學習響應式編程 Reactor (3) - reactor 基礎


Reactor

Reactor 項目的主要 artifact 是 reactor-core,這是一個基於 Java 8 的實現了響應式流規范的響應式庫。

Reactor 提供了實現 Publisher 的響應式類 Flux 和 Mono,以及豐富的操作符。一個 Flux 代表 0...N 個元素的響應式流;一個 Mono 代表 0|1 個元素的響應式流。

Flux 和 Mono 之間可以轉換,比如 Flux 的 count 操作(計算流中元素個數)返回 Mono,Mono 的 concatWith 操作(連接另一個響應式流)返回 Flux。

Flux

Flux<T> 是一個能夠發出 0 到 N 個元素的標准 Publisher<T>,它會被一個完成(completion)或錯誤(error)信號終止。因此,一個 Flux 的可能結果是 value、completion
或 value,這三個分別會傳遞給訂閱者中的 onNext、onComplete、onError 方法。

注意:所有的信號事件,包括代表終止的信號事件都是可選的。如果沒有 onNext 事件,但是有 onComplete 事件,那么發出的就是空的有限流;如果去掉 onComplete
就得到一個 無限的空數據流。無限的數據流可以不是空的,比如 Flux.interval(Duration) 生成的是一個 Flux ,這是一個無限周期性發出規律整數的時鍾數據流。

下圖展示的是 Flux 基於時間線的彈珠交互圖,通過操作符轉換 Flux 中元素:

  • 上面那條線表示的是 Flux 數據流時間線,時間從左至右
  • 上面那條線中的彈珠代表示的是 Flux 發出的 數據元素
  • 上面那條線最后的垂直線表示的是 Flux 已經完成成功事件
  • 中間的箭頭虛線和框表示的是 Flux 中的元素正在被轉換,框內的文字表示的是轉換的方式(包含操作符)
  • 下面那條線表示的是 FLux 經過轉換后的新數據流
  • 如果由於某種原因導致 Flux 的轉換終止,將使用 X 來代替 垂直線

后續在學習操作符的過程中,我們將見到很多類似的彈珠圖,請大家詳細了解清楚該圖各部分的含義。

Mono

Mono<T> 是一種特殊的Publisher<T>,它最多只能發出一個元素,然后(可選的)終止於 onComplete 或 onError 信號。

Mono 中的操作符是 Flux 中操作符的子集,即 Flux 中只有部分操作符適用於 Mono,有些操作符是將 Mono 和另一個 Publisher 連接轉換為 Flux。例如,Mono#concatWith(Publisher
) 轉換為 Flux,Mono#then(Mono) 返回另一個 Mono。

注意:可以使用 Mono 來創建一個只有完成概念的空值異步處理過程(類似於 Runnable)。

下圖展示的是 Mono 基於時間線的彈珠交互圖:

創建 Flux 和 Mono

如同創建 Java Stream 一樣,Reactor 也為我們提供了 多個工廠方法用來創建 Flux 和 Mono,有了 Stream 的基礎,創建的基本方法我們來快速過一下。

下面的創建方法,如果是 Flux 或 Mono 獨有的,會在方法名前增加類名前綴。

下面的示例代碼中都有用到 subscribe 方法,下面會講到,大家先了解它是響應式流的訂閱方法,用於觸發流,類似於 Java Stream 中的終端操作。

just

使用提供的元素發出數據然后結束的流。

Mono.just("hello, world").subscribe(System.out::println);
Mono.justOrEmpty(str).subscribe(System.out::println);
Mono.justOrEmpty(optional).subscribe(System.out::println);

Flux.just("hello", "world").subscribe(System.out::println);
Flux.just("hello").subscribe(System.out::println);

Flux#fromXxx

Flux 提供了 fromArray(從數組)、fromIterable(從迭代器)、fromStream(從 Java Stream 流) 的方式來創建 Flux。

String[] array = new String[]{"hello", "reactor", "flux"};
List<String> iterable = Arrays.asList("foo", "bar", "foobar");

Flux.fromArray(array).subscribe(System.out::println);
Flux.fromIterable(iterable).subscribe(System.out::println);
Flux.fromStream(Arrays.stream(array)).subscribe(System.out::println);

Flux#range

從 start 開始構建一個 Flux,該 Flux 僅發出一系列遞增計數的整數。 也就是說,在 start(包括)和 start + count(排除)之間發出整數,然后完成。見圖識意:

Flux.range(3, 5).subscribe(System.out::println);

Flux#interval

在全局計時器上創建一個 Flux,該 Flux 在初始延遲后,發出從0開始並以指定的時間間隔遞增的長整數。 如果未及時產生,則會通過溢出 IllegalStateException 發出 onError
信號,詳細說明無法發出的原因。 在正常情況下,Flux 將永遠不會完成。interval 提供了 3 個重載方法,三者的區別主要在於是否延遲發出、以及使用的調度器。

interval 生成的是一個無限數據流。

Flux<Long> interval(Duration period)
Flux<Long> interval(Duration delay, Duration period)
Flux<Long> interval(Duration delay, Duration period, Scheduler timer)
  • 第 1 個方法,沒有延遲,按照 period 的周期立即發出,默認使用 Schedulers.parallel() 調度器
  • 第 2 個方法,以 delay 延遲,按照 period 的周期發出,默認使用 Schedulers.parallel() 調度器
  • 第 3 個方法,以 delay 延遲,按照 period 的周期發出,使用指定的調度器

見圖識意:

Flux.interval(Duration.ofMillis(30), Duration.ofMillis(500)).subscribe(System.out::println);

empty

生成一個空的有限流。見圖識意:

Flux.empty().subscribe(System.out::println, System.out::println, () -> System.out.println("結束"));

never

生成一個空的無限流。見圖識意:

Flux.never().subscribe(System.out::println, System.out::println, () -> System.out.println("結束"));

error

生成一個錯誤流。error 有 3 個重載方法,它們的主要區別是否立即生成錯誤及是否由 Supplier 提供,見圖識意:

Flux.error(new IllegalStateException(), true)
    .log()
    .subscribe(System.out::println, System.err::println);

其它

Flux 和 Mono 還提供了編程式的創建數據流的方法,諸如 create、generate、push、handle 等的方式,這些內容暫時不是我們的重點,這里我們不細展開,感興趣的可看 Api 進行研究下。

訂閱 Flux 和 Mono

在上面創建 Flux 和 Mono 筆記的示例代碼中,我們已經提到了 subscribe 訂閱,在 subscribe 訂閱中,Flux 和 Mono 支持 Java 8 Lambda 表達式。下面我們來看看 Reactor
為我們提供了哪些訂閱方法。

subscribe(); // ①

subscribe(Consumer<? super T> consumer);  // ②

subscribe(Consumer<? super T> consumer,
          Consumer<? super Throwable> errorConsumer); // ③

subscribe(Consumer<? super T> consumer,
          Consumer<? super Throwable> errorConsumer,
          Runnable completeConsumer); // ④

subscribe(Consumer<? super T> consumer,
          Consumer<? super Throwable> errorConsumer,
          Runnable completeConsumer,
          Consumer<? super Subscription> subscriptionConsumer); // ⑤

subscribe(Subscriber<? super T> actual); // ⑥
  1. 序號① 訂閱並觸發響應式流。
  2. 序號② 對每個生成的元素進行消費。
  3. 序號③ 對正常元素進行消費,對錯誤進行響應處理。
  4. 序號④ 對正常元素和錯誤均有響應,還定義了響應流正常完成后的回調。
  5. 序號⑤ 對正常元素、錯誤信號和完成信號均有響應,同時也定義了 對該 subscribe 返回的 Subscription 的回調處理。
  6. 序號⑥ 通過自定義實現 Subscriber 接口來訂閱。

注意:序號⑤ 變量傳遞一個 Subscription 的引用,如果不再需要更多元素時,可以通過它來取消訂閱。取消訂閱時,源頭會停止生成數據,並清理相關的資源。取消和清理的操作是在 Disposable 接口中定義的。

來看下序號 ⑤ 的 subscribe 的彈珠圖:

Flux.range(1, 4)
        .subscribe(System.out::println,
                error -> System.err.println("發生錯誤:" + error),
                () -> System.out.println("完成"),
                sub -> {
                    System.out.println("已訂閱");
                    // 理解背壓
                    // 嘗試修改下 request 中的值,看看有啥變化
                    sub.request(10);
                });

注意:序號⑥ 的方式支持背壓等操作,不在我們本次筆記的范疇,我們還是先略過,后期在學習。

補充

在上節我們講解 Reactor 調試部分時,遺漏了記錄數據流的日志方法,再此做下補充:除了基於 stack trace 的方式調試分析,我們還可以使用 log
操作符,來跟蹤響應式流並記錄日志。將它添加到操作鏈上之后,它會讀取每一個再其上游的 Flux 和 Mono 事件(包括 onNext、onError、onComplete、Subscribe、Cancel 和 Request)。

// 嘗試交換下 take 和 log 的順序,看看有啥變化
Flux.range(1, 10)
        // .log()
        .take(3)
        .log()
        .subscribe();

總結

本篇我們介紹了 Reactor 的基礎知識:先是了解了 Reactor 為我們提供的響應式流類 Flux 和 Mono,之后學習了如何創建他們和訂閱他們,因為有之前 Stream
的基礎,想來大家對這些知識點都好理解和接受。

今天的內容就學到這里,我們下篇開始學習 Reactor 的操作符。

源碼詳見:https://github.com/crystalxmumu/spring-web-flux-study-note 下 02-reactor-core-learning
模塊下 ReactorBasicLearningTest 測試類。

參考

  1. Reactor 3 Reference Guide
  2. Reactor 3 中文指南


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