Java9第四篇-Reactive Stream API響應式程式設計

字母哥部落格 發表於 2020-10-17

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我計劃在後續的一段時間內,寫一系列關於java 9的文章,雖然java 9 不像Java 8或者Java 11那樣的核心java版本,但是還是有很多的特性值得關注。期待您能關注我,我將把java 9 寫成一系列的文章,大概十篇左右。

Java 9的 Reactive Streams是對非同步流式程式設計的一種實現。它基於非同步釋出和訂閱模型,具有非阻塞“背壓”資料處理的特點。

Non-blocking Back Pressure(非阻塞背壓):它是一種機制,讓釋出訂閱模型中的訂閱者避免接收大量資料(超出其處理能力),訂閱者可以非同步通知釋出者降低或提升資料生產釋出的速率。它是響應式程式設計實現效果的核心特點!

一、Java9 Reactive Stream API

Java 9提供了一組定義響應式流程式設計的介面。所有這些介面都作為靜態內部介面定義在java.util.concurrent.Flow類裡面。

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下面是Java 響應式程式設計中的一些重要角色和概念,先簡單理解一下

  • 釋出者(Publisher)是潛在的無限數量的有序資料元素的生產者。 它根據收到的需求(subscription)向當前訂閱者釋出一定數量的資料元素。
  • 訂閱者(Subscriber)從釋出者那裡訂閱並接收資料元素。與釋出者建立訂閱關係後,釋出者向訂閱者傳送訂閱令牌(subscription),訂閱者可以根據自己的處理能力請求釋出者釋出資料元素的數量。
  • 訂閱令牌(subscription)表示訂閱者與釋出者之間建立的訂閱關係。 當建立訂閱關係後,釋出者將其傳遞給訂閱者。 訂閱者使用訂閱令牌與釋出者進行互動,例如請求資料元素的數量或取消訂閱。

二、Java響應式程式設計四大介面

2.1.Subscriber Interface(訂閱者訂閱介面)

public static interface Subscriber<T> {
    public void onSubscribe(Subscription subscription);
    public void onNext(T item);
    public void onError(Throwable throwable);
    public void onComplete();
}
  • onSubscribe:在釋出者接受訂閱者的訂閱動作之後,釋出任何的訂閱訊息之前被呼叫。新建立的Subscription訂閱令牌物件通過此方法傳遞給訂閱者。
  • onNext:下一個待處理的資料項的處理函式
  • onError:在釋出者或訂閱遇到不可恢復的錯誤時呼叫
  • onComplete:當沒有訂閱者呼叫(包括onNext()方法)發生時呼叫。

2.2.Subscription Interface (訂閱令牌介面)

訂閱令牌物件通過Subscriber.onSubscribe()方法傳遞

public static interface Subscription {
    public void request(long n);
    public void cancel();
}
  • request(long n)是無阻塞背壓概念背後的關鍵方法。訂閱者使用它來請求n個以上的消費專案。這樣,訂閱者控制了它當前能夠接收多少個資料。
  • cancel()由訂閱者主動來取消其訂閱,取消後將不會在接收到任何資料訊息。

2.3.Publisher Interface(釋出者介面)

@FunctionalInterface
public static interface Publisher<T> {
    public void subscribe(Subscriber<? super T> subscriber);
}

呼叫該方法,建立訂閱者Subscriber與釋出者Publisher之間的訊息訂閱關係。

2.4.Processor Interface(處理器介面)

處理者Processor 可以同時充當訂閱者和釋出者,起到轉換髮布者——訂閱者管道中的元素的作用。用於將釋出者T型別的資料元素,接收並轉換為型別R的資料併發布。

public static interface Processor<T,R> extends Subscriber<T>, Publisher<R> {
}

二、實戰案例

現在我們要去實現上面的四個介面來完成響應式程式設計

  • Subscription Interface訂閱令牌介面通常不需要我們自己程式設計去實現,我們只需要在知道request()方法和cancle()方法含義即可。
  • Publisher Interface釋出者介面,Java 9 已經預設為我們提供了實現SubmissionPublisher,該實現類除了實現Publisher介面的方法外,提供了一個方法叫做submit()來完成訊息資料的傳送。
  • Subscriber Interface訂閱者介面,通常需要我們自己去實現。因為在資料訂閱接收之後,不同的業務有不同的處理邏輯。
  • Processor實際上是 Publisher Interface和Subscriber Interface的集合體,有需要資料型別轉換及資料處理的需求才去實現這個介面

下面的例子實現的式字串的資料訊息訂閱處理

實現訂閱者Subscriber Interface

import java.util.concurrent.Flow;

public class MySubscriber implements Flow.Subscriber<String> {

  private Flow.Subscription subscription;  //訂閱令牌

  @Override
  public void onSubscribe(Flow.Subscription subscription) {
      System.out.println("訂閱關係建立onSubscribe: " + subscription);
      this.subscription = subscription;
      subscription.request(2);
  }

  @Override
  public void onNext(String item) {
      System.out.println("item: " + item);
      // 一個訊息處理完成之後,可以繼續呼叫subscription.request(n);向釋出者要求資料傳送
      //subscription.request(n);
  }

  @Override
  public void onError(Throwable throwable) {
      System.out.println("onError: " + throwable);
  }

  @Override
  public void onComplete() {
      System.out.println("onComplete");
  }
}

SubmissionPublisher訊息釋出者

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

public class SubmissionPublisherExample {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
      ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
      SubmissionPublisher<String> sb = new SubmissionPublisher<>(executor, Flow.defaultBufferSize());
      sb.subscribe(new MySubscriber());   //建立訂閱關係,可以有多個訂閱者
      sb.submit("資料 1");  //傳送訊息1
      sb.submit("資料 2"); //傳送訊息2
      sb.submit("資料 3"); //傳送訊息3

      executor.shutdown();
  }
}

控制檯列印輸出結果

訂閱關係建立
onSubscribe: [email protected]e81a39
item: 資料 1
item: 資料 2

請注意:即使釋出者submit了3條資料,MySubscriber也僅收到了2條資料進行了處理。是因為我們在MySubscriber#onSubscribe()方法中使用了subscription.request(2);。這就是“背壓”的響應式程式設計效果,我有能力處理多少資料,就會通知訊息釋出者給多少資料。

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