第一部分：響應(yīng)式編程 (Reactive Programming) 核心思想

要理解 WebFlux，必須先理解其背后的編程范式——響應(yīng)式編程。

1. 什么是響應(yīng)式編程？

響應(yīng)式編程是一種基于異步數(shù)據(jù)流（Asynchronous Data Streams）和變化傳播（Propagation of Change）的編程范式。這意味著它可以自動(dòng)地將變化推送給消費(fèi)者，而不是讓消費(fèi)者主動(dòng)去等待或輪詢變化。

簡(jiǎn)單比喻：

• 傳統(tǒng) imperative（命令式）編程：像是去餐館點(diǎn)餐，你（調(diào)用者）點(diǎn)完餐后，就一直坐在那里等，直到服務(wù)員（被調(diào)用者）把菜端上來(lái)。在這期間你幾乎不能做別的事（阻塞）。
• 響應(yīng)式編程：像是取號(hào)等位。你拿到號(hào)后（訂閱一個(gè)事件），就可以去干別的事情（比如玩手機(jī)）。當(dāng)座位準(zhǔn)備好時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通知你（回調(diào)你的函數(shù)）。在這個(gè)過(guò)程中，你沒(méi)有阻塞等待。

2. 核心動(dòng)機(jī)：解決高并發(fā)與高效資源利用

在傳統(tǒng)的同步阻塞式模型（如 Spring MVC + Servlet Tomcat）中，每個(gè)請(qǐng)求都會(huì)綁定一個(gè)線程。當(dāng)遇到高并發(fā)或慢速的 I/O 操作（如數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、網(wǎng)絡(luò)調(diào)用）時(shí)，線程會(huì)被大量占用并阻塞，導(dǎo)致線程池耗盡，無(wú)法處理新的請(qǐng)求，從而限制應(yīng)用的擴(kuò)展性。

響應(yīng)式編程的目標(biāo)是使用更少的線程（通常是 CPU 核心數(shù)）來(lái)處理更高的并發(fā)。它通過(guò)在 I/O 操作發(fā)生時(shí)讓出線程去處理其他任務(wù)，并在操作完成后通過(guò)回調(diào)的方式通知，從而極大地提高了線程的利用率。

3. 響應(yīng)式流 (Reactive Streams) 規(guī)范

這是一個(gè)由 Netflix、Pivotal 等公司共同制定的規(guī)范，定義了 JVM 上響應(yīng)式編程庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)。它包含了四個(gè)核心接口：

• Publisher（發(fā)布者）：生產(chǎn)者，是數(shù)據(jù)的源頭。它根據(jù)需求發(fā)布數(shù)據(jù)。它只有一個(gè)方法：subscribe(Subscriber<? super T> s)。
• Subscriber（訂閱者）：消費(fèi)者，接收并處理數(shù)據(jù)。它有四個(gè)方法：
  • onSubscribe(Subscription s)： 在訂閱開(kāi)始時(shí)被調(diào)用，參數(shù) Subscription 用于控制流量。
  • onNext(T t)： 接收一條數(shù)據(jù)。
  • onError(Throwable t)： 在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)被調(diào)用。
  • onComplete()： 在數(shù)據(jù)流全部發(fā)送完畢時(shí)被調(diào)用。
• Subscription（訂閱）：代表一個(gè)訂閱關(guān)系。它提供了請(qǐng)求數(shù)據(jù)和取消訂閱的方法：
  • request(long n)： 請(qǐng)求 n 條數(shù)據(jù)（背壓的核心）。
  • cancel()： 取消訂閱，停止接收數(shù)據(jù)。
• Processor（處理器）：同時(shí)扮演 Publisher 和 Subscriber 的角色，用于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流。

核心思想：拉取模式 (Pull-based) 與背壓 (Backpressure)
訂閱者通過(guò) Subscription.request(n) 主動(dòng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)，而不是發(fā)布者無(wú)限制地推送。這允許消費(fèi)者根據(jù)自己的處理能力來(lái)控制數(shù)據(jù)流入的速度，從而避免了被快速的生產(chǎn)者壓垮，這就是背壓機(jī)制。

第二部分：Project Reactor - WebFlux 的響應(yīng)式核心庫(kù)

Spring WebFlux 默認(rèn)內(nèi)置并依賴于 Project Reactor，這是一個(gè)完全遵循 Reactive Streams 規(guī)范的響應(yīng)式庫(kù)。它提供了兩個(gè)核心類型：

1.Mono

代表 0 或 1 個(gè)元素的異步序列。

• 用于返回單個(gè)結(jié)果，類似于 Optional 或 CompletableFuture。
• 示例：根據(jù) ID 查詢一個(gè)用戶、執(zhí)行一個(gè)保存操作（返回保存的對(duì)象）。

Mono<User> userMono = userRepository.findById(1L);
Mono<Void> deleteMono = userRepository.deleteById(1L); // 可能沒(méi)有返回值

2.Flux

代表 0 到 N 個(gè)元素的異步序列。

• 用于返回多個(gè)結(jié)果，類似于 List、Stream。
• 示例：獲取所有用戶、獲取一個(gè)不斷輸出的股票價(jià)格流。

Flux<User> userFlux = userRepository.findAll();
Flux<StockPrice> stockPriceFlux = getStockPriceStream("AAPL");

3. 操作符 (Operators)

Reactor 提供了極其豐富的操作符，用于構(gòu)建、轉(zhuǎn)換、過(guò)濾、組合數(shù)據(jù)流，類似于 Java 8 Stream API，但是為異步而設(shè)計(jì)。

• 創(chuàng)建操作符：just, fromIterable, range, interval (創(chuàng)建一個(gè)間隔發(fā)出的序列，用于模擬實(shí)時(shí)流)。
• 轉(zhuǎn)換操作符：map (同步轉(zhuǎn)換), flatMap (異步轉(zhuǎn)換，返回另一個(gè) Mono/Flux), concatMap (保證順序的 flatMap)。
• 過(guò)濾操作符：filter, take (取前N個(gè)), skip。
• 組合操作符：zip (將多個(gè)流合并為一個(gè)元組流), merge, concat。
• 錯(cuò)誤處理操作符：onErrorReturn (出錯(cuò)時(shí)返回默認(rèn)值), onErrorResume (出錯(cuò)時(shí)切換到備選流), retry。

示例：使用操作符

userRepository.findAll()
    .filter(user -> user.getAge() > 18) // 過(guò)濾
    .map(User::getName)                 // 轉(zhuǎn)換：User -> String
    .flatMap(name -> {
        // 假設(shè)這是一個(gè)異步調(diào)用，返回Mono<String>
        return someAsyncService.generateGreeting(name);
    })
    .take(5)                           // 只取前5個(gè)問(wèn)候語(yǔ)
    .onErrorResume(e -> {
        // 出錯(cuò)時(shí)，返回一個(gè)備用的流
        return Mono.just("Hello, Fallback User!");
    })
    .subscribe(System.out::println);   // 訂閱并消費(fèi)

第三部分：Spring WebFlux 詳解

1. 什么是 WebFlux？

Spring WebFlux 是 Spring Framework 5.0 引入的全新的、非阻塞的響應(yīng)式 Web 框架。它允許你構(gòu)建運(yùn)行在非阻塞服務(wù)器（如 Netty、Undertow、Servlet 3.1+ 容器）上的 Web 應(yīng)用，并且從底層到頂層都是響應(yīng)式的。

2. 與傳統(tǒng) Spring MVC 的對(duì)比

重要：WebFlux 并不是 Spring MVC 的替代品，而是一個(gè)并行的選擇。

3. WebFlux 的兩種編程風(fēng)格

WebFlux 支持兩種方式來(lái)編寫(xiě)響應(yīng)式控制器：

• 注解控制器 (Annotation-based Controllers)：與 Spring MVC 寫(xiě)法非常相似，易于上手。

@RestController
@RequestMapping("/users")
public class UserController {
    @GetMapping("/{id}")
    public Mono<User> getUserById(@PathVariable Long id) {
        // userRepository.findById 返回 Mono<User>
        return userRepository.findById(id);
    }
    @GetMapping
    public Flux<User> getAllUsers() {
        // userRepository.findAll 返回 Flux<User>
        return userRepository.findAll();
    }
    @PostMapping
    public Mono<User> createUser(@RequestBody Mono<User> userMono) {
        // 參數(shù)也可以是 Mono，直接操作流
        return userMono.flatMap(userRepository::save);
    }
}

• 函數(shù)式端點(diǎn) (Functional Endpoints)：基于 Lambda 和函數(shù)式編程，提供更細(xì)粒度的控制，路由和 handler 分離。

@Configuration
public class RoutingConfiguration {
    @Bean
    public RouterFunction<ServerResponse> routerFunction(UserHandler userHandler) {
        return RouterFunctions.route()
            .GET("/users/{id}", RequestPredicates.accept(MediaType.APPLICATION_JSON), userHandler::getUserById)
            .GET("/users", userHandler::getAllUsers)
            .POST("/users", userHandler::createUser)
            .build();
    }
}
@Component
public class UserHandler {
    public Mono<ServerResponse> getUserById(ServerRequest request) {
        Long id = Long.valueOf(request.pathVariable("id"));
        Mono<User> userMono = userRepository.findById(id);
        return ServerResponse.ok()
                .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON)
                .body(userMono, User.class);
    }
    // ... 其他處理方法
}

4. 響應(yīng)式數(shù)據(jù)庫(kù)支持

要構(gòu)建全棧響應(yīng)式應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)也必須是非阻塞的。Spring Data 提供了對(duì)多種 NoSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的響應(yīng)式支持：

• Spring Data MongoDB Reactive
• Spring Data Cassandra Reactive
• Spring Data Redis Reactive
• Spring Data R2DBC (用于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，如 PostgreSQL, MySQL, H2 等)

示例：響應(yīng)式 MongoDB Repository

public interface ReactiveUserRepository extends ReactiveCrudRepository<User, Long> {
    Flux<User> findByAgeGreaterThan(int age);
}
// 在Controller中注入并使用
@Autowired
private ReactiveUserRepository userRepository;

第四部分：何時(shí)使用 WebFlux？

使用場(chǎng)景：

• 高并發(fā)與高吞吐量需求：需要處理大量并發(fā)連接（如萬(wàn)級(jí)以上），且大部分是 I/O 密集型操作。
• 實(shí)時(shí)流式應(yīng)用：需要處理持續(xù)的數(shù)據(jù)流，如股票行情、實(shí)時(shí)日志、聊天消息（SSE, WebSocket）。
• 微服務(wù)網(wǎng)關(guān)：Spring Cloud Gateway 就是基于 WebFlux 構(gòu)建的，因?yàn)樗枰咝У卮砗吐酚纱罅空?qǐng)求。

注意事項(xiàng)與挑戰(zhàn)：

• 調(diào)試難度：異步回調(diào)風(fēng)格的代碼堆棧跟蹤很長(zhǎng)，問(wèn)題定位相對(duì)困難。
• 學(xué)習(xí)曲線：需要徹底轉(zhuǎn)變同步阻塞的思維模式，理解響應(yīng)式編程概念和操作符。
• 生態(tài)系統(tǒng)：并非所有庫(kù)都提供了非阻塞的客戶端。如果你的應(yīng)用嚴(yán)重依賴一個(gè)只有阻塞式驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)（如 JDBC 訪問(wèn) MySQL），那么引入 WebFlux 的好處會(huì)大打折扣，因?yàn)槟阍谀硞€(gè)地方最終還是會(huì)被阻塞。
• 不一定更快：對(duì)于低并發(fā)、CPU 密集型的場(chǎng)景，WebFlux 帶來(lái)的收益很小，甚至可能因?yàn)樯舷挛那袚Q而略有損耗。它的優(yōu)勢(shì)在于資源利用率，而不是單個(gè)請(qǐng)求的延遲。

總結(jié)

入門建議：從改造一個(gè)簡(jiǎn)單的 API 開(kāi)始，將 @RestController 的返回值從 User 改為 Mono<User>，并逐步將Service和Repository層也改為返回 Mono/Flux，親身體驗(yàn)其不同。

到此這篇關(guān)于Java 響應(yīng)式編程與 Spring WebFlux的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 響應(yīng)式編程內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！