Java9第四篇-Reactive Stream API响应式编程

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我计划在后续的一段时间内，写一系列关于java 9的文章，虽然java 9 不像Java 8或者Java 11那样的核心java版本，但是还是有很多的特性值得关注。期待您能关注我，我将把java 9 写成一系列的文章，大概十篇左右。

• java9第一篇-可以在interface中定义私有方法了
• java9第二篇-Java9改进try-with-resources语法
• java9第三篇-支持多JDK版本下运行的Jar文件打包方式

Java 9的 Reactive Streams是对异步流式编程的一种实现。它基于异步发布和订阅模型，具有非阻塞“背压”数据处理的特点。

Non-blocking Back Pressure(非阻塞背压)：它是一种机制，让发布订阅模型中的订阅者避免接收大量数据（超出其处理能力），订阅者可以异步通知发布者降低或提升数据生产发布的速率。它是响应式编程实现效果的核心特点！

一、Java9 Reactive Stream API

Java 9提供了一组定义响应式流编程的接口。所有这些接口都作为静态内部接口定义在java.util.concurrent.Flow类里面。

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下面是Java 响应式编程中的一些重要角色和概念，先简单理解一下

• 发布者（Publisher）是潜在的无限数量的有序数据元素的生产者。 它根据收到的需求(subscription)向当前订阅者发布一定数量的数据元素。
• 订阅者（Subscriber）从发布者那里订阅并接收数据元素。与发布者建立订阅关系后，发布者向订阅者发送订阅令牌（subscription），订阅者可以根据自己的处理能力请求发布者发布数据元素的数量。
• 订阅令牌（subscription）表示订阅者与发布者之间建立的订阅关系。 当建立订阅关系后，发布者将其传递给订阅者。 订阅者使用订阅令牌与发布者进行交互，例如请求数据元素的数量或取消订阅。

二、Java响应式编程四大接口

2.1.Subscriber Interface（订阅者订阅接口）

public static interface Subscriber {
    public void onSubscribe(Subscription subscription);
    public void onNext(T item);
    public void onError(Throwable throwable);
    public void onComplete();
}

• onSubscribe：在发布者接受订阅者的订阅动作之后，发布任何的订阅消息之前被调用。新创建的Subscription订阅令牌对象通过此方法传递给订阅者。
• onNext：下一个待处理的数据项的处理函数
• onError：在发布者或订阅遇到不可恢复的错误时调用
• onComplete：当没有订阅者调用（包括onNext()方法）发生时调用。

2.2.Subscription Interface （订阅令牌接口）

订阅令牌对象通过Subscriber.onSubscribe()方法传递

public static interface Subscription {
    public void request(long n);
    public void cancel();
}

• request(long n)是无阻塞背压概念背后的关键方法。订阅者使用它来请求n个以上的消费项目。这样，订阅者控制了它当前能够接收多少个数据。
• cancel()由订阅者主动来取消其订阅，取消后将不会在接收到任何数据消息。

2.3.Publisher Interface(发布者接口)

@FunctionalInterface
public static interface Publisher {
    public void subscribe(Subscriber subscriber);
}

调用该方法，建立订阅者Subscriber与发布者Publisher之间的消息订阅关系。

2.4.Processor Interface（处理器接口）

处理者Processor 可以同时充当订阅者和发布者，起到转换发布者——订阅者管道中的元素的作用。用于将发布者T类型的数据元素，接收并转换为类型R的数据并发布。

public static interface Processor extends Subscriber, Publisher {
}

二、实战案例

现在我们要去实现上面的四个接口来完成响应式编程

• Subscription Interface订阅令牌接口通常不需要我们自己编程去实现，我们只需要在知道request()方法和cancle()方法含义即可。
• Publisher Interface发布者接口，Java 9 已经默认为我们提供了实现SubmissionPublisher，该实现类除了实现Publisher接口的方法外，提供了一个方法叫做submit()来完成消息数据的发送。
• Subscriber Interface订阅者接口，通常需要我们自己去实现。因为在数据订阅接收之后，不同的业务有不同的处理逻辑。
• Processor实际上是 Publisher Interface和Subscriber Interface的集合体，有需要数据类型转换及数据处理的需求才去实现这个接口

下面的例子实现的式字符串的数据消息订阅处理

实现订阅者Subscriber Interface

import java.util.concurrent.Flow;

public class MySubscriber implements Flow.Subscriber {

  private Flow.Subscription subscription;  //订阅令牌

  @Override
  public void onSubscribe(Flow.Subscription subscription) {
      System.out.println("订阅关系建立onSubscribe: " + subscription);
      this.subscription = subscription;
      subscription.request(2);
  }

  @Override
  public void onNext(String item) {
      System.out.println("item: " + item);
      // 一个消息处理完成之后，可以继续调用subscription.request(n);向发布者要求数据发送
      //subscription.request(n);
  }

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

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

SubmissionPublisher消息发布者

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 sb = new SubmissionPublisher<>(executor, Flow.defaultBufferSize());
      sb.subscribe(new MySubscriber());   //建立订阅关系，可以有多个订阅者
      sb.submit("数据 1");  //发送消息1
      sb.submit("数据 2"); //发送消息2
      sb.submit("数据 3"); //发送消息3

      executor.shutdown();
  }
}

控制台打印输出结果

订阅关系建立
onSubscribe: java.util.concurrent.SubmissionPublisher$BufferedSubscription@27e81a39
item: 数据 1
item: 数据 2

请注意：即使发布者submit了3条数据，MySubscriber也仅收到了2条数据进行了处理。是因为我们在MySubscriber#onSubscribe()方法中使用了subscription.request(2);。这就是“背压”的响应式编程效果，我有能力处理多少数据，就会通知消息发布者给多少数据。

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