响应式编程系列（二）Reactor 入门总结

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Reactor 是一款基于 JVM 的完全非阻塞的响应式编程框架。它实现了 Reactive Streams 规范，具有高效的流量控制（以管理背压的形式），并扩展了大量特性，例如提供了丰富的 Operators 运算符。

先决条件

Reactor Core 需要在 Java 8 及以上版本运行。因为 Reactor 直接集成了 Java 8 的函数式 API，特别是：

  • java.util.CompletableFuture
  • java.util.stream.Stream
  • java.time.Duration

依赖安装

自 Reactor 3 开始（since reactor-core 3.0.4, with the Aluminium release train），Reactor 使用 BOM (Bill of Materials) 模型来管理依赖。BOM 将一组相关的、可以良好协作的构建（Maven Artifact）组合在一起，提供版本管理。避免构件间潜在的版本不兼容风险。

为项目引入该 BOM：

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<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>io.projectreactor</groupId>
            <artifactId>reactor-bom</artifactId>
            <version>${reactor.version}</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>

然后就可以为项目添加相关依赖。注意忽略版本号，以便由 BOM 统一管理版本号（除非你想覆盖 BOM 管理的版本号）：

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<dependencies>
    <!-- Reactor -->
    <dependency>
        <groupId>io.projectreactor</groupId>
        <artifactId>reactor-core</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.projectreactor</groupId>
        <artifactId>reactor-test</artifactId>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

这里 Reactor Core 传递依赖于 Reactive Stream 规范，如下：

reactor_dependencies

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<dependency>
  <groupId>org.reactivestreams</groupId>
  <artifactId>reactive-streams</artifactId>
  <version>1.0.2</version>
  <scope>compile</scope>
</dependency>

响应式编程

Reactor Core 提供了两个可组合式的异步串行 API：

  • reactor.core.publisher.Mono (for [0|1] elements)
  • reactor.core.publisher.Flux (for [N] elements)

这两个类都是 org.reactivestreams.Publisher 接口的实现类：

Publisher

Reactor Core 还提供了 org.reactivestreams.Subscriber 接口的实现类，如下（还有其它子类，此处不一一例举）：

Subscriber

LambdaSubscriber 的构造方法如下：

LambdaSubscriber 的构造方法

不过一般不会直接使用该实现类，而是使用 Mono、Flux 提供的 subscribe 方法（如下图），并传入 Lambda 表达式语句（代码即参数），由方法的实现负责将参数封装为 Subscriber 接口的实现类，供消费使用：

mono_subscribe

响应式编程，如 Reactor 旨在解决 JVM 上传统异步编程带来的缺点、以及编程范式上从命令式过渡到响应式编程：

阻塞带来的性能浪费

现代的应用程序通常有大量并发请求。即使现代的硬件性能不断提高，软件性能仍然是关键瓶颈。

广义上讲，有两种方法可以提高程序的性能：

  • 利用并行（parallel）使用更多 CPU 线程和更多硬件资源。
  • 提升现有资源的利用率。

通常，Java 开发者使用阻塞方式来编写程序。除非达到性能瓶颈，否则这种做法可行。之后，通过增加线程数，运行类似的阻塞代码。 但这种方式很快就会导致资源争用和并发问题。

更糟糕的是，阻塞会浪费资源。试想一下，程序一旦遇到一些延迟（特别是 I/O 操作，例如数据库请求或网络请求），就会挂起线程，从而导致资源浪费，因为大量线程处于空闲状态，等待数据，甚至导致资源耗尽。尽管使用池化技术可以提升资源利用率、避免资源耗尽，但只能缓解而不能解决根本问题，而且池内资源同样有耗尽的问题。

因此，并行技术并非银弹。

传统异步编程带来的缺点

Java 提供了两种异步编程模型：

  • Callbacks: 异步方法没有返回值，但是带有一个额外的 callback 回调参数（值为 Lambda 表达式或匿名类），回调参数在结果可用时被调用。
  • Futures: 异步方法调用后立即返回一个 Future<T> 对象。异步方法负责计算出结果值 T，由 Future 对象包装起来。该结果值并非立即可用，可以轮询该 Future 对象，直到结果值可用为止。这种方式顺序执行代码，将异步编程模型转为同步编程模型。ExecutorService 提供了方法 <T> Future<T> submit(Callable<T> task)。

两种模型都有一个共同的缺点：难以组合代码，从而导致代码可读性差、难以维护。例如，当业务逻辑复杂，步骤存在依赖关系时，会导致回调嵌套过深，从而导致著名的 Callback Hell 问题。

详见代码例子。

从命令式过渡到响应式编程

from_imperative_to_reactive_programming

参考

Reactor 框架，实现 Reactive Streams 规范，并扩展大量特性