JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

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Aska小强
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    JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

     本篇主要讲解 JDK9特性 Reactive Stream 响应式流，介绍 Reactive Stream是什么 背压是什么，以及JDK9中提供的关于Reactive Stream的接口和 2个使用案例包括如何使用Processor。

     1.Reactive Stream 概念

     Reactive Stream (响应式流/反应流) 是JDK9引入的一套标准，是一套基于发布/订阅模式的数据处理规范。响应式流从2013年开始，作为提供非阻塞背压的异步流处理标准的倡议。 它旨在解决处理元素流的问题——如何将元素流从发布者传递到订阅者，而不需要发布者阻塞，或订阅者有无限制的缓冲区或丢弃。更确切地说，Reactive流目的是“找到最小的一组接口，方法和协议，用来描述必要的操作和实体以实现这样的目标：以非阻塞背压方式实现数据的异步流”。

     反应式流 (Reactive Stream) 规范诞生，定义了如下四个接口：

    Subscription 接口定义了连接发布者和订阅者的方法
Publisher<T> 接口定义了发布者的方法
Subscriber<T> 接口定义了订阅者的方法
Processor<T,R> 接口定义了处理器

     Reactive Stream 规范诞生后，RxJava 从 RxJava 2 开始实现 Reactive Stream 规范 ， 同时 Spring提供的Reactor 框架（WebFlux的基础） 等也相继实现了 Reactive Stream 规范

     下图展示了订阅者和发布者之间的交互

    Xnip20200225_131010.png

     2.背压（back pressure）概念

     如果生产者发出的信息比消费者能够处理消息最大量还要多，消费者可能会被迫一直在抓消息，耗费越来越多的资源，埋下潜在的崩溃风险。为了防止这一点，需要有一种机制使消费者可以通知生产者，降低消息的生成速度。生产者可以采用多种策略来实现这一要求，这种机制称为背压。

     简单来说就是

    • 背压指的发布者和订阅者之间的互动
    • 订阅者可以告诉发布者自己需要多少数据，可以调节数据流量，不会导致发布者发布数据过多导致数据浪费或压垮订阅者

     3.JDK9中 Reactive Stream规范的实现

     JDK9中Reactive Stream的实现规范 通常被称为 Flow API ，通过java.util.concurrent.Flow 和java.util.concurrent.SubmissionPublisher 类来实现响应式流

     在JDK9里Reactive Stream的主要接口声明在Flow类里，Flow 类中定义了四个嵌套的静态接口，用于建立流量控制的组件，发布者在其中生成一个或多个供订阅者使用的数据项：

    • Publisher：数据项发布者、生产者
    • Subscriber：数据项订阅者、消费者
    • Subscription：发布者与订阅者之间的关系纽带，订阅令牌
    • Processor：数据处理器

     Xnip20200225_132212.png

      3.1 发布者 Publisher

      Publisher 将数据流发布给注册的 Subscriber。 它通常使用 Executor 异步发布项目给订阅者。 Publisher 需要确保每个订阅的 Subscriber 方法严格按顺序调用。

    • subscribe：订阅者订阅发布者
        @FunctionalInterface 
    public static interface Flow.Publisher<T> { 
      public void subscribe(Subscriber<? super T> subscriber); 
    }
      3.2 订阅者 Subscriber

      Subscriber 订阅 Publisher 的数据流，并接受回调。 如果 Subscriber 没有发出请求，就不会收到数据。对于给定 订阅合同（Subscription），调用 Subscriber 的方法是严格按顺序的。

    • onSubscribe：发布者调用订阅者的这个方法来异步传递订阅 ， 这个方法在 publisher.subscribe方法调用后被执行
    • onNext：发布者调用这个方法传递数据给订阅者
    • onError：当 Publisher 或 Subscriber 遇到不可恢复的错误时调用此方法，之后不会再调用其他方法
    • onComplete：当数据已经发送完成，且没有错误导致订阅终止时，调用此方法，之后不再调用其他方法
      3.3 订阅合同 Subscription

      Subscription 用于连接 Publisher 和 Subscriber。Subscriber 只有在请求时才会收到项目，并可以通过 Subscription 取消订阅。Subscription 主要有两个方法：

    • request：订阅者调用此方法请求数据

    • cancel：订阅者调用这个方法来取消订阅，解除订阅者与发布者之间的关系

      public static interface Flow.Subscription {
  public void request(long n);
  public void cancel();
}
      3.4 处理器 Processor

      Processor 位于 Publisher 和 Subscriber 之间，用于做数据转换。可以有多个 Processor 同时使用，组成一个处理链，链中最后一个处理器的处理结果发送给 Subscriber。JDK 没有提供任何具体的处理器。处理器同时是订阅者和发布者，接口的定义也是继承了两者 即作为订阅者也作为发布者 ，作为订阅者接收数据，然后进行处理，处理完后作为发布者，再发布出去。

    /**
 * A component that acts as both a Subscriber and Publisher.
 *
 * @param <T> the subscribed item type
 * @param <R> the published item type
 */
public static interface Processor<T,R> extends Subscriber<T>, Publisher<R> {
}

    Xnip20200225_133449.png

     4.JDK9 中Reactive Stream（Flow API ）规范调用流程

     Publisher是能够发出元素的发布者，Subscriber是接收元素并做出响应的订阅者。当执行Publisher里的subscribe方法时，发布者会回调订阅者的onSubscribe方法，这个方法中，通常订阅者会借助传入的Subscription向发布者请求n个数据。然后发布者通过不断调用订阅者的onNext方法向订阅者发出最多n个数据。如果数据全部发完，则会调用onComplete告知订阅者流已经发完；如果有错误发生，则通过onError发出错误数据，同样也会终止流。

     其中，Subscription相当于是连接Publisher和Subscriber的“纽带（合同）”。因为当发布者调用subscribe方法注册订阅者时，会通过订阅者的回调方法onSubscribe传入Subscription对象，之后订阅者就可以使用这个Subscription对象的request方法向发布者“要”数据了。背压机制正是基于此来实现的。

    Xnip20200225_133733.png

     5.案例一 响应式基础使用案例

      5.1 以下代码简单演示了SubmissionPublisher 和这套发布-订阅框架的基本使用方式：

      注意要使用JDK9以上的版本

    /**
 * @author johnny
 * @create 2020-02-24 下午5:44
 **/
@Slf4j
public class ReactiveStreamTest {


public static void main(String[] args) throws InterruptedException {


    //1.创建 生产者Publisher JDK9自带的 实现了Publisher接口
    SubmissionPublisher<Integer> publisher = new SubmissionPublisher<>();

    //2.创建 订阅者 Subscriber，需要自己去实现内部方法

    Flow.Subscriber<Integer> subscriber = new Flow.Subscriber<>() {

        private Flow.Subscription subscription;

        @Override
        public void onSubscribe(Flow.Subscription subscription) {
            this.subscription = subscription;
            System.out.println("订阅成功。。");
            subscription.request(1);
            System.out.println("订阅方法里请求一个数据");
        }

        @Override
        public void onNext(Integer item) {
            log.info("【onNext 接受到数据 item : {}】 ", item);
            subscription.request(1);
        }

        @Override
        public void onError(Throwable throwable) {
            log.info("【onError 出现异常】");
            subscription.cancel();
        }

        @Override
        public void onComplete() {
            log.info("【onComplete 所有数据接收完成】");
        }
    };

    //3。发布者和订阅者 建立订阅关系 就是回调订阅者的onSubscribe方法传入订阅合同
    publisher.subscribe(subscriber);


    //4.发布者 生成数据
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        log.info("【生产数据 {} 】", i );
        //submit是一个阻塞方法，此时会调用订阅者的onNext方法
        publisher.submit(i);
    }


    //5.发布者 数据都已发布完成后，关闭发送，此时会回调订阅者的onComplete方法
    publisher.close();

    //主线程睡一会
    Thread.currentThread().join(100000);


  }
}

     打印输出结果

    Xnip20200225_134439.png

    看结果好像我们看不出来Reactive Stream有什么用 ，其实关键点在 publisher.submit(i); submit它是一个阻塞方法让我们把代码修改一点

    1.将onNext添加耗时操作，模拟业务耗时逻辑
    2.增加发布者发布数据的数量，模拟真实场景 无限数据

        @Override
        public void onNext(Integer item) {
            log.info("【onNext 接受到数据 item : {}】 ", item);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            subscription.request(1);
        }

    //发布者 生成数据
    for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
        log.info("【生产数据 {} 】", i );
        //submit是一个阻塞方法，此时会调用订阅者的onNext方法
        publisher.submit(i);
    }

     直接看打印

     会发现发布者 生成数据到256后就会停止生产，这是因为publisher.submit(i)方法是阻塞的，内部有个缓冲数组最大容量就是256，只有当订阅者发送 subscription.request(1); 请求后，才会从缓冲数组里拿按照顺序拿出数据传给 onNext方法 供订阅者处理，当subscription.request(1)这个方法被调用后，发布者发现数组里没有满才会再生产数据，这样就防止了生产者一次生成过多的数据把订阅者压垮，从而实现了背压机制

    Xnip20200225_135111.png

     6.案例二 响应式带 Processor 使用案例

      6.1创建自定义Processor
    package com.johnny.webflux.webfluxlearn.reactivestream;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.Flow;
import java.util.concurrent.SubmissionPublisher;

/**
 * 自定义 Processor
 *
 * @author johnny
 * @create 2020-02-25 下午1:56
 **/
@Slf4j
public class MyProcessor extends SubmissionPublisher<Integer> implements Flow.Processor<Integer, Integer> {

private Flow.Subscription subscription;

@Override
public void onSubscribe(Flow.Subscription subscription) {
    log.info("【Processor 收到订阅请求】");
    //保存订阅关系，需要用它来给发布者 相应
    this.subscription = subscription;

    this.subscription.request(1);
}

@Override
public void onNext(Integer item) {
    log.info("【onNext 收到发布者数据  : {} 】", item);

    //做业务处理。。
    if (item % 2 == 0) {
        //筛选偶数 发送给 订阅者
        this.submit(item);
    }
    this.subscription.request(1);
}

@Override
public void onError(Throwable throwable) {
    // 我们可以告诉发布者, 后面不接受数据了
    this.subscription.cancel();
 }

@Override
public void onComplete() {
    log.info("【处理器处理完毕】");
    this.close();
 }
}
      6.2 运行demo 关联publisher 和 Processor 和 subscriber
    package com.johnny.webflux.webfluxlearn.reactivestream;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.Flow;
import java.util.concurrent.SubmissionPublisher;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 带Processor的案例
 *
 * @author johnny
 * @create 2020-02-25 下午2:17
 **/
@Slf4j
public class ProcessorDemo {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {


    //创建发布者
    SubmissionPublisher<Integer> publisher = new SubmissionPublisher<>();


    //创建 Processor 即是发布者也是订阅者
    MyProcessor myProcessor = new MyProcessor();


    //创建最终订阅者
    Flow.Subscriber<Integer> subscriber = new Flow.Subscriber<>() {

        private Flow.Subscription subscription;

        @Override
        public void onSubscribe(Flow.Subscription subscription) {
            this.subscription = subscription;
            this.subscription.request(1);
        }

        @Override
        public void onNext(Integer item) {
            log.info("【onNext 从Processor 接受到过滤后的 数据 item : {}】 ", item);
            this.subscription.request(1);
        }

        @Override
        public void onError(Throwable throwable) {
            log.info("【onError 出现异常】");
            subscription.cancel();
        }

        @Override
        public void onComplete() {
            log.info("【onComplete 所有数据接收完成】");
        }
    };

    //建立关系 发布者和处理器， 此时处理器扮演 订阅者
    publisher.subscribe(myProcessor);

    //建立关系 处理器和订阅者  此时处理器扮演
    myProcessor.subscribe(subscriber);

    //发布者发布数据

    publisher.submit(1);
    publisher.submit(2);
    publisher.submit(3);
    publisher.submit(4);

    publisher.close();

    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

  }
}

    Xnip20200225_143039.png

     7.总结

     本篇主要讲解 JDK9特性 Reactive Stream 响应式流，介绍 Reactive Stream是什么 背压是什么，以及JDK9中提供的关于Reactive Stream的接口和 2个使用案例包括如何使用Processor。

     只需要关注JDK9提供的 4个接口，以及内部的方法，对着案例敲一遍代码 其实流程还是很简单的 加油吧！！！

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