反应式编程框架设计：如何使得程序调用不阻塞等待

前言：

程序在高并发的情况下，程序容易崩溃。主要的原因是：在高并发的情况下，有大量用户请求需要程序计算处理，而目前的处理方式是，为每个用户请求分配一个线程，当程序内部因为访问数据库等原因造成线程阻塞时，线程无法释放去处理其他请求，这样就会早在请求的堆积，不断的消耗资源，最终导致程序的崩溃。

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传统的Web应用程序运行期间的线程特性。一个高并发的应用程序，总是同时有多个用户请求到达系统的Web容器，Web容器为每个请求分配一个线程进行处理，线程在处理的过程中，如果遇到访问数据库或者远程服务等操作，就会进入阻塞状态，这个时候，如果数据库或者服务响应延迟，就会出现程序内的线程无法释放的情况，而外部的请求不断进来，导致计算机资源很快被快速消耗，最终导致程序崩溃。

反应式编程：

反应式编程本质上市一种异步编程方案，在多线程、异步方法调用、异步IO访问等技术的基础上，提供了一整套与异步调用相匹配的编程模型，从而实现程序调用非阻塞、即时响应等特性，即开发出 一个反应式的系统，以应对编程领域越来越高的并发处理要求。

即时响应：

应用调用者可以即时得到响应，无需等到整个应用程序执行完毕，也就是说应用调用是非阻塞的

回弹性：

当应用程序部分功能失效的时候，应用系统本身能够进行自我修复，保证正常运行，保证响应，不会出现系统崩溃和宕机的情况

弹性：

系统能够应用负载压力作出响应，能够自动伸缩适应应用负载的压力，根据压力自动调整自身的处理能力，或者根据的处理能力，调整进入系统中的访问请求数量

消息驱动：

功能模块之间、服务之间、通过消息进行驱动、完成服务的流程

目前主流的反应式编程框架有RxJava、Reactor等，主要的特点是基于观察者设计模式的异步编程方案，编程模型采用函数式编程。

观察者模式和函数式编程有自己的优势，但是反应式编程并不是必须要用观察者模式和函数式编程。Flower就是一个纯消息驱动，完全异步，支持命令式编程的反应式编程框架。

反应式编程框架Flower的基本原理：

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当并发用户到达应用服务器的时候，Web容器线程不需要执行应用程序代码，只是将用户的HTTP请求变为请求的对象，将请求对象异步交给Flower矿建的Service去处理，自身立刻就返回，因为容器线程不要做太多的工作，所以只是需要极少的容器线程就可以满足高并发的用户请求，用户的请求不会被阻塞，不会因为容器线程不够而无法进行处理。相比传统的阻塞式的编程，Web容器线程要全部的请求处理操作，一直要等到返回响应结果才能释放线程；

使用Flower框架只需要极少的容器线程就可以处理较多的并发用户请求，而且容器线程不会阻塞。

用户请求交给基于Flowerr框架开发业务Service对象以后，Service之间依然是使用异步消息进行消息的通信调用，不会直接进行阻塞式的调用。一个Service完成业务逻辑处理之后，会返回一个处理结果，这个结果以消息的方式异步发给他的下一个Service

传统编程模型Service之间如果进行调用，被调用者返回之前，调用者Service方法只能阻塞等待。而Flower的Service之间使用了AKKA Actor进行消息的通信，调用者的Service发送调用消息之后，不需要等待被调用者返回的结果，就可以处理下一个消息了，事实上，这些Service可以复用同一个线程去处理自己的消息，也就是说，只需要有限的几个线程就可以完成大量的Service处理和消息的传输，这些线程不会阻塞等待。

通常Web应用主要的线程阻塞，是因为数据库访问导致的线程阻塞，Flower支持异步数据库驱动，用户请求数据库的时候，将请求提交给异步数据库驱动，立刻就可以返回，不会阻塞当前线程，异步数据库访问连接远程数据库，进行真正的数据库操作，得到结果之后，将结果以异步回调的方式发送给Flower的Service进行进一步的处理操作，这个时候依然不会有阻塞的线程。

也就是说，使用Flower开发的系统，在一个典型的Web应用中，几乎没有任何地方会被阻塞，所有的线程都可以被不断地复用，有限的线程就可以完成大量的并发用户请求，从而大大提高了系统的吞吐能力和响应能力。应用不会因为并发量太大或者数据库处理缓慢而宕机，从而提高了系统的可用性。

Flowerr框架实现异步无阻塞，一方面是利用了Web容器的异步特性，主要是Servlet3.0以后提供的AsyncContext，快速释放容器线程；另一方面是利用了异步的数据库驱动以及异步的网络通信，主要是HttpAsyncClient等一些异步的组件。核心的应用代码之间的异步无阻塞调用，则是利用Akka的Actor模型实现。

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一个Actor向另一个Actor进行通讯的时候，当前Actor就是一个消息的发送者sender，当它想要向另一个Actor进行通讯的时候，就需要获取另一个Actor的ActorRef的一个引用，通过引用进行消息的通信，而ActorRef收到消息之后，会将这个消息放入目标Actor的Mainbox里面，然后就立即返回。

也就是说发送消息的时候，不需要真正的处理这个消息，只需要将消息发送到目标Actor的Mainbox里面就可以了，自己不会被阻塞，可以继续执行自己的操作，而目标的Actor检查自己的Mainbox中是否有消息，如果有消息，Actor则会在从Mainbox里面取获取消息，对消息进行异步的处理，而所有的Actor会共享线程，这些线程不会有任何的阻塞。