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
JavaReactAPI程式設計

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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: java.util.concurrent.SubmissionPublisher$BufferedSubscription@27e81a39
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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