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環(huán)境：Springboot2.4.11

概述

為什么創(chuàng)建了SpringWebFlux?

部分答案是需要一個非阻塞web堆棧來處理具有少量線程的并發(fā)性，并使用較少的硬件資源進(jìn)行擴(kuò)展。Servlet 3.1確實(shí)為非阻塞I/O提供了一個API。但是，使用它會導(dǎo)致Servlet API的其他部分出現(xiàn)偏差。這是一個新的公共API在任何非阻塞運(yùn)行時作為基礎(chǔ)的動機(jī)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榉?wù)器(如Netty)在異步、非阻塞空間中建立良好。

答案的另一部分是函數(shù)式編程。正如Java 5中添加注釋創(chuàng)造了機(jī)會(如帶注釋的REST控制器或單元測試)，Java 8中添加lambda表達(dá)式也為Java中的函數(shù)API創(chuàng)造了機(jī)會。這對于允許異步邏輯的聲明性組合的非阻塞應(yīng)用程序和延續(xù)式API(CompletableFuture和ReactiveX推廣)是一個福音。在編程模型級別，Java8支持SpringWebFlux提供功能性web端點(diǎn)和帶注釋的控制器。

什么是反應(yīng)式編程?

“反應(yīng)式”指的是圍繞對變化作出反應(yīng)而構(gòu)建的編程模型 — 響應(yīng)I/O事件的網(wǎng)絡(luò)組件、響應(yīng)鼠標(biāo)事件的UI控制器以及其他組件。非阻塞是反應(yīng)性的，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在不是被阻塞，而是在操作完成或數(shù)據(jù)可用時對通知作出反應(yīng)。還有另一個重要的機(jī)制，我們Spring團(tuán)隊(duì)將其與“反應(yīng)性”聯(lián)系起來，那就是無阻塞背壓。在同步命令式代碼中，阻塞調(diào)用作為一種自然形式的背壓，迫使調(diào)用方等待。在非阻塞代碼中，控制事件的速率變得非常重要，以便快速生產(chǎn)者不會壓倒其目的地。

Reactive Streams 是一個小規(guī)范(在Java9中也采用)，它定義了具有背壓的異步組件之間的交互。例如，數(shù)據(jù)存儲庫(充當(dāng)發(fā)布者)可以生成HTTP服務(wù)器(充當(dāng)訂戶)可以寫入響應(yīng)的數(shù)據(jù)。反應(yīng)流的主要目的是讓訂閱者控制發(fā)布者生成數(shù)據(jù)的速度。

Reactive Streams 在互操作性方面起著重要作用。它對庫和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組件很感興趣，但作為應(yīng)用程序API不太有用，因?yàn)樗募墑e太低。應(yīng)用程序需要更高級別、更豐富、功能更強(qiáng)大的API來組成異步邏輯 — 與Java8流API類似，但不僅僅針對集合。這就是反應(yīng)式庫所扮演的角色。

Reactor是Spring WebFlux的首選反應(yīng)庫。它提供了Mono和Flux API類型，通過與ReactiveX操作符詞匯表對齊的一組豐富的操作符來處理0..1(Mono)和0..N(Flux)的數(shù)據(jù)序列。反應(yīng)器是一個反應(yīng)流庫，因此，其所有操作員都支持非阻塞背壓。Reactor非常關(guān)注服務(wù)器端Java。它是與Spring密切合作開發(fā)的。

WebFlux需要Reactor作為核心依賴項(xiàng)，但它可以通過反應(yīng)流與其他反應(yīng)庫進(jìn)行互操作。作為一般規(guī)則，WebFlux API接受普通發(fā)布服務(wù)器作為輸入，在內(nèi)部將其調(diào)整為反應(yīng)器類型，使用該類型，并返回Flux或Mono作為輸出。

編程模型

Spring Web模塊包含了Spring WebFlux的基礎(chǔ)，包括HTTP抽象、支持服務(wù)器的反應(yīng)流適配器、編解碼器和與Servlet API相媲美的核心WebHandler-API，但是具有非阻塞契約。

在此基礎(chǔ)上，Spring WebFlux提供了兩種編程模型的選擇：

1. Annotated Controllers：與SpringMVC一致，并基于SpringWeb模塊中相同的注釋。SpringMVC和WebFlux控制器都支持反應(yīng)式(Reactor和RxJava)返回類型，因此很難區(qū)分它們。一個顯著的區(qū)別是WebFlux還支持反應(yīng)式@RequestBody參數(shù)。
2. Functional Endpoints: 基于Lambda的輕量級功能性編程模型。您可以將其視為一個小型庫或一組應(yīng)用程序可用于路由和處理請求的實(shí)用程序。帶注釋控制器的最大區(qū)別在于，應(yīng)用程序從頭到尾負(fù)責(zé)請求處理，而不是通過注釋聲明意圖并被回調(diào)。

適用性

Spring MVC or WebFlux如何選擇?

它們可以并排使用，并且來自各方的反饋對雙方都有利。下圖顯示了兩者之間的關(guān)系、它們的共同點(diǎn)以及各自唯一支持的內(nèi)容：

我們建議你考慮以下幾點(diǎn)：

• 如果你有一個運(yùn)行良好的SpringMVC應(yīng)用程序，則無需進(jìn)行更改。命令式編程是編寫、理解和調(diào)試代碼的最簡單方法。您可以選擇最多的庫，因?yàn)閺臍v史上看，大多數(shù)庫都是阻塞的。
• 如果你已經(jīng)在購買非阻塞web堆棧，Spring WebFlux提供了與此領(lǐng)域其他產(chǎn)品相同的執(zhí)行模型優(yōu)勢，還提供了服務(wù)器選擇(Netty、Tomcat、Jetty、Undertow和Servlet 3.1+容器)、編程模型選擇(annotated controllers and functional web endpoints)，以及可選擇的反應(yīng)庫(Reactor、RxJava或其他)。
• 如果你對用于Java8 Lambdas或Kotlin的輕量級功能性web框架感興趣，可以使用SpringWebFlux功能性web端點(diǎn)。對于需求不太復(fù)雜的小型應(yīng)用程序或微服務(wù)來說，這也是一個不錯的選擇，因?yàn)樗鼈兛梢詮母叩耐该鞫群涂刂浦蝎@益。
• 在微服務(wù)體系結(jié)構(gòu)中，可以混合使用具有SpringMVC或SpringWebFlux控制器或SpringWebFlux功能端點(diǎn)的應(yīng)用程序。在兩個框架中都支持相同的基于注釋的編程模型，這使得重用知識更加容易，同時也為正確的工作選擇了正確的工具。
• 評估應(yīng)用程序的一種簡單方法是檢查其依賴性。如果你有塊持久性API(JPA、JDBC)或網(wǎng)絡(luò)API可供使用，SpringMVC至少是通用體系結(jié)構(gòu)的最佳選擇。對于Reactor和RxJava來說，在單獨(dú)的線程上執(zhí)行阻塞調(diào)用在技術(shù)上是可行的，但是你不會充分利用非阻塞web堆棧。
• 如果你有一個SpringMVC應(yīng)用程序，可以調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)，請嘗試使用反應(yīng)式WebClient。你可以直接從SpringMVC控制器方法返回反應(yīng)類型(Reactor、RxJava或其他)。每次調(diào)用的延遲或調(diào)用之間的相互依賴性越大，好處就越顯著。SpringMVC控制器也可以調(diào)用其他反應(yīng)組件。
• 如果你有一個龐大的團(tuán)隊(duì)，請記住，在向非阻塞、函數(shù)式和聲明式編程轉(zhuǎn)變的過程中，學(xué)習(xí)曲線很陡峭。在沒有完全轉(zhuǎn)換的情況下啟動的一種實(shí)用方法是使用反應(yīng)式WebClient。除此之外，從小事做起，衡量效益。我們預(yù)計，對于廣泛的應(yīng)用，這種轉(zhuǎn)變是不必要的。如果您不確定要尋找哪些好處，請從了解非阻塞I/O的工作原理(例如，單線程N(yùn)ode.js上的并發(fā))及其效果開始。

應(yīng)用服務(wù)

Spring WebFlux在Tomcat、Jetty、Servlet3.1+容器以及Netty和Undertow等非Servlet運(yùn)行時上受支持。所有服務(wù)器都適用于低級別的通用API，以便跨服務(wù)器支持更高級別的編程模型。

Spring WebFlux沒有啟動或停止服務(wù)器的內(nèi)置支持。然而，從Spring配置和WebFlux基礎(chǔ)設(shè)施組裝應(yīng)用程序并用幾行代碼運(yùn)行它是很容易的。

Spring Boot有一個WebFlux啟動器，可以自動執(zhí)行這些步驟。默認(rèn)情況下，初學(xué)者使用Netty，但通過更改Maven或Gradle依賴項(xiàng)，可以很容易地切換到Tomcat、Jetty或Undertow。springboot默認(rèn)為Netty，因?yàn)樗鼜V泛地用于異步、無阻塞，并允許客戶端和服務(wù)器共享資源。

Tomcat和Jetty可以與Spring MVC和WebFlux一起使用。但是，請記住，它們的使用方式是非常不同的。SpringMVC依賴于Servlet阻塞I/O，并允許應(yīng)用程序在需要時直接使用Servlet API。Spring WebFlux依賴于Servlet3.1非阻塞I/O，并在低級適配器后面使用ServletAPI。它不暴露直接使用。

對于Undertow，Spring WebFlux直接使用Undertow API，而不使用ServletAPI。

性能

性能有許多特點(diǎn)和意義。響應(yīng)式和非阻塞通常不會使應(yīng)用程序運(yùn)行得更快。在某些情況下，它們可以(例如，如果使用WebClient并行運(yùn)行遠(yuǎn)程調(diào)用)。總的來說，它需要更多的工作來完成非阻塞方式的事情，這可以稍微增加所需的處理時間。

反應(yīng)式和非阻塞的主要預(yù)期好處是能夠用少量固定數(shù)量的線程和更少的內(nèi)存進(jìn)行擴(kuò)展。這使得應(yīng)用程序在負(fù)載下更具彈性，因?yàn)樗鼈円愿深A(yù)測的方式擴(kuò)展。然而，為了觀察這些好處，你需要有一些延遲(包括緩慢和不可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)I/O混合)。這就是反應(yīng)堆棧開始顯示其優(yōu)勢的地方，而差異可能是巨大的。

線程模型

在SpringMVC(以及一般的servlet應(yīng)用程序)中，假定應(yīng)用程序可以阻止當(dāng)前線程(例如，遠(yuǎn)程調(diào)用)。由于這個原因，servlet容器使用一個大的線程池來吸收請求處理期間的潛在阻塞。

在Spring WebFlux(以及一般的非阻塞服務(wù)器)中，假定應(yīng)用程序不阻塞。因此，非阻塞服務(wù)器使用一個小的、固定大小的線程池(事件循環(huán)工作者)來處理請求。

• 調(diào)用阻塞API

如果你確實(shí)需要使用阻塞庫怎么辦?Reactor和RxJava都提供publishOn操作符，以便在不同的線程上繼續(xù)處理。這意味著有一個容易逃生的艙口。但是，請記住，阻塞API并不適合此并發(fā)模型。

• 易變狀態(tài)

在Reactor和RxJava中，通過操作符聲明邏輯。在運(yùn)行時，會形成一個反應(yīng)式管道，在該管道中，數(shù)據(jù)會在不同的階段按順序處理。這樣做的一個關(guān)鍵好處是，它使應(yīng)用程序不必保護(hù)可變狀態(tài)，因?yàn)樵摴艿乐械膽?yīng)用程序代碼永遠(yuǎn)不會被并發(fā)調(diào)用。

• 線程模型

在運(yùn)行Spring WebFlux的服務(wù)器上，你希望看到哪些線程?

在“普通”Spring WebFlux服務(wù)器上(例如，沒有數(shù)據(jù)訪問或其他可選依賴項(xiàng))，您可以期望服務(wù)器有一個線程，其他幾個線程用于請求處理(通常與CPU核數(shù)相同)。然而，Servlet容器可以從更多線程開始(例如，Tomcat上的10個線程)，以支持Servlet(阻塞)I/O和Servlet 3.1(非阻塞)I/O使用。

反應(yīng)式WebClient以事件循環(huán)方式運(yùn)行。因此，您可以看到與此相關(guān)的少量固定數(shù)量的處理線程(例如，reactor http nio-帶有reactor Netty連接器)。但是，如果Reactor Netty同時用于客戶端和服務(wù)器，則默認(rèn)情況下，這兩個服務(wù)器共享事件循環(huán)資源。

Reactor和RxJava提供了線程池抽象，稱為調(diào)度程序，與publishOn操作符一起使用，publishOn操作符用于將處理切換到不同的線程池。調(diào)度程序的名稱表示特定的并發(fā)策略 — 例如，“并行”(用于CPU綁定的、線程數(shù)量有限的工作)或“彈性”(用于I/O綁定的、線程數(shù)量較多的工作)。如果你看到這樣的線程，則意味著某些代碼正在使用特定的線程池調(diào)度程序策略。

數(shù)據(jù)訪問庫和其他第三方依賴項(xiàng)也可以創(chuàng)建和使用自己的線程。

引入依賴

<dependency> 
  <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
  <artifactId>spring-boot-starter-webflux</artifactId> 
</dependency> 
<!--R2DBC是基于Reactive Streams標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的。通過使用R2DBC，你可以使用reactive API來操作數(shù)據(jù)。同時R2DBC只是一個開放的標(biāo)準(zhǔn)，而各個具體的數(shù)據(jù)庫連接實(shí)現(xiàn)，需要實(shí)現(xiàn)這個標(biāo)準(zhǔn)。--> 
<dependency> 
  <groupId>org.springframework.boot</groupId> 
  <artifactId>spring-boot-starter-data-r2dbc</artifactId> 
</dependency> 
<!--響應(yīng)式編程傳統(tǒng)的jdbc操作是阻塞式的，所以不能再用以前的mysql驅(qū)動了--> 
<dependency> 
  <groupId>dev.miku</groupId> 
  <artifactId>r2dbc-mysql</artifactId> 
</dependency> 

相關(guān)配置

spring: 
  r2dbc: 
    #連接數(shù)據(jù)庫的url，前綴不再是jdbc而是換成r2dbc 
    #這里可以配置連接池相關(guān)的其它屬性，這里為了簡潔不配置 
    url: r2dbc:mysql://localhost:3306/testjpa 
    username: root 
    password: 123123 

PO定義

@Table(value = "reactive_users") 
public class Users implements Serializable { 
  @Id 
  private Long id ; 
  private Integer age ; 
  private String name ; 
} 

DAO層定義

// 在使用JPA時經(jīng)常用到的是JpaRepository等；在反應(yīng)式編程中不能在使用了，只能用如下的接口 
public interface UsersRepository extends ReactiveCrudRepository<Users, Long>, ReactiveSortingRepository<Users, Long>{ 
  // 這里的方法名定義還是與使用data-jpa時一樣的定義   
  public Mono<Users> findByName(String name) ; 
} 

Service層定義

@Service 
public class UsersService { 
 
  @Resource 
  private UsersRepository usersRepository ; 
     
  @Transactional 
  public Mono<Users> save(Users users) { 
    return usersRepository.save(users) ; 
  } 
     
  public Mono<Users> getUsers(Long id) { 
    return usersRepository.findById(id) ; 
  } 
     
  public Flux<Users> list() { 
    return usersRepository.findAll() ; 
  } 
     
  public Mono<Users> getUsersByName(String name) { 
    return usersRepository.findByName(name) ; 
  } 
     
} 

Service中定義了CURD操作。

Controller接口定義

@RestController 
@RequestMapping("/users") 
public class UsersController { 
     
  @Resource 
  private UsersService usersService ; 
     
  @PostMapping("/save") 
  public Mono<Long> save(@RequestBody Users user) { 
    Mono<Users> res = usersService.save(user) ; 
    return res.flatMap(new Function<Users, Mono<Long>>() { 
      @Override 
      public Mono<Long> apply(Users t) { 
        return Mono.just(t.getId()) ; 
      } 
    }) ; 
  } 
     
  @GetMapping("/{id}") 
  public Mono<Users> getUsers(@PathVariable("id") Long id) { 
    return usersService.getUsers(id) ; 
  } 
     
  @GetMapping("/lists") 
  public Flux<Users> list() { 
    return usersService.list() ; 
  } 
     
  @GetMapping("/name") 
  public Mono<Users> name(String name) { 
    return usersService.getUsersByName(name) ; 
  } 
     
} 

Controller的定義還是與傳統(tǒng)的定義方式差不多，只是返回值要么是Mono(單一值)，要么是Flux(集合)對象。