二、如何使用 Flux 和 Mono 构建响应式数据流？

基本介绍

前面文章响应式编程基本介绍介绍了响应式编程的基础，其中就有响应式流规范，这是比较底层的规范，如果使用响应式流，要基于此开发，还是很有难度的。
而我们每天都在使用的 Spring 就是这样一款支持响应式编程的开发框架，Spring 5 的响应式编程模型以 Project Reactor 库为基础，而后者则实现了响应式流规范。

Reactor 异步数据序列

响应式流规范的基本组件是一个异步的数据序列，在 Reactor 框架中，我们可以把这个异步数据序列表示成如下形式：

上图中的异步序列模型从语义上可以用如下公式表示。

onNext x 0..N [onError | onComplete]

以上公式中包含了三种消息通知，分别对应在异步数据序列执行过程中的三种不同数据处理场景：

onNext：表示正常的包含元素的消息通知；
onComplete：表示序列结束的消息通知；
onError：表示序列出错的消息通知。

当触发这些消息通知时，异步序列的订阅者（Subscriber）中对应的这三个同名方法将被调用。正常情况下，onNext() 和 onComplete() 方法都应该被调用，用来正常消费数据并结束序列。如果没有调用 onComplete() 方法就会生成一个无界数据序列，在业务系统中，这通常是不合理的。而 onError() 方法只有序列出现异常时才会被调用。

基于上述异步数据序列，Reactor 框架提供了两个核心组件来发布数据，分别是 Flux 和 Mono 组件。这两个组件可以说是应用程序开发过程中最基本的编程对象。这篇文章，主要就是介绍 Flux 和 Mono 的基本使用。

通过 Flux 对象创建响应式流

基本介绍

Flux 代表的是一个包含 0 到 n 个元素的异步序列，Reactor 官网给出了它弹珠图（Marble Diagram）示意图：

类 Flux 说明，或者直接通过 IDEA 工具查看。

operator：代表操作符，对数据进行正常操作。
红色的叉号：代表异常。
最后的一个符号：代表序列正常结束。
这三种消息，和数据系列完全一致，即：序列的三种消息通知都适用于 Flux。

创建 Flux 的方式非常多，但是大体可以分成两大类：一类是 基于各种工厂模式的静态创建方法；而另一类则 采用编程的方式 动态创建 Flux。相对而言，静态方法在使用上都比较简单，但不如动态方法来得灵活。

操作符

操作符（operator）并不是响应式流规范的一部分，但为了改进响应式代码的可读性并降低开发成本，Reactor 库中的 API 提供了一组丰富的操作符，这些操作符为响应式流规范提供了最大的附加值。操作符的执行效果如下所示：

在 Reactor 中，可以把操作符分成转换、过滤、组合、条件、数学、日志、调试等几大类，每一类中都提供了一批有用的操作符。尤其是针对转换场景，操作符非常健全。

通过静态方法创建 Flux

Reactor 中静态创建 Flux 的方法常见的包括 just()、range()、interval() 以及各种以 from- 为前缀的方法组等。同时，因为 Flux 可以代表 0 个数据，所以也有一些专门用于创建空序列的工具方法。

just() 方法

它可以指定序列中包含的全部元素，创建出来的 Flux 序列在发布这些元素之后会自动结束。一般情况下，在已知元素数量和内容时，使用 just() 方法是创建 Flux 的最简单直接的做法。使用 just() 方法创建 Flux 对象的示例代码如下所示:

Flux.just("data1", "data2").subscribe(System.out::println);

执行以上代码，我们将在系统控制台中得到如下结果：

data1
data2

这里我们对 Flux 执行了用于订阅的 subscribe() 方法，并通过使用 Lambda 表达式调用了 System.out.println() 方法，这意味着将结果打印到系统控制台。

fromXXX() 方法组
如果我们已经有了一个数组、一个 Iterable 对象或 Stream 对象，那么就可以通过 Flux 提供的 fromXXX() 方法组来从这些对象中自动创建 Flux，包括 fromArray()、fromIterable() 和 fromStream() 方法。

上一讲我们提到了 Flux.fromIterable() 方法，这里再给出一个使用 fromArray() 方法创建 Flux 对象的示例代码，如下所示。

Flux.fromArray(new Integer[]{1, 2, 3}).subscribe(System.out::println);List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
Flux.fromIterable(list).subscribe(System.out::println);

这段代码的执行结果就是在控制台中输出三行记录。

1
2
3

range() 方法

如果你快速生成一个整数数据流，那么可以采用 range() 方法，该方法允许我们指定目标整数数据流的起始元素以及所包含的个数，序列中的所有对象类型都是 Integer，这在创建连续的年份信息或序号信息等场景下非常有用。使用 range() 方法创建 Flux 对象的示例代码如下所示。

Flux.range(100, 3).subscribe(System.out::println);

这段代码会在控制台中打印出 3 行记录，从 100 开始，到 102 结束。

100
101
102

interval() 方法

在 Reactor 框架中，interval() 方法可以用来生成从 0 开始递增的 Long 对象的数据序列。通过 interval() 所具备的一组重载方法，我们可以分别指定这个数据序列中第一个元素发布之前的延迟时间，以及每个元素之间的时间间隔。interval() 方法相对复杂，其弹珠图如下所示：

可以看到，上图中每个元素发布时相当于添加了一个定时器的效果。使用 interval() 方法的示例代码如下所示。

Flux.interval(Duration.ofSeconds(2), Duration.ofMillis(200)).subscribe(System.out::println);

这段代码的执行效果相当于在等待 2 秒钟之后，生成一个从 0 开始逐一递增的无界数据序列，每 200 毫秒推送一次数据。

empty()、error() 和 never()

根据前面介绍的 Reactor 异步数据序列的语义，我们可以分别使用 empty()、error() 和 never() 这三个方法类创建一些特殊的数据序列。其中，如果你希望创建一个只包含结束消息的空序列，那么可以使用 empty() 方法，使用示例如下所示。显然，这时候控制台应该没有任何的输出结果。

Flux.empty().subscribe(System.out::println);

然后，通过 error() 方法可以创建一个只包含错误消息的序列。如果你不希望所创建的序列不发出任何类似的消息通知，也可以使用 never() 方法实现这一目标。当然，这几个方法都比较少用，通常只用于调试和测试。

不难看出，静态创建 Flux 的方法简单直接，一般用于生成那些事先已经定义好的数据序列。而如果数据序列事先无法确定，或者生成过程中包含复杂的业务逻辑，那么就需要用到动态创建方法。

通过动态方法创建 Flux

动态创建 Flux 所采用的就是以编程的方式创建数据序列，最常用的就是 generate() 方法和 create() 方法。

generate() 方法

generate() 方法生成 Flux 序列依赖于 Reactor 所提供的 SynchronousSink 组件，定义如下。

public static <T> Flux<T> generate(Consumer<SynchronousSink<T>> generator)

SynchronousSink 组件包括 next()、complete() 和 error() 这三个核心方法。从 SynchronousSink 组件的命名上就能知道它是一个同步的 Sink 组件，也就是说元素的生成过程是同步执行的。这里要注意的是 next() 方法只能最多被调用一次。使用 generate() 方法创建 Flux 的示例代码如下。

Flux.generate(sink -> {sink.next("Tang");sink.complete();
}).subscribe(System.out::println);

运行该段代码，会在系统控制台上得到“Tang”。我们在这里调用了一次 next() 方法，并通过 complete() 方法结束了这个数据流。如果不调用 complete() 方法，那么就会生成一个所有元素均为“Tang”的无界数据流。

如果在上面多次调用 next() 方法，就会报错：Caused by: java.lang.IllegalStateException: More than one call to onNext。

这个示例非常简单，但已经具备了动态创建一个 Flux 序列的能力。如果想要在序列生成过程中引入状态，那么可以使用如下所示的 generate() 方法重载。
generate() 重载方法：

public static <T, S> Flux<T> generate(Callable<S> stateSupplier, BiFunction<S, SynchronousSink<T>, S> generator) {return onAssembly(new FluxGenerate<>(stateSupplier, generator));
}

使用示例：

Flux.generate(() -> 1, (i, sink) -> {sink.next(i);if (i == 5) {sink.complete();}return ++i;
}).subscribe(System.out::println);

这里我们引入了一个代表中间状态的变量 i，然后根据 i 的值来判断是否终止序列。显然，以上代码的执行效果会在控制台中输入 1 到 5 这 5 个数字。

create()

create() 方法与 generate() 方法比较类似，但它使用的是一个 FluxSink 组件，定义如下。

public static <T> Flux<T> create(Consumer<? super FluxSink<T>> emitter)

FluxSink 除了 next()、complete() 和 error() 这三个核心方法外，还定义了背压策略，并且可以在一次调用中产生多个元素。使用 create() 方法创建 Flux 的示例代码如下。

Flux.create(sink -> {for (int i = 0; i < 5; i++) {sink.next("Tang" + i);}sink.complete();
}).subscribe(System.out::println);

运行该程序，我们会在系统控制台上得到从“Tang0”到“Tang4”的 5 个数据。通过 create() 方法创建 Flux 对象的方式非常灵活。
以上就是通过Flux 对象创建响应式流的方法。

通过 Mono 对象创建响应式流

上面介绍了使用 Flux 创建响应式流，除了 Flux 还可以通过 Mono 对象来创建响应式流，其操作如下。

基本介绍

Mono 数据序列中只包含 0 个或 1 个元素，弹珠图（Marble Diagram）如下图所示：

类 Mono 说明，或者直接通过 IDEA 工具查看。

对于 Mono 而言，可以认为它是 Flux 的一种特例，所以很多创建 Flux 的方法同样适用。针对静态创建 Mono 的场景，前面给出的 just()、empty()、error() 和 never() 等方法同样适用。除了这些方法之外，比较常用的还有 justOrEmpty() 等方法。

justOrEmpty() 方法会先判断所传入的对象中是否包含值，只有在传入对象不为空时，Mono 序列才生成对应的元素，该方法示例代码如下。

Mono.justOrEmpty(Optional.of("Tang")).subscribe(System.out::println);

另一方面，如果要想动态创建 Mono，我们同样也可以通过 create() 方法并使用 MonoSink 组件，示例代码如下。

Mono.create(sink -> sink.success("Tang")).subscribe(System.out::println);

订阅响应式流

介绍完如何创建响应式流，接下来就需要讨论如何订阅响应式流。想要订阅响应式流，就需要用到 subscribe() 方法。在前面的示例中我们已经演示了 subscribe 操作符的用法，知道可以通过 subscribe() 方法来添加相应的订阅逻辑。同时，在调用 subscribe() 方法时可以指定需要处理的消息通知类型。正如前面内容所看到的，Flux 和 Mono 提供了一批非常有用的 subscribe() 方法重载方法，大大简化了订阅的开发例程。这些重载方法包括如下几种。

//订阅流的最简单方法，忽略所有消息通知
subscribe();//对每个来自 onNext 通知的值调用 dataConsumer，但不处理 onError 和 onComplete 通知
subscribe(Consumer<T> dataConsumer);//在前一个重载方法的基础上添加对 onError 通知的处理
subscribe(Consumer<T> dataConsumer, Consumer<Throwable> errorConsumer);//在前一个重载方法的基础上添加对 onComplete 通知的处理
subscribe(Consumer<T> dataConsumer, Consumer<Throwable> errorConsumer,
Runnable completeConsumer);//这种重载方法允许通过请求足够数量的数据来控制订阅过程
subscribe(Consumer<T> dataConsumer, Consumer<Throwable> errorConsumer,
Runnable completeConsumer, Consumer<Subscription> subscriptionConsumer);//订阅序列的最通用方式，可以为我们的 Subscriber 实现提供所需的任意行为
subscribe(Subscriber<T> subscriber);

Reactor 中的消息通知类型有三种，即正常消息、错误消息和完成消息。显然，通过上述 subscribe() 重载方法，我们可以只处理其中包含的正常消息，也可以同时处理错误消息和完成消息。例如，下面这段代码示例展示了同时处理正常和错误消息的实现方法。

Mono.just("Tang").concatWith(Mono.error(new IllegalStateException())).subscribe(System.out::println, System.err::println);

以上代码的执行结果如下所示，控制台输出字符串“Tang”，同时输出了 IllegalStateException 这个异常。

Tang
java.lang.IllegalStateException

有时候我们不想直接抛出异常，而是希望采用一种容错策略来返回一个默认值，就可以采用如下方式。

Mono.just("Tang").concatWith(Mono.error(new IllegalStateException())).onErrorReturn("defaultError").subscribe(System.out::println);

以上代码的执行结果如下所示，当产生异常时我们使用 onErrorReturn() 方法返回一个默认值“defaultError”。

Tang
defaultError

另外一种容错策略是通过 switchOnError() 方法使用另外的流来产生元素，以下代码演示了这种策略，执行结果与上面的示例一致。

Mono.just("Tang").concatWith(Mono.error(new IllegalStateException())).switchOnError(Mono.just("defaultError")).subscribe(System.out::println);

这种方式，在后续的版本中已经去掉了，可查看：https://github.com/reactor/reactor-core/issues/535

我们还可以充分利用 Lambda 表达式来使用 subscribe() 方法，例如下面这段代码。

Flux.just("Tang1", "Tang2", "Tang3").subscribe(data -> System.out.println("onNext:" + data), err -> {}, () -> System.out.println("onComplete"));

这段代码的执行效果如下所示，可以看到，我们分别对 onNext 通知和 onComplete 通知进行了处理。

onNext:Tang1
onNext:Tang2
onNext:Tang3
onComplete