【Spring Boot】响应式编程

1.WebFlux

WebFlux 是从 Spring Framework 5.0 开始引入响应式 Web 框架的。与 Spring MVC 不同，WebFlux 不需要 ServletAPI，在完全异步且无阻塞，并通过 Reactor 项目实现 Reactive Streams 规范。

WebFlux 可以在资源有限的情况下提高 系统的吞吐量和伸缩性（不是提高性能）。这意味着在资源相同的情况下，WebFlux 可以处理更多的请求（不是业务）。

WebFlux 除支持 RESTful Web 服务外，还可以用于提供动态 HTML 内容。

2.比较 MVC 和 WebFlux

Spring MVC 采用命令式编程的方式，代码被一句一句地执行，便于开发者理解与调试代码。WebFlux 则是基于异步响应式编程。

2.1 工作方式

• MVC：主线程接收到请求（request）→ 准备数据 → 返回数据。整个过程是单线程阻塞的，用户会感觉等待时间长是因为，在结果处理好之后才返回数据给浏览器。因此，如果请求很多，则吞吐量就上不去。
• WebFlux：主线程接收到请求 → 立刻返回数据与的数的组合（Mono 或 Flux，不是结果） → 开启一个新 Work 线程去做实际的数据准备工作，进行真正的业务操作 → Work 线程完成工作 → 返给用户真实数据（结果）。这种方式给人的感觉是响应时间很短，因为返回的是不变的常数，它不随用户数量的增加而变化。

2.2 Spring MVC 与 Spring WebFlux 的区别

对比项	Spring MVC	Spring WebFlux
地址（路由）映射	@Controller、@RequestMapping 等标准的 Spring MVC 注解	（1）Router Functions，提供一套函数式风格的 API，用于创建 Router、Handler 和 Filter （2）@Controller、@RequestMapping 等标准的 Spring MVC 注解
数据流	Servlet API	Reactive Streams：一种支持背压（backpressure）的异步数据流处理标准，主流实现有 RxJava 和 Reactor。Spring WebFlux 默认集成的是 Reactor
容器	Tomcat、Jetty、Undertow	Netty、Tomcat、Jetty、Undertow
I/O 模型	同步阻塞的 I/O 模型	异步非阻塞的 I/O 模型
吞吐性能	低	高
业务处理性能	一样	一样
支持数据库	NoSQL、SQL	支持 NoSQL，不支持 MySQL 等关系型数据库
请求和响应	HttpServletRequest 和 HttpServletResponse	ServerRequest 和 ServerResponse

2.3 使用 WebFlux 的好处

下面以餐厅 “叫号” 来比喻阻塞式开发与 WebFlux。

假设 “海底捞” 没有叫号机（前台服务员），店里有 200 个餐台供客人进餐，如果此时来了 201 个客人，那么最后一个客人就直接被拒绝服务了。

而现在有叫号机，来了 200 个客人正在用餐，后面再来 100 个客人，叫号机马上给后面的 100 个客人每人一个排队号。这样服务就不阻塞了，每个人都立马得到反馈。来再多的人也能立马给排号，但是进餐依然是阻塞的。

回到程序。我们假设，服务器最大线程资源数为 200 个，当前遇到 200个非常耗时的请求，如果再来 1 个请求时，阻塞式程序就已经处理不了（拒绝服务）了。

而对于 WebFlux，则可以做到立即响应（告诉用户等着），然后将收到的请求转发给 Work 线程去处理。WebFlux 只会对 Work 线程形成阻塞，如果再来请求也可以处理。其主要应用场景是在业务处理较耗时的场景中减少服务器资源的占用，提高并发处理速度。

对 WebFlux 的一个简单的理解就是：你来了，我立马应答你，但是服务需要等待；而不是你来了没人理你，咨询服务半天也回复不了。

结论：MVC 能满足的场景，就不需要改用 WebFlux。WebFlux 和 MVC 可以混合使用。如果开发 I/O 密集型服务，则可以选择用 WebFlux 实现。

如果在 pom.xml 文件中同时引用了 spring-boot-starter-web 和 spring-boot-starter-webflux 依赖，则优先会使用 spring-boot-starter-web。这时，控制台输出的启动日志会提示 “Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path”，而使用 WebFlux 会提示 “Netty started onport(s): 8080”。

3.Mono 和 Flux

3.1 Mono 和 Flux 是什么

Mono 和 Flux 是 Reactor 中的两个基本概念。

• Mono 和 Flux 属于 事件发布者，为消费者提供订阅接口。当有事件发生时，Mono 或 Flux 会回调消费者的相应方法，然后通知消费者相应的事件。这也是响应式编程模型。
• Mono 和 Flux 用于处理异步数据流，它不像 MVC 中那样直接返回 String/List，而是将异步数据流包装成 Mono 或 Flux 对象。

3.2 Mono 和 Flux 的区别

• Flux 可以发送很多 item，并且这些 item 可以经过若干算子（operators）后才被订阅。Mono 只能发送一个 item。

• Mono 主要用于返回单个数据。Flux 用于返回多个数据。如果要根据 id 查询某个 User 对象，则返回的肯定是单个 User，那么需要将其包装成 Mono<User>。若需要获取所有 User（这是一个集合），则需要将这个集合包装成 Flux<User>。这里的单个数据并不是指一个数据，而是指封装好的一个对象。多个数据就是多个对象。

• Mono 表示包含 0 或 1 个元素的异步序列。在该序列中可以包含 3 种不同类型的消息通知：正常的包含元素的消息、序列结束的消息、序列出错的消息。当消息通知（正常的包含元素的消息、序列结束的消息、序列出错的消息）产生时，订阅者中有对应的方法 onNext()、onComplete()、onError() 被调用。

• Flux 表示的是包含 0 到 N 个元素的异步序列，在该序列中可以包含与 Mono 相同的 3 种类型的消息通知。

• Flux 和 Mono 之间可以进行转换。对一个 Flux 序列进行计数操作时，得到的结果是 Mono<Long> 对象。把多个 Mono 序列合并在一起，得到的是一个 Flux 对象。

4.开发 WebFlux 的流程

4.1 注解式开发流程

WebFlux 是响应式框架，其中使用的 注解式开发方式 只是 Spring 团队为了更好地迁移而提的。和 MVC 开发模式一样，地址映射也是通过 @RequestMapping 提供的，用 @Controller 或 @RestController 来代替 Handler 类。

4.2 响应式开发流程

（1）创建 Handler 类。这里的 Handler 类相当于 Spring MVC 的 Controller 层中的方法体。在响应式编程中，请求和响应不再是 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse，而是变成了 ServerRequest 和 ServerResponse。

（2）配置 RouterFunction。RouterFunction 和注解 @RequestMapping 相似，都用于提供 URL 路径。RouterFunction 的格式也是固定的，第 1 个参数代表 路径，第 2 个参数代表 方法，合起来代表将 URL 映射到方法。

5.用注解式开发实现 Hello World

5.1 配置 WebFlux 依赖

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-webflux</artifactId>
</dependency>

5.2 编写控制器

用注解式开发 WebFlux 应用程序与 MVC 的开发方式是一样的。通过注解 @RestController 标注控制器类，通过注解 @GetMapping 指定映射路径。

package com.example.demo;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import reactor.core.publisher.Mono;@RestController
public class HelloWorldController {@GetMapping("/helloworld")public Mono<String> helloworld(){return Mono.just("This is WebFlux demo");}
}

启动工程后，控制台中输出如下：

可以看到，WebFlux 默认使用的是 Netty 服务器，而不是 MVC 模式下的 Tomcat 服务器。

6.用响应式开发方式开发 WebFlux

6.1 编写处理器类 Handler

Handler 相当于 MVC 中的 Controller。用于提供实现功能的方法。

package com.example.demo;import org.springframework.http.MediaType;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerRequest;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse;
import reactor.core.publisher.Mono;@Component
public class HelloWorldHandler {public Mono<ServerResponse> sayHelloWorld(ServerRequest serverRequest) {return ServerResponse.ok().contentType(MediaType.TEXT_PLAIN).body(Mono.just("This is WebFlux demo"), String.class);}
}

6.2 编写路由器类 Router

package com.example.demo;import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunction;
import org.springframework.web.reactive.function.server.ServerResponse;import static org.springframework.web.reactive.function.server.RequestPredicates.GET;
import static org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunctions.route;@Configuration
public class Router {@Autowiredprivate HelloWorldHandler helloWorldHandler;@Beanpublic RouterFunction<ServerResponse> getString(){return route(GET("/helloworld"),req->helloWorldHandler.sayHelloWorld(req));}
}

上述代码中，通过 return route(GET("/helloworld"),req->helloWorldHandler.sayHelloWorld(req)); 来指定路由，包含 HTTP 方法和对应的功能方法。