From Coffee to Data

技术需要善加利用:让弱小者的声音得到倾听,让每个人都有参与的机会,让世界免于灾难之苦。 ——Martin Kleppmann

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Spring Framework 5带来了新的Reactive Stack非阻塞式Web框架:Spring WebFlux。作为与Spring MVC并行使用的Web框架,Spring WebFlux依赖了反应式流适配器(Reactive Streams Adapter),在Netty和Servlet3.1的容器下,可以提供非阻塞式的Web服务,充分发挥下一代多核处理器的优势,支撑海量的并发访问。

以上是官网的介绍,事实上在基于Spring Boot 2强大的微服务架构帮助下,WebFlux和Spring MVC一起,成为Java应用开发的两大选择,可以让我们迅速地搭建起反应式的Web应用。本文拟通过模拟一个简单的微博应用,实战通过Spring Boot 2+ Spring WebFlux + MongoDB 开发一个Web应用。

Spring WebFlux及其编程范式

Spring WebFlux通过核心库Reactor提供反应式支持,Reactor实现了Reactive Streams,后者是一个带非阻塞式背压的异步流处理器。

Reactor包含两个重要的成员变量FluxMono,它们都实现了Reactive Streams提供的Publisher接口Flux 是一个代表了0..N元素的流,Mono是代表了一个0..1元素的流。虽然WebFlux使用Reactor作为它的核心依赖,它在应用层面,它也同时支持RxJava。

Spring WebFlux支持两种类型的编程范式:

  1. 传统的基于注解的方式,如@Controller、@RequestMapping等沿用了Spring MVC的模式.

  2. 基于Java8的Lambda函数式编程模式

本文主要是使用基于注解的方式,今后另文补充基于函数式编程的范式。

基于Spring Boot 2+ Spring WebFlux + MongoDB的轻量级微博应用

以下展示如何搭建一个轻量级的微博应用,这个应用只包括一个domain类Tweet,使用基于MongoDB的在线MongoDB数据库mLab作为存储,并且使用异步的RESTful API提供基本的增删查改功能。

此外还会用到Spring Test组件,通过使用Maven的插件功能,实现对微服务应用的测试。

1. 新建项目

  1. 点击http://start.spring.io
  2. 选择2.x以上的Spring Boot版本
  3. 输入artifact的值,比如webflux-demo
  4. 选择Reactive Web和Reactive MongoDB依赖
  5. 点击Generate Project,生成并下载一个微服务框架到本地,并解压
  6. 使用IDE,比如eclipse,导入解压出来的项目文件

2. 注册mLab账户,并新建一个MongoDB数据库

MongoDB数据库是常用的文档类型数据库,广泛用于社交网站、电商等引用中。而mLab是一个在线MongoDB数据库平台,提供MongoDB的在线服务。这个应用使用到它。

  1. 前往https://mlab.com
  2. 根据要求注册账户
  3. 网站会有免费和收费的服务选择,选择AWS的免费MongoDB服务
  4. 服务选择完毕,平台会提供一个数据库镜像,可以点击数据库前往管理页面。
  5. 在User标签下,新建数据库的登录名和密码。

完成以上步骤,数据库就可以开始使用了。你会看到如下图所示的页面:

3. 在项目中配置MongoDB数据库

前往IDE中的项目资源文件夹,找到application.properties。添加你在mLad的MongoDB URI

1
spring.data.mongodb.uri=mongodb://username:password@ds063439.mlab.com:63439/springdb   

在应用启动的时候,Springboot会自动读取该配置文件。

4. 编写应用各模块

WebFlux可以认为是基于Spring的Web开发的一个新的模式或选择,因此它既有Spring MVC有的模块如Domain、Controller、Service,也有新增的如Handler、Router等。下面分别编写各模块。

4.1 Domain包

Domain包只包括一个domain类Tweet.java,因为使用了文档数据库,因此使用@Document注解修饰类,并且使用@Id修饰成员变量id。@NotBlank、@NotNull和@Size限定了成员变量的值的范围。代码如下:

@Document(collection = "tweets")
public class Tweet {
    @Id
    private String id;
     
    @NotBlank
    @Size(max = 140)
    private String text;
     
    @NotNull
    private Date createAt = new Date();
     
    public Tweet() {
         
    }
         //省略Tweet的getter和setter方法
}

4.2 Repository

Repository接口是DAO,继承了ReactiveMongoRepository接口用于连接MongoDB数据库做数据持久化,

复制代码
 1 package com.example.webfluxdemo.repository;
 2 
 3 import org.springframework.data.mongodb.repository.ReactiveMongoRepository;
 4 import org.springframework.stereotype.Repository;
 5 
 6 import com.example.webfluxdemo.model.Tweet;
 7 
 8 @Repository
 9 public interface TweetRepository extends ReactiveMongoRepository<Tweet, String> {
10 
11 }
复制代码

其中父接口ReactiveMongoRepository的源码如下:

public interface ReactiveMongoRepository<T, ID> extends ReactiveSortingRepository<T, ID>, ReactiveQueryByExampleExecutor<T> {
 
    <S extends T> Mono<S> insert(S entity);
 
    <S extends T> Flux<S> insert(Iterable<S> entities);
 
    <S extends T> Flux<S> insert(Publisher<S> entities);
 
    <S extends T> Flux<S> findAll(Example<S> example);
 
    <S extends T> Flux<S> findAll(Example<S> example, Sort sort);
 
}

通过查看源码可知,父接口ReactiveMongoRepository包含对MongoDB数据库基本的增删改查方法。在运行时,Spring Boot会自动实现一个SimpleReactiveMongoRepository类,用于执行增删改查方法。这样极大地节省了程序员持久化的精力,可以专注于业务开发。

4.3 Controller

Controller是WebFlux的核心类,该类定义了增删查改对应的方法,代码如下:

@RestController
public class TweetController {
     
    @Autowired
    private TweetRepository tweetRepository;
    //通过接受Get请求,返回Flux类型的Tweet对象流
    @GetMapping("/tweets")
    public Flux<Tweet> getAllTweets(){
        return tweetRepository.findAll();
    }
    //通过接受POST请求,新增一个Tweet对象
    @PostMapping("/tweets")
    public Mono<Tweet> createTweets(@Valid @RequestBody Tweet tweet){
        return tweetRepository.save(tweet);
    }
    //通过id查找Tweet
    @GetMapping("/tweets/{id}")
    public Mono<ResponseEntity<Tweet>> getTweetById(@PathVariable(value = "id") String tweetId) {
        return tweetRepository.findById(tweetId)
                .map(savedTweet -> ResponseEntity.ok(savedTweet))
                .defaultIfEmpty(ResponseEntity.notFound().build());
    }
     //通过id更新Tweet,使用到SpringMVC的相关注解
      @PutMapping("/tweets/{id}")
      public Mono<ResponseEntity<Tweet>> updateTweet(@PathVariable(value = "id") String tweetId,
                                                   @Valid @RequestBody Tweet tweet) {
          return tweetRepository.findById(tweetId)
                .flatMap(existingTweet -> {
                    existingTweet.setText(tweet.getText());
                    return tweetRepository.save(existingTweet);
                })
                .map(updatedTweet -> new ResponseEntity<>(updatedTweet, HttpStatus.OK))
                .defaultIfEmpty(new ResponseEntity<>(HttpStatus.NOT_FOUND));
    }
      //通过id删除tweet
      @DeleteMapping("/tweets/{id}")
      public Mono<ResponseEntity<Void>> deleteTweet(@PathVariable(value = "id") String tweetId) {
 
          return tweetRepository.findById(tweetId)
                .flatMap(existingTweet ->
                        tweetRepository.delete(existingTweet)
                            .then(Mono.just(new ResponseEntity<Void>(HttpStatus.OK)))
                )
                .defaultIfEmpty(new ResponseEntity<>(HttpStatus.NOT_FOUND));
    }
 
    // 基于反应式流发送微博至客户端
    @GetMapping(value = "/stream/tweets", produces = MediaType.TEXT_EVENT_STREAM_VALUE)
    public Flux<Tweet> streamAllTweets() {
        return tweetRepository.findAll();
    }
}  

Controller是FluxWeb编程的核心,与SpringMVC不同,所有的处理方法返回的都是Flux或Mono对象。

Flux 和 Mono 是 Reactor 中的两个基本概念。Flux 表示的是包含 0 到 N 个元素的异步序列。在该序列中可以包含三种不同类型的消息通知:正常的包含元素的消息、序列结束的消息和序列出错的消息。当消息通知产生时,订阅者中对应的方法 onNext(), onComplete()和 onError()会被调用。

Mono 表示的是包含 0 或者 1 个元素的异步序列。该序列中同样可以包含与 Flux 相同的三种类型的消息通知。

Flux 和 Mono 之间可以进行转换。对一个 Flux 序列进行计数操作,得到的结果是一个 Mono<Long>对象。把两个 Mono 序列合并在一起,得到的是一个 Flux 对象。

Controller使用Flux或Mono作为对象,返回给不同的请求。反应式编码主要在最后一个方法:

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// 基于反应式流发送微博至客户端
    @GetMapping(value = "/stream/tweets", produces = MediaType.TEXT_EVENT_STREAM_VALUE)
    public Flux<Tweet> streamAllTweets() {
        return tweetRepository.findAll();
    }  

这个方法和getAllTweet方法一样,会返回一个JSON流到客户端,区别在于streamAllTweets以Server-send-event的方式返回一个Json流到浏览器,这种流可以被浏览器识别和使用。这里涉及到服务器推送事件(Server-Send Event)

服务器推送事件(Server-Sent Events,SSE)允许服务器端不断地推送数据到客户端。相对于 WebSocket 而言,服务器推送事件只支持服务器端到客户端的单向数据传递。虽然功能较弱,但优势在于 SSE 在已有的 HTTP 协议上使用简单易懂的文本格式(如JSON)来表示传输的数据。

作为 W3C 的推荐规范,SSE 在浏览器端的支持也比较广泛,除了 IE 之外的其他浏览器都提供了支持。在 IE 上也可以使用 polyfill 库来提供支持。在服务器端来说,SSE 是一个不断产生新数据的流,非常适合于用反应式流来表示。在 WebFlux 中创建 SSE 的服务器端是非常简单的。只需要返回的对象的类型是 Flux<ServerSentEvent>,就会被自动按照 SSE 规范要求的格式来发送响应。

使用WebTestClient测试应用

WebTestClient是Spring 5提供的一个异步反应式Http客户端,可以用于测试反应式的RestFul微服务应用。在IDE的测试文件夹中,可以找到测试类,编写代码如下:

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public class WebfluxDemoApplicationTests {
 
    @Autowired
    private WebTestClient webTestClient;
     
    @Autowired
    TweetRepository tweetRepository;
     
    @Test
    public void testCreateTweet() {
        Tweet tweet = new Tweet("这是一条测试微博");
 
        webTestClient.post().uri("/tweets")
                .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8)
                .accept(MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8)
                .body(Mono.just(tweet), Tweet.class)
                .exchange()
                .expectStatus().isOk()
                .expectHeader().contentType(MediaType.APPLICATION_JSON_UTF8)
                .expectBody()
                .jsonPath("$.id").isNotEmpty()
                .jsonPath("$.text").isEqualTo("这是一条测试微博");
    }
}  

在测试类中通过控制反转注入WebTestClient和DAO的对象,调用WebTestClient方法进行测试,使用mvn test命令,测试所有的测试类。结果如下:

查看mLab的数据库,数据被成功添加:

 

 

 

 

 

 

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