了最基本的形式以外，还有多种类型安全的形式：

对于不超过 个元素的合并操作，都有类型安全的 方法可选。以两个元素的合并为例，介绍一下使用方法：

上述代码中， 方法的参数是一个 ，表示一个二元数组，相应的还有 、 等。

对于两个元素的并发执行，也可以通过 方法直接将结果合并。方法是传递 实现合并算法。

问题三：集合循环之后的汇聚

本段内容将涉及到如下类和方法：

方法：

方法：

类：

另外一个稍微复杂的场景，对一个对象中的一个类型为集合类的（ 、 ）进行处理之后，再对原本的对象进行处理。使用迭代器模式的代码很容易编写：

当我们要用 风格的代码实现上述逻辑时，就不是那么简单了。这里会用到 的 方法。 方法的签名如下：

可以看出， 方法的功能是将一个聚合成一个 。

第一个参数: 返回值 中元素的初始值。

第二个参数: 是一个 ，用来实现聚合操作的逻辑。对于泛型参数 中：

第一个 : 表示每次聚合操作之后的结果的类型，它作为 方法的第一个入参；

第二个 : 表示集合中的每个元素的类型，它作为 方法的第二个入参；

第三个 : 表示聚合操作的结果，它作为 方法的返回值。

接下来看一下示例：

上面的示例代码中， 和 的类型相同。执行完上述代码之后， 方法会返回 。

3. 消费 Mono 和 Flux（结束阶段）

直接消费的 或 的方式就是调用 方法。如果在 接口中开发，直接返回 或 Flux 即可。 框架会完成最后的 输出工作。

小结

本文介绍了反应式编程的一些概念和 框架的基本用法，还介绍了如何用 解决一些稍微复杂一点的问题。 在 中有大量的应用，后面会给大家分享一些 实战系列的博客。

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