Quarkus Reactive Architecture

Reactive 一词被过载，并与许多概念相关，例如反压、单子或事件驱动架构。因此，让我们澄清一下 Reactive 的含义。

Reactive 是一组原则和指导方针，用于构建响应式分布式系统和应用程序。 Reactive Manifesto 将 Reactive Systems 描述为具有以下四个特征的分布式系统：

此外， Reactive Principles white paper 列出了一组规则和模式来帮助构建响应式系统。

响应式系统是一种架构风格，可以概括为：正确完成分布式系统。依赖异步消息传递有助于在不同组件之间强制实现松耦合（无论是在空间方面还是时间方面）。你向虚拟目标发送消息。接收者可以位于任何位置，甚至在发送消息时尚未存在。弹性支柱允许根据负载按比例放大和缩小各个组件。弹性还提供了冗余，有助于提高恢复力。失败是不可避免的。组成响应式系统的组件必须优雅地处理它们，避免级联故障，并自动适应自身。

响应式系统可以在面对故障和波动负载时继续处理请求。Quarkus 已为此量身定制。它提供了将有助于你设计、实现和操作响应式系统的一些功能。

Quarkus 不仅将帮助你构建响应式系统。它还将确保每个组成部分强制执行响应式原则，并且非常高效。

效率至关重要，尤其是在云环境和容器化环境中。资源（如 CPU 和内存）在多个应用程序之间共享。消耗大量内存的贪婪应用程序效率低下，并会对关联应用程序造成负担。你可能需要申请更多内存、CPU 或更大的虚拟机。它要么会增加你的每月云账单，要么会降低你的部署密度。

I/O 是几乎任何现代系统的重要组成部分。无论是调用远程服务、与数据库交互还是向代理发送消息，所有这些都是基于 I/O 的操作。有效地处理它们对于避免贪婪应用程序至关重要。出于这个原因，Quarkus 使用非阻塞 I/O，它允许少量操作系统线程管理许多并发 I/O。因此，Quarkus 应用程序允许更高的并发性，使用更少的内存，并提高部署密度。

在底层，Quarkus 有一个响应式引擎。由 Eclipse Vert.x 和 Netty 提供支持的此引擎处理非阻塞 I/O 交互。

Quarkus 扩展和应用程序代码可以使用此引擎来协调 I/O 交互，与数据库交互，发送和接收消息，等等。

尽管使用非阻塞 I/O 有着巨大的好处，但它并不是免费的。事实上，它引入了一种与经典框架使用的执行模型完全不同的新执行模型。

传统的应用程序使用阻塞 I/O 和命令式（顺序）执行模型。因此，在公开 HTTP 终结点的应用程序中，每个 HTTP 请求都与一个线程相关联。通常，该线程会处理整个请求，并且该线程在该请求的持续时间内仅用于处理该请求。当处理需要与远程服务交互时，它使用阻塞 I/O。该线程被阻塞，等待 I/O 的结果。虽然该模型很容易开发（因为一切都按顺序进行），但它有一些缺点。为了处理并发请求，你需要多个线程，所以你需要引入一个工作线程池。此池的大小限制了应用程序的并发性。此外，每个线程在内存和 CPU 方面都有一定成本。大型线程池会导致贪婪的应用程序。

如上所述，非阻塞 I/O 避免了这个问题。几个线程可以处理许多并发 I/O。如果我们回到 HTTP 终结点示例，请求处理是在其中一个 I/O 线程上执行的。因为它们的数量很少，所以你需要明智地使用它们。当请求处理需要调用远程服务时，你不能再阻塞线程。你调度 I/O 并传递一个延续，即 I/O 完成后执行的代码。

此模型的效率要高得多，但我们需要一种编写代码的方法来表达这些延续。

基于非阻塞 I/O 和消息传递的 Quarkus 架构允许多个支持性响应式开发模型，它们在表达延续方面各不相同。使用 Quarkus 编写响应式代码的两种主要方法是：

首先，@ReactiveProgramming 是一个直观的、事件驱动的响应式编程库。使用 Mutiny，你编写的是事件驱动的代码。你的代码是一个接收事件并处理它们的管道。管道中的每个阶段都可以看作是一个延续，因为 Mutiny 在管道的上游部分发出事件时调用它们。

Mutiny API 经过精心设计，以提高代码库的可读性和可维护性。Mutiny 提供了编排异步操作所需的一切功能，包括并发执行。它还提供了一大组操作符来处理单个事件和事件流。

协程是一种按顺序编写异步代码的方法。它在 I/O 期间暂停代码执行，并将代码的其余部分注册为延续。在 Kotlin 中进行开发时，Kotlin 协程非常棒，而且只需要表达顺序组合（即协同异步任务的链）即可。

更改你的开发模型并不简单。它需要以非阻塞方式重新学习和重构代码。幸运的是，你不需要这样做！

Quarkus 由于它的响应式引擎而固有的响应式。但是，作为应用程序开发人员的你，不必编写响应式代码。Quarkus 统一了响应式和命令式编程。这意味着你可以在 Quarkus 上编写传统的阻塞应用程序。但是，该如何避免阻塞 I/O 线程？Quarkus 实现了一个 @BlockingExecutor，它在需要时切换到工作线程。

多亏了代码中的提示（比如 @Blocking 和 @NonBlocking 注解），Quarkus 扩展可以决定应用程序逻辑是阻塞还是非阻塞。如果我们回到上面的 HTTP 终结点示例，HTTP 请求始终在一个 I/O 线程上接收。然后，将请求分派到你的代码的扩展决定是否在 I/O 线程上调用它，以避免线程切换，还是在工作线程上调用。此决定取决于扩展。例如，Quarkus REST（以前称为 RESTEasy Reactive）扩展使用 @Blocking 注解来确定是否需要使用工作线程调用该方法，或者是否可以使用 I/O 线程调用该方法。

Quarkus 是务实且多功能的。你决定如何开发和执行你的应用程序。你可以使用命令式方法、响应式方法，或者将它们混合使用，在应用程序的高并发部分使用响应式编程。

Quarkus 提供了一大组响应式 API 和功能。本节列出了最重要的部分，但不是详尽无遗的列表。Quarkus 在每次发布中都会添加新功能，而 @Quarkus Extensions documentation 则提出了允许 @DevServices 的许多扩展。