JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

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

JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

 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*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

JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

  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](http://cdn.askajohnny.com/Xnip2020-02-25_13-34-49.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

JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

 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 one rror(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

JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

 **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**

JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

 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 one rror(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 one rror(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);
      }
    }

JDK9新特性 Reactive Stream 响应式流

 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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