说一说Reactive、WebFlux、Mono和Flux到底是什么

最近项目中使用到了Spring Cloud Gateway,而gateway里面大量使用了Reactive、Mono、Flux，这个确实很有意思，因此准备写一篇文章详细介绍一下。Mono和Flux相关框架有Spring WebFlux,Spring Cloud Gateway,Reactor,下面分别对其进行介绍。

响应式编程是一种思想，也就是一种设计原则，属于法的层面。而不管是Reactor、WebFlux、Spring Gateway，这些都是框架，就是基于这个设计原则的器了，而里面用到的Mono、Flux就是这些个框架的道具。

什么是响应式编程

响应式编程定义

reactive programming is a declarative programming paradigm concerned with data streams and the propagation of change。而这个定义也约定了

对于响应式编程，有很多种解释，比如很多人举例的excel表格的例子，Excel有函数Avg和Sum，当某一列的数据变化後，其对应的Sum函数也会相应的变化，也就是变化传递的思想。类似，一个数据流，当一个数据改变之后，其对应的函数值也会相应变化。举个例子，java8中的IntStream.of(nums).parallel().sum()这种函数，这是一种数据流式处理的思想，但是这是缺少响应式编程定义的propagation of change变化传递，因此不能算响应式。

java9中新增了响应式编程支持，这里响应式流(Reactive Streams)通过定义一组实体，接口和互操作方法，给出了实现异步非阻塞背压的标准。第三方遵循这个标准来实现具体的解决方案，常见的有Reactor，RxJava，Akka Streams，Ratpack等。。

Spring对Reactive的解释

Reactivestream中响应式编程

org.reactivestreams中reactive-stream对响应式编程有了关键的接口定义。先上类结构图，从下面的类图中可以发现，这个思想怎么和消息中间件有点类似呢，一个发布者Publisher，一个订阅者Subscriber，一个Processor和Kafka中的broker也可以对应起来，这里在细看Processor的接口定义会发现，其就是将Subscriber和Publisher串起来的关键角色。

public interface Processor<T, R> extends Subscriber<T>, Publisher<R> {
}

Publisher（发布者)相当于生产者(Producer)

Subscriber(订阅者)相当于消费者(Consumer)

Processor就是在发布者与订阅者之间处理数据用的

在响应式流上提到了back pressure（背压)这么一个概念，其实非常好理解。在响应式流实现异步非阻塞是基于生产者和消费者模式的，而生产者消费者很容易出现的一个问题就是：生产者生产数据多了，就把消费者给压垮了。

而背压说白了就是：消费者能告诉生产者自己需要多少量的数据。这里就是Subscription接口所做的事。

java9中响应式编程

java9中引入了Flow类，这个类就是对响应式编程规范的具体支持，其组合关系和内部方法如下，可以看到和reactivestream几乎一模一样，这里就不做过多描述。

什么是Reactive

看过SpringGateway的源码会发现，里面大量使用reactive思路和reactivestreams里面的类。

而reactor.core是对reactivestreams中定义的接口进行实际实现，核心的几个类如Mono、Flux，待会我们介绍，先看一下类图

Reactive流的主要特征是“back pressure后压”：也就是说，系统会在它的请求buffer被充满时，将其推送会给发送者，让发送者稍后再试，或者使用其他接收器，这就能确保发送者和接收者之间的管道不会被充满，这样才有机会获得一个响应式系统。

Reactive之Mono类

Mono 是一个发出(emit)0-1个元素的Publisher<T>,可以被onComplete信号或者onError信号所终止。

Reactive之Flux类

Flux 是一个发出(emit)0-N个元素组成的异步序列的Publisher<T>,可以被onComplete信号或者onError信号所终止。在响应流规范中存在三种给下游消费者调用的方法 onNext, onComplete, 和onError。下面这张图表示了Flux的抽象模型：

什么是WebFlux

Spring 5新加入的响应式流编程技术栈是其主打核心特性，最低Springbooot2.0，底层使用Netty，这个从搭建好项目启动日志中能看出来。

WebFlux的几个关键概念

1.Router Functions: 对标@Controller，@RequestMapping等标准的Spring MVC注解，提供一套函数式风格的API，用于创建Router，Handler和Filter。

2.WebFlux: 核心组件，协调上下游各个组件提供响应式编程支持。

3.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,

为什么需要WebFlux

很多朋友会说我们有了异步非阻塞，为什么还需要webFlux，这里的具体原因有以下几点。

WebFlux使用的是Reactor响应式流，里边提供了一系列的API供我们去处理逻辑，而WebFlux使用起来可以像使用SpringMVC一样，同时WebFlux也可以使用Functional Endpoints方式编程，总的来说还是要比回调/CompletableFuture要简洁和易编写。

Spring WebFlux在应对高并发的请求时，借助于异步IO，能够以少量而稳定的线程处理更高吞吐量的请求，尤其是当请求处理过程如果因为业务复杂或IO阻塞等导致处理时长较长时，对比更加显著。

使用WebFlux的好处是只需要在程序内启动少量线程扩展，而不是水平通过集群扩展。异步能够规避文件IO/网络IO阻塞所带来的线程堆积。

The key expected benefit of reactive and non-blocking is the ability to scale with a small, fixed number of threads and less memory.That makes applications more resilient under load, because they scale in a more predictable way