（1）什么是响应式编程——响应式Spring的道法术器

清疚 2022-10-28 10:10 174阅读 0赞

# 1 响应式编程之道 #

## 1.1 什么是响应式编程？ ##

在开始讨论响应式编程（Reactive Programming）之前，先来看一个我们经常使用的一款堪称“响应式典范”的强大的生产力工具——电子表格。

举个简单的例子，

*  某电商网站正在搞促销活动，任何单品都可以参加“满199减40”的活动，
 *  而且“满500包邮”。
 *  吃货小明有选择障碍（当然主要原因还是一个字：穷），他有个习惯，就是先在Excel上根据预算算好自己要买的东西：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eswTFUPO-1612524491971)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5a79abd6ab64413e66002707)\]

相信大家都用过Excel中的公式，这是一个统计购物车商品和订单应付金额的表格，其中涉及到一些公式：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-d29Xzv7M-1612524491973)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5a7a5481ab64411b470005ae)\]

上图中蓝色的线是公式的引用关系，从中可以看出，

*  “商品金额”是通过“单价x数量”得到的，
 *  “满199减40”会判断该商品金额是否满199并根据情况减掉40，
 *  右侧“订单总金额”是“满199减40”这一列的和，
 *  “邮费”会根据订单总金额计算，“最终应付款”就是订单总金额加上邮费。

### 1.1.1 变化传递（propagation of change） ###

为什么说电子表格软件是“响应式典范”呢，

*  因为“单价”和“数量”的任何变动，都会被引用（“监听”）它的单元格实时更新计算结果，
 *  如果还有图表或数据透视图引用了这块数据，那么也会相应变化，做到了实时响应。变化的时候甚至还有动画效果，用户体验一级棒！

这是**响应式的核心特点之一：变化传递（propagation of change）**。

*  一个单元格变化之后，会像多米诺骨牌一样，导致直接和间接引用它的其他单元格均发生相应变化。

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YSk8xjHf-1612524491974)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5a7a57f4ab64411d33000655)\]

看到这里，你可能会说，“切~ 不就是算付款金额吗，购物网站上都有这个最基础不过的功能啊~”，这就“响应式”啦？

*  但凡一个与用户交互的系统都得“响应”用户交互啊~

但是在 响应式编程中，基于“变化传递”的特点，触发响应的主体发生了变化。

*  假设购物车管理 和 订单付款是两个不同的模块，或者至少是两个不同的类——`Cart`和`Invoice`。也许我们的代码是这样的：

Product.java（假设商品有两个属性`name`和`price`，简单起见，`price`就不用`BigDecimal`类型了）

public class Product { 
            private String name;
            private double price;
            // 构造方法、getters、setters
        }

Cart模块中：

import com.example.Invoice; // 2
    
    public class Cart { 
        //添加商品
        public boolean addProduct(Product product, int quantity) { 
            //得到商品的价格 * 数量
            double figure = product.getPrice() * quantity;
            invoice.update(figure); // 1 执行更新商品
            ...
        }
        ...
    }

1.  是由`Cart`的对象去调用`Invoice`对象的更新订单金额的方法；
2.  `Cart`的代码中需要import `Invoice`。

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mm68syxM-1612524491976)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5a7af2c2ab64411d33001651)\]

而我们再观察这个Excel，

*  发现“订单总金额”的计算公式不仅位于自己的单元格中，
 *  而且这个公式能主动监听和响应购物车数据的变化事件。
 *  对于购物车来说，它没有对订单付款方面的任何公式引用。感觉就像这样：

假设数据流有操作的商品`product`和变化个数`quantity`两个属性：

public class CartEvent { 
        private Product product;
        private int quantity;//变化个数
        // 构造方法、getters、setters
    }

Invoice模块中：

import com.example.Cart // 2
    
    public class Invoice { 
        ...
        public Invoice(Cart cart) { 
            ...
            this.listenOn(cart);    // 1
            ...
        }
        // 回调方法
        public void onCartChange(CartEvent event) { 
            ...
        }
        ...
    }

1.  是由`Invoice`的对象在初始化的时候就声明了对`Cart`对象的监听，从而一旦`Cart`对象有响应的事件（比如添加商品）发生的时候，`Invoice`就会响应；
2.  `Invoice`的代码中import `Cart`。

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-F8HTsEll-1612524491977)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5a7af2e1ab64411b4700162c)\]

做过Java桌面开发的朋友可能会想到Java swing中的各种监听器，比如`MouseListener`能够监听鼠标的操作，并实时做出响应。

*  所以C/S的客户端总是比B/S的Web界面更具有响应性嘛。

所以，这里我们说的是**一种生产者只负责生成并发出数据/事件， 消费者来监听并负责 定义如何处理数据/事件的变化传递方式**。

那么，`Cart`对象如何在发生变化的时候“发出”数据或事件呢？

### 1.1.2 数据流（data stream） ###

这些数据 / 事件在响应式编程里会以数据流的形式发出。

我们再观察一下购物车，

*  这里有若干商品，小明每次往购物车里添加或移除一种商品，
 *  或调整商品的购买数量，
 *  这种事件都会像过电一样流过这由公式串起来的多米诺骨牌一次。
 *  这一次一次的操作事件连起来就是一串数据流（data stream），
 *  如果我们能够及时 对数据流的每一个事件做出响应，会有效提高系统的响应水平。这是**响应式的另一个核心特点：基于数据流（data stream）**。

如下图是小明选购商品的过程，为了既不超预算，又能省邮费，有时加有时减：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-BEIrXbyb-1612524491978)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5a7a6a6fab64411b4700089a)\]

这一次一次的操作就构成了一串数据流。Invoice模块中的代码可能是这样：

public Invoice(Cart cart) { 
            ...
            this.listenOn(cart.eventStream());  // 1
            ...
        }

1.  其中，`cart.eventStream()`是要监听的购物车的操作事件数据流，
2.  `listenOn`方法能够对数据流中到来的元素依次进行处理。

### 1.1.3 声明式（declarative） ###

我们再到`listenOn`方法去看一下：

Invoice模块中，上边的一串公式被组装成如下的伪代码：

public void listenOn(DataStream<CartEvent> cartEventStream) {    // 1
            double sum = 0；
            double total = cartEventStream
                // 分别计算商品金额
                .map(cartEvent -> cartEvent.getProduct().getPrice() * cartEvent.getQuantity())  // 2
                // 计算满减后的商品金额
                .map(v -> (v > 199) ? (v - 40) : v)
                // 将金额的变化累加到sum
                .map(v -> { sum += v; return sum;})
                // 根据sum判断是否免邮，得到最终总付款金额
                .map(sum -> (sum > 500) ? sum : (sum + 50));
            ...

1.  `cartEventStream`是数据流，
    
    1.  `DataStream`是某种数据流类型，
    2.  可以暂时想象成类似在Java 8版本增加的对数据流进行处理的Stream API（下节会说到为啥不用Java Stream）。
2.  `map`方法用于对数据流中的元素 进行映射，
    
    1.  比如第一个将`cartEvent`中的商品价格和数量拿到，
    2.  然后算出本次操作的金额；第二个判断是否能享受“满199减40”的活动。

这里的伪代码用到了lambda，它非常适用于数据流的处理。没有接触过lambda的话没有关系，我们后续会再聊到它。

这是一种\*\*“声明式（declarative）”\*\*的编程范式。通过四个串起来的`map`调用，

*  我们先声明好了对于数据流“将会”进行什么样的处理，
 *  当有数据流过来时，就会按照声明好的处理流程逐个进行处理。

比如对于第一个`map`操作：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7P1XB1GD-1612524491979)(https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=5aa1eb95ab644172e5000527)\]

\*\*声明式编程范式的威力在于以不变应万变。\*\*无论到来的元素是什么，计算逻辑是不变的，从而形成了一种对计算逻辑的“绑定”。

再举个简单的例子方便理解：

a = 1;
    b = a + 1;
    a = 2;

这个时候，b是多少呢？在Java以及多数语言中，b的结果是2，第二次对a的赋值并不会影响b的值。

假设Java引入了一种新的赋值方式`:=`，表示一种对a的绑定关系，如

a = 1;
    b := a + 1;
    a = 2;

由于b保存的不是某次计算的值，而是针对a的一种绑定关系，

*  所以b能够随时根据a的值的变化而变化，
 *  这时候`b==3`，我们就可以说`:=`是一种声明式赋值方式。
 *  而普通的`=`是一种命令式赋值方式。
 *  事实上，我们绝大多数的开发都是命令式的，如果需要用命令式编程表达类似上边的这种绑定关系，
 *  在每次a发生变化并需要拿到b的时候都得执行`b = a + 1`来更新b的值。

如此想来，“绑定美元政策”不也是一种声明式的范式吗~

总结来说，**命令式是面向过程的，声明式是面向结构的**。

不过命令式和声明式本身并无高低之分，只是声明式比较适合基于流的处理方式。这是**响应式的第三个核心特点：声明式（declarative）**。结合“变化传递”的特点，声明式能够让基于数据流的开发更加友好。

### 1.1.4 总结 ###

**总结起来，响应式编程（reactive programming）是**

*  **一种基于数据流（data stream）和**
 *  **变化传递（propagation of change）的**
 *  **声明式（declarative）的编程范式。**

响应式编程的“变化传递”就相当于

*  果汁流水线的管道；在入口放进橙子，出来的就是橙汁；
 *  放西瓜，出来的就是西瓜汁，
 *  橙子和西瓜、以及机器中的果肉果汁以及残渣等，都是流动的“数据流”；
 *  管道的图纸是用“声明式”的语言表示的。

这种编程范式如何让Web应用更加“reactive”呢？

我们设想这样一种场景，我们从底层数据库驱动，经过持久层、服务层、MVC层中的model，到用户的前端界面的元素，全部都采用声明式的编程范式，从而搭建一条能够传递变化的管道，这样我们只要更新一下数据库中的数据，用户的界面上就相应的发生变化，岂不美哉？尤其重要的是，一处发生变化，我们不需要各种命令式的调用来传递这种变化，而是由搭建好的“流水线”自动传递。

这种场景用在哪呢？

*  比如一个日志监控系统，我们的前端页面将不再需要通过“命令式”的轮询的方式不断向服务器请求数据然后进行更新，而是在建立好通道之后，
 *  数据流从系统源源不断流向页面，从而展现实时的指标变化曲线；
 *  再比如一个社交平台，朋友的动态、点赞和留言不是手动刷出来的，
 *  而是当后台数据变化的时候自动体现到界面上的。

具体如何来实现呢，请看下一节关于响应式流的介绍。