剖析Spring WebFlux反應(yīng)式編程設(shè)計及工作原理
前言
Spring 5發(fā)布有兩年了，隨Spring 5一起發(fā)布了一個和Spring WebMvc同級的Spring WebFlux。這是一個支持反應(yīng)式編程模型的新框架體系。反應(yīng)式模型區(qū)別于傳統(tǒng)的MVC最大的不同是異步的、事件驅(qū)動的、非阻塞的，這使得應(yīng)用程序的并發(fā)性能會大大提高，單位時間能夠處理更多的請求。這里不講WebFlux是怎么用的，有什么用，這類文章網(wǎng)上有太多了，而且都寫的非常不錯。下面主要看下WebFlux是怎么從無到有，框架怎么設(shè)計的，已期能夠更靈活的使用WebFlux。
接口抽象
Spring最牛逼的地方就是，無論啥東西，都可以無縫的集成到Spring。這得益于Spring體系優(yōu)良的抽象封裝能力。WebFlux框架也一樣，底層實現(xiàn)其實不是Spring的，它依賴reactor和netty等。Spring做的就是通過抽象和封裝，把reactor的能力通過你最熟悉不過的Controller來使用。而且不局限于此，除了支持和Spring Mvc一樣的控制器編碼模式，還支持路由器模式（RouterFunctions），還支持端點模式（EndPoint）等。WebFlux所有功能其實內(nèi)部只由幾個抽象類構(gòu)建而成：
org.springframework.boot.web.reactive.server.ReactiveWebServerFactory
org.springframework.boot.web.server.WebServer
org.springframework.http.server.reactive.HttpHandler
org.springframework.web.reactive.HandlerMapping
org.springframework.web.server.WebHandler
WebServer
我們從最底層往上層剖析，WebServer見名之意，就是Reacive服務(wù)器的抽象類，它定義了服務(wù)的基本方法行為，包含啟動，停止等接口。結(jié)構(gòu)如下：
public interface WebServer {
void start() throws WebServerException;
void stop() throws WebServerException;
int getPort();
}Spring默認有五個WebServer的實現(xiàn)，默認的不特別指定情況下，在spring-boot-starter-webflux自帶的是Netty的實現(xiàn)，其實現(xiàn)類如下：
ReactiveWebServerFactory
對應(yīng)WebServer，每個實現(xiàn)都會有一個工廠類對應(yīng)，主要準備創(chuàng)建WebServer實例的資源，如NettyReactiveWebServerFactory生產(chǎn)WebServer方法：
public WebServer getWebServer(HttpHandler httpHandler) {
HttpServer httpServer = createHttpServer();
ReactorHttpHandlerAdapter handlerAdapter = new ReactorHttpHandlerAdapter(
httpHandler);
return new NettyWebServer(httpServer, handlerAdapter, this.lifecycleTimeout);
}可以看到，在創(chuàng)建WebServer實例時，傳入了一個入?yún)?，HttpHandler。而且進而傳入了一個HttpHandlerAdapter實例里，這是因為每個WebServer的接收處理接口的適配器是不一樣的，在每個不同的WebServer工廠里通過不過的適配器去適配不同的實現(xiàn)。最后轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一設(shè)計的HttpHandler里，見下面。
HttpHandler
接下來看下HttpHandler，上面在創(chuàng)建WebServer的時候，傳了一個入?yún)?，類型就是Httphandler。為了適配不同的WebServer請求響應(yīng)體，Spring設(shè)計了HttpHandler用來轉(zhuǎn)化底層的Http請求響應(yīng)語義，用來接收處理底層容器的Http請求。其結(jié)構(gòu)如下：
public interface HttpHandler {
Monohandle(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response);
}如在Netty的實現(xiàn)中，Netty接收請求處理的適配器ReactorHttpHandlerAdapter的apply中轉(zhuǎn)化的偽代碼如下：
public Monoapply(HttpServerRequest reactorRequest, HttpServerResponse reactorResponse) {
NettyDataBufferFactory bufferFactory = new NettyDataBufferFactory(reactorResponse.alloc());
try {
ReactorServerHttpRequest request = new ReactorServerHttpRequest(reactorRequest, bufferFactory);
ServerHttpResponse response = new ReactorServerHttpResponse(reactorResponse, bufferFactory);
if (request.getMethod() == HttpMethod.HEAD) {
response = new HttpHeadResponseDecorator(response);
}
return this.httpHandler.handle(request, response)
.doOnError(ex -> logger.trace(request.getLogPrefix() + "Failed to complete: " + ex.getMessage()))
.doOnSuccess(aVoid -> logger.trace(request.getLogPrefix() + "Handling completed"));
}
}WebHandler其實一般來講設(shè)計到HttpHandler這一層級基本就差不多了，有一致的請求體和響應(yīng)體了。但是Spring說還不夠，對Web開發(fā)來講不夠簡潔，就又造了一個WebHandler，WebHandler架構(gòu)更簡單，如下：
public interface WebHandler {
Monohandle(ServerWebExchange exchange);
}這回夠簡潔了，只有一個入?yún)?，那請求提和響?yīng)體去哪里了呢？被包裝到ServerWebExchange中了。我么看下當HttpHandler接收到請求后，是怎么處理然后在調(diào)用WebHandler的，最終處理HttpHandler實現(xiàn)是HttpWebHandlerAdapter.java,通過其內(nèi)部的createExchange方法將請求和響應(yīng)體封裝在ServerWebExchange中了。其handle代碼如下：
public Monohandle(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) {
if (this.forwardedHeaderTransformer != null) {
request = this.forwardedHeaderTransformer.apply(request);
}
ServerWebExchange exchange = createExchange(request, response);
LogFormatUtils.traceDebug(logger, traceOn ->
exchange.getLogPrefix() + formatRequest(exchange.getRequest()) +
(traceOn ? ", headers=" + formatHeaders(exchange.getRequest().getHeaders()) : ""));
return getDelegate().handle(exchange)
.doOnSuccess(aVoid -> logResponse(exchange))
.onErrorResume(ex -> handleUnresolvedError(exchange, ex))
.then(Mono.defer(response::setComplete));
}HandlerMapping首先看下HandlerMapping的構(gòu)造,可以看到就是根據(jù)web交換器返回了一個Handler對象
public interface HandlerMapping {
String BEST_MATCHING_HANDLER_ATTRIBUTE = HandlerMapping.class.getName() + ".bestMatchingHandler";
String BEST_MATCHING_PATTERN_ATTRIBUTE = HandlerMapping.class.getName() + ".bestMatchingPattern";
String PATH_WITHIN_HANDLER_MAPPING_ATTRIBUTE = HandlerMapping.class.getName() + ".pathWithinHandlerMapping";
String URI_TEMPLATE_VARIABLES_ATTRIBUTE = HandlerMapping.class.getName() + ".uriTemplateVariables";
String MATRIX_VARIABLES_ATTRIBUTE = HandlerMapping.class.getName() + ".matrixVariables";
String PRODUCIBLE_MEDIA_TYPES_ATTRIBUTE = HandlerMapping.class.getName() + ".producibleMediaTypes";
MonogetHandler(ServerWebExchange exchange);
}上面的“請求“已經(jīng)到WebHandler了，那么最終是怎么到我們定義的控制器接口的呢？其實，沒有HandlerMapping,Spring WebFlux的功能也是完整的，也是可編程的，因為可以基于WebHandler直接編碼。我們最弄的一個網(wǎng)關(guān)最后就是直接走自定義的WebHandler，根本沒有HandlerMapping的什么事情，但是你這么做的話就失去了Spring編碼的友好性了。WebFlux的初始化過程中，會去Spring上下文中找name是“webHandler”的的WebHandler實現(xiàn)。默認情況下，Spring會在上下文中初始化一個DispatcherHandler.java的實現(xiàn)，Bean的name就是“webHandler”。這個里面維護了一個HandlerMapping列表，當請求過來時會迭代HandlerMapping列表，返回一個WebHandler處理，代碼如下：
public Monohandle(ServerWebExchange exchange) {
if (this.handlerMappings == null) {
return Mono.error(HANDLER_NOT_FOUND_EXCEPTION);
}
return Flux.fromIterable(this.handlerMappings)
.concatMap(mapping -> mapping.getHandler(exchange))
.next()
.switchIfEmpty(Mono.error(HANDLER_NOT_FOUND_EXCEPTION))
.flatMap(handler -> invokeHandler(exchange, handler))
.flatMap(result -> handleResult(exchange, result));
}上面mapping的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：
上面箭頭指向的地方說明了為什么WebFlux支持控制器和路由器模式模式的編碼，因為他們分別有實現(xiàn)的HandlerMapping，能夠在WebHandler的handler里路由到具體的業(yè)務(wù)方法里。紅框中正是通過@Controller和@ResultMaping定義的接口信息。
啟動流程分析
上面介紹了五個主要的抽象接口定義，以及功能。這五個接口在Spring WebFlux里是靈魂一樣的存在。不過想要徹底的搞懂Web Flux的設(shè)計以及實現(xiàn)原理，僅僅了解上面這些接口定義是遠遠不夠的，看完上面接口的分析肯定有中模糊的似懂非懂的感覺，不著急，接下來分析下，在Spring Boot環(huán)境中，Spring WebFlux的啟動流程。
ReactiveWebServerApplicationContext
WebFlux的啟動都在Reactive的上下文中完成，和WebMvc類似，Mvc也有一個ServletWebServerApplicationContext，他們是同宗同脈的。
ReactiveWebServerApplicationContext還有一個父類AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
在Spring boot啟動中，創(chuàng)建的就是這個父類的實例。
在Spring boot的run()方法中創(chuàng)建上下文時有如下代碼：
protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
Class contextClass = this.applicationContextClass;
if (contextClass == null) {
try {
switch (this.webApplicationType) {
case SERVLET:
contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS);
break;
case REACTIVE:
contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);
break;
default:
contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
}
}
catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new IllegalStateException(
"Unable create a default ApplicationContext, "
+ "please specify an ApplicationContextClass",
ex);
}
}
return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}可以看到，當webApplicationType是REACTIVE時，加載的就是DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS。webApplicationType類型是通過識別你加載了哪個依賴來做的。熟悉Spring啟動流程的同學都知道，基礎(chǔ) 的Spring上下文是在AbstractApplicationContext的refresh()方法內(nèi)完成的，針對不同的上下文文實現(xiàn)實例還會有一個onRefresh()方法，完成一些特定的Bean的實例化，如WebFlux的上下文實例就在onRefresh()中完成了WebServer的創(chuàng)建：
protected void onRefresh() {
super.onRefresh();
try {
createWebServer();
}
catch (Throwable ex) {
throw new ApplicationContextException("Unable to start reactive web server",
ex);
}
}
private void createWebServer() {
ServerManager serverManager = this.serverManager;
if (serverManager == null) {
this.serverManager = ServerManager.get(getWebServerFactory());
}
initPropertySources();
}文末WebFlux里面啟動流程太復(fù)雜，全盤脫出寫的太長嚴重影響閱讀體驗。所以上面權(quán)當拋磚引玉，開一個好頭。不過，WebFlux的啟動流程節(jié)點博主都已分析并整理成流程圖了，結(jié)合上面的接口設(shè)計分析，搞懂WebFlux的設(shè)計及工作原理應(yīng)該冒點問題
以上就是剖析Spring WebFlux反應(yīng)式編程模型工作原理的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Spring WebFlux反應(yīng)式編程模型的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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