【Spring5】使用 Spring Webflux 开发 Reactive 应用

Spring 5 - Spring webflux 是一个新的非堵塞函数式 Reactive Web 框架，可以用来建立异步的，非阻塞，事件驱动的服务，并且扩展性非常好。

把阻塞（不可避免的）风格的代码迁移到函数式的非阻塞 Reactive 风格代码，需要把商业逻辑作为异步函数来调用。这可以参考 Java 8 的方法或者 lambda 表达式。由于线程是非阻塞的，处理能力能被最大化使用。

在发布这篇文章的时候，Spring 5 还处于一个里程碑版本中（5.0.0 M5）。

创建一个Spring Boost项目

可以通过 Spring initializer 创建一个Spring Boot项目。将如下的依赖添加到 pom.xml 中

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

Spring-boot-starter-webflux 包中带了 spring-webflux, netty。其他的依赖需要自行添加。

建立一个简单的用户数据表和从 list 中获取到 user 数据的 DTO 类。这仅仅是一个虚拟的数据 bean，但是这可以实时从其它的数据源像 Rdbms，MongoDb，或者 RestClient 加载数据。由于 JDBC 天生不是响应式的，所以任何对数据库的调用都会阻塞这个线程。MongoDB 有一个响应式的客户端驱动。在测试响应式 Web 服务时的进一步渲染时，REST 风格的调用不会导致任何的阻塞。

public class User {public User(){}public User(Long id, String user) {this.id = id;this.user = user;}private Long id;private String user;public Long getId() { return id; }public void setId(Long id) { this.id = id; }public String getUser() { return user; }public void setUser(String user) { this.user = user; }}@Repositorypublic class UserRepository {private final List<User> users = Arrays.asList(new User(1L, "User1"), new User(2L, "User2"));public Mono<User> getUserById(String id) {return Mono.justOrEmpty(users.stream().filter(user -> {return user.getId().equals(Long.valueOf(id));}).findFirst().orElse(null));}public Flux<User> getUsers() {return Flux.fromIterable(users);}}

Mono 和 Flux 是由目标反应器提供的响应类型。Springs 还提供其他的响应流的实现，例如 RXJava。

Mono 和 Flux 是 Reactive streams 的发布者实现。Mono 是 0 或者任意单个值的发布，Flux 是 0 到任意值的发布。他们和 RXJava 中的 Flowable 和 Observable 类似。他们代替流向这些订阅者发布信息。

GetUserById() 返回一个 Mono<User> 对象，这个对象不论何时都会返回 0~1 个用户对象，GetUsers() 返回一连串变动的用户对象，不论何时都包含 0~n 个用户对象。

相比命令式编程风格，我们并不返回可用前阻塞线程的 User/List<User> 对象，而只是返回一个流的引用，流可以在后面访问 User/List<User>。

创建带有处理 HTTP 请求函数的 Handler 类

@Servicepublic class UserHandler {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;public Mono<ServerResponse> handleGetUsers(ServerRequest request) {return ServerResponse.ok().body(userRepository.getUsers(), User.class);}public Mono<ServerResponse> handleGetUserById(ServerRequest request) {return userRepository.getUserById(request.pathVariable("id")).flatMap(user -> ServerResponse.ok().body(Mono.just(user), User.class)).switchIfEmpty(ServerResponse.notFound().build());}}

handler 类就像 Spring Web 中的 Service beans 一样，我们需要编写该服务的大部分业务功能。ServerResponse 就像 Spring Web 中的 ResponseEntity 类一样，我们可以在 ServerResponse 对象中打包 Response 的数据、状态码、头信息等。 ServerResponse 有很多有用的默认方法，如 notFound(), ok(), accepted(), created()等，可用于创建不同类型的反馈。
UserHandler 有不同的方法，都返回 Mono<ServerResponse>; UserRepository.getUsers() 返回Flux<User>; 和 ServerResponse.ok().body(UserRepository.getUsers(), User.class) 可将此 Flux <User> 转换为 Mono<ServerResponse>，这表明只要可用时均可发起 ServerResponse 的流。UserRepository.getUserById()返回一个Mono<User>，ServerResponse.ok().body(Mono.just(user), User.class) 将此 Mono<User> 转换为Mono<ServerResponse>，这说明随时都可以发起 ServerResponse 的流。

在给定的路径变量（pathVariable）中没有找到用户时，ServerResponse.notFound().build() 返回一个 Mono<ServerResponse>，表名是一个返回 404 服务响应的流。

在命令式编程风格中，数据接收前线程会一直阻塞，这样使得其线程在数据到来前无法运行。而响应式编程中，我们定义一个获取数据的流，然后定义一个在数据到来后的回调函数操作。这样不会使线程堵塞，在数据被返回时，可用线程就用于执行。

创建一个定义应用程序路由的路由类

import static org.springframework.web.reactive.function.server.RequestPredicates.GET;import static org.springframework.web.reactive.function.server.RequestPredicates.accept;import static org.springframework.web.reactive.function.server.RouterFunctions.route;@Configurationpublic class Routes {private UserHandler userHandler;    public Routes(UserHandler userHandler) {this.userHandler = userHandler;}@Beanpublic RouterFunction<?> routerFunction() {return route(GET("/api/user").and(accept(MediaType.APPLICATION_JSON)), userHandler::handleGetUsers).and(route(GET("/api/user/{id}").and(accept(MediaType.APPLICATION_JSON)), userHandler::handleGetUserById));}}

RouterFunction就像Spring Web中的@RequestMapping类一样。 RouterFunction用于定义Spring5应用程序的路由。 RouterFunctions帮助器类有一个有用的方法，类似路由，可用于定义路由并构建RouterFunction对象。 RequestPredicates有许多有用的方法，如GET，POST，path，queryParam，accept，headers，contentType等，来定义路由并构建RouterFunction。 每个路由映射到一个处理程序方法，当接收到适当的HttpRequest时，该方法必须被调用。
Spring5还支持定义应用程序处理程序映射的@RequestMapping类型的控制器。 我们可以编写如下所示的控制器方法，以在@RequestMapping样式中创建类似的API。

@GetMapping("/user") public Mono<ServerResponse> handleGetUsers() {}

控制器方法返回Mono<ServerResponse>。

RouterFunction为应用程序提供了DSL类型的路由功能。 到目前为止，Springs不支持混合这两种类型。

创建HttpServerConfig类，用于创建HttpServer类

import org.springframework.http.server.reactive.HttpHandler;import org.springframework.http.server.reactive.ReactorHttpHandlerAdapter;import reactor.ipc.netty.http.server.HttpServer;@Configurationpublic class HttpServerConfig {@Autowiredprivate Environment environment;@Beanpublic HttpServer httpServer(RouterFunction<?> routerFunction) {HttpHandler httpHandler = RouterFunctions.toHttpHandler(routerFunction);ReactorHttpHandlerAdapter adapter = new ReactorHttpHandlerAdapter(httpHandler);HttpServer server = HttpServer.create("localhost", Integer.valueOf(environment.getProperty("server.port")));server.newHandler(adapter);return server;}}

这将使用应用程序属性中定义的端口创建一个 netty HttpServer。Spring 支持的其他服务器也跟 Tomcat 和 undertow 一样。由于 netty 是异步的，而且天生基于事件驱动，因此更适合响应式的应用程序。Tomcat 使用 Java NIO 来实现 servlet 规范。Netty 是 NIO 的一个实现，它针对异步、事件驱动的非阻塞 IO 应用程序进行了优化。

Tomcat 服务器也可以按照如下代码所示的用法使用：

Tomcat tomcatServer = new Tomcat();    tomcatServer.setHostname("localhost");    tomcatServer.setPort(Integer.valueOf(environment.getProperty("server.port")));    Context rootContext = tomcatServer.addContext("", System.getProperty("java.io.tmpdir"));    ServletHttpHandlerAdapter servlet = new ServletHttpHandlerAdapter(httpHandler);    Tomcat.addServlet(rootContext, "httpHandlerServlet", servlet);    rootContext.addServletMapping("/", "httpHandlerServlet");    tomcatServer.start();

创建用于启动应用的Spring启动主类

@SpringBootApplicationpublic class Spring5ReactiveApplication {public static void main(String[] args) throws IOException {SpringApplication.run(Spring5ReactiveApplication.class, args);}}

测试应用

你可以使用任意诸如Postman、CURL等的HTTP测试工具测试该应用。

Spring测试也支持为响应式服务编写集成测试的功能。

@RunWith(SpringRunner.class)@SpringBootTest(webEnvironment = WebEnvironment.DEFINED_PORT)public class UserTest {@Autowiredprivate WebTestClient webTestClient;@Testpublic void test() throws IOException {FluxExchangeResult<User> result = webTestClient.get().uri("/api/user").accept(MediaType.APPLICATION_JSON).exchange().returnResult(User.class);assert result.getStatus().value() == 200;List<User> users = result.getResponseBody().collectList().block();assert users.size() == 2;assert users.iterator().next().getUser().equals("User1");}@Testpublic void test1() throws IOException {User user = webTestClient.get().uri("/api/user/1").accept(MediaType.APPLICATION_JSON).exchange().returnResult(User.class).getResponseBody().blockFirst();assert user.getId() == 1;assert user.getUser().equals("User1");}@Testpublic void test2() throws IOException {webTestClient.get().uri("/api/user/10").accept(MediaType.APPLICATION_JSON).exchange().expectStatus().isNotFound();}}

WebTestClient 和 TestRestTemplate 类似， 他们都有调用 Spring 启动应用的 rest 方法，并能够验证响应结果。在 test 的配置中，Spring 测试创建了一个 TestRestTemplate 的 bean。这里面有一个 WebClient，就跟 Spring Web 中的 RestTemplate 类似。这可用于处理响应式和非阻塞的 rest 调用。

WebClient.create("http://localhost:9000").get().uri("/api/user/1")        .accept(MediaType.APPLICATION_JSON).exchange().flatMap(resp -> resp.bodyToMono(User.class)).block();

exchange()返回Mono<ClientResponse>，它在Emits clientResponse可用时表示一个流。

    block()阻塞线程执行，直到Mono返回User/List<User>，因为这是我们需要数据来验证响应的测试用例。

Spring Web 因其易于开发/调试而是必要的。使用Spring5响应式或Spring Web命令式服务的决定必须根据用例明智地做出。在许多情况下，只有命令式的可能会很好，但是在高可扩展性是关键因素时，响应式非阻塞将更适合。