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- [Reactor](#reactor)
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- [Reactive Programming](#reactive-programming)
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- [命令式迁移到响应式](#命令式迁移到响应式)
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- [可组合性与可读性](#可组合性与可读性)
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- [Assembly Line](#assembly-line)
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- [Operators](#operators)
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- [Nothing Happens Until You subscribe()](#nothing-happens-until-you-subscribe)
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- [backpressure](#backpressure)
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- [hot \& cold](#hot--cold)
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- [Subscriber和Publisher](#subscriber和publisher)
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- [Publisher](#publisher)
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- [Subscriber](#subscriber)
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- [Reactor Core](#reactor-core)
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- [Flux `0...n`](#flux-0n)
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- [Mono `0...1`](#mono-01)
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- [创建Mono/Flux并进行订阅的方式](#创建monoflux并进行订阅的方式)
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- [String sequence](#string-sequence)
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- [Flux.empty](#fluxempty)
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- [Flux.range](#fluxrange)
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- [Lambda Subscribe](#lambda-subscribe)
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- [Disposable](#disposable)
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- [BaseSubscriber](#basesubscriber)
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- [backpressure](#backpressure-1)
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- [buffer](#buffer)
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- [prefetch](#prefetch)
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- [初始请求](#初始请求)
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- [补充优化（Replenishing Optimization）](#补充优化replenishing-optimization)
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- [limitRate](#limitrate)
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- [lowTie](#lowtie)
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- [limitRequest](#limitrequest)
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- [Create Sequence](#create-sequence)
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- [同步生成`generate`](#同步生成generate)
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- [Sink](#sink)
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- [异步多线程生成`create`](#异步多线程生成create)
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- [`Flux.create`和`listener based api`进行适配](#fluxcreate和listener-based-api进行适配)
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- [`Flux.create` backpressure](#fluxcreate-backpressure)
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# Reactor
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## Reactive Programming
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响应式编程是一种异步编程范式，关注于`数据流`和`状态变化的传播`。java的响应式编程接口被包含在java9的`Flow`中。
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响应式编程范式和观察者设计模式类似，相比于迭代器模式，用户可以选择何时调用`next`方法，reactive stream是基于`发布/订阅`模型的。
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> 迭代器模式是`pull-based`，而reactive stream为`push-based`。
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### 命令式迁移到响应式
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#### 可组合性与可读性
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“可组合性"代表编排多个异步任务的能力，通过“组合”，可以将前一个异步任务的输出作为后一个异步任务的输入。或者，可以按照fork-join的形式对异步任务进行编排。
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reactor同样能解决“可读性”的问题，在使用传统的callback model编写程序时，随着逻辑的复杂，异步进行的层数也会增加，这将会极大降低代码的可读性和可维护性。
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> 在使用call model时，通常需要在回调中执行另一个回调，回调的嵌套通通常会被称为`callback heil`。
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reactor提供了复杂的“组合”选项，能够反映抽象异步进程的组织，并且，所有的内容通常都会位于同一层级。
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#### Assembly Line
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响应式应用中的数据处理类似于流水线，其中，reactor既是传送带又是工作站。数据来源于`original publisher`，最终传传递给`subscriber`。
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数据在从publisher传送到subscriber的过程中，可以经过各种转换和其他中间步骤。如果在数据处理的过程中耗费了较多时间，受影响的workstation会向上游发送消息来控制数据的生成速率。
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#### Operators
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在reactor中，Operator即是Assembly Line中的Workstation。每个operator都会将新的行为添加到`publisher`中，并且前一个publisher包装到一个新的publisher实例中。
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故而，operator将整个chain都链接起来，数据来源于第一个publisher，并随着chain移动，依次被每个链接处理，最终由subscriber结束该过程。
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#### Nothing Happens Until You subscribe()
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当通过reactor编写publisher chain时，数据并不会被泵入到chain中，编写chain只是创建了异步处理的抽象描述。
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通过订阅行为，将publisher和subscriber绑定到了一起，订阅行为会触发chain中的数据流。该行为通过内部的signal实现，subscriber将会发送一个`reuqest signal`，该信号会被传递到chain上游，一直被传递到source publisher。
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#### backpressure
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`传递到上游的信号`该机制也被用于实现backpressure，在assembly line模型中，也被描述为workstation传递给上游的反馈信号，当workstation处理消息比上游workstation满时，会发送该反馈。
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reactive stream定义的机制接近于上述描述，其提供两种模式：
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- unbounded mode：source publisher可以按其最高速率不受限制的推送数据
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- request mode：通过`request`机制向source publisher发送信号，告知其准备好处理最多`n`个元素。
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中间的operator也可以在传输过程中对请求做出修改，例如`buffer` operator可以将elements分割为以10个为单位的batch，如果subscriber请求一个buffer，那么上游source publisher可以产生10个元素。
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通过backpressure，可以将`push`模型转化为`push-pull`模型：
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- 当上游的n个元素已经准备好时，下游可以从上游拉取n个元素
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- 当上有没有准备好n个元素时，后续如果n个元素被准备好，其将会被上游推送
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#### hot & cold
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对于响应式序列，其可以分为两种：
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- cold sequence：对于cold sequence，会为每个订阅者重新开始流程，包括source publisher。例如source中若封装了http调用，会为每个subscriber都执行一个新的http请求
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- hot sequence：subscriber只有在其订阅后才收到信号，即使没有subscriber在监听，hot sequence仍然能够发送signal
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## Subscriber和Publisher
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### Publisher
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对于publisher，其提供了`subscribe`方法供subscriber进行注册，在执行subscribe方法并向其传入`Subscriber`对象后，上游publisher会调用下游的`onSubscribe`方法，并向`onSubscribe`方法传入`Subscription`对象。下游可以通过`Subscription`对象调用`request(n)`请求。
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> 若中间存在operator（例如map）在担任publisher角色的同时，还对上游进行了订阅，那么对上游的实际订阅操作只会在operator被下游subscriber订阅时触发。
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>
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> `任何变更状态的操作都只在实际subscriber执行订阅操作后被触发`。
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### Subscriber
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当下游调用`request(n)`方法之后，会向上游请求`n`个数据。上游会向下游发送`onNext`信号来传输生成的数据。
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## Reactor Core
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reactor引入了两个实现`Publisher`的类：`Mono`和`Flux`。
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- Flux：代表包含`0...N`个items的reactive sequence
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- Mono：代表包含`0...1`个items的reactive sequence
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上述两个类代表了在异步处理场景中的大致基数。
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- Mono：例如，对于http请求的场景，一个请求只会产生一个响应，故而对响应执行`count`操作并没有任何意义。此时，可以通过`Mono<HttpResponse>`来代表http调用的结果，`Mono`中只提供了上下文中包含`0...1`个元素的对应操作
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- 当执行某些`可能会改变异步处理中最大基数的操作`时，可能会导致类型的改变，例如执行`Flux`中的`count`操作将会返回`Mono<Long>`的类型
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### Flux `0...n`
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`Flux<T>`是一个标准的`Publisher<T>`，代表基数为`0...n`的异步序列，其可以被`completion signal`或异常所终止。根据reactive stream标准，存在三种signal，且信号会转化为对下游`onNext`、`onComplete`、`onError`的调用。
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Flux是一个通用的reactive类型，并且，所有的event type都是可选的。
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- 当没有`onNext`事件但是存在`onComplete`事件，代表一个空的有限序列
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- 当`onNext`和`onComplete`事件都不存在时，代表一个空的无限序列
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- 无限序列并不一定为空，例如`Flux.interval(Duration)`会产生一个`Flux<Long>`，其是无限的并且发送tick
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### Mono `0...1`
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`Mono<T>`是一个标准的`Publisher<T>`，其通过`onNext`信号发送至多一个item，然后再结束时发送`onComplete`信号结束（成功场景）；或直接发送`onError`信号结束（失败场景）。
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大多数Mono实现在调用完subscriber的`onNext`方法之后，预计会立马调用subscriver的`onComplete`方法。但是，`Mono.never`是一个例外，其并不会发送任何信号，并且其`onNext`和`onError`的组合是被明确禁止的。
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### 创建Mono/Flux并进行订阅的方式
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#### String sequence
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如果想要创建String序列，可以通过如下方式：
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```java
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Flux<String> seq1 = Flux.just("foo", "bar", "foobar");
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List<String> iterable = Arrays.asList("foo", "bar", "foobar");
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Flux<String> seq2 = Flux.fromIterable(iterable);
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```
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#### Flux.empty
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```java
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Mono<String> noData = Mono.empty();
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```
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#### Flux.range
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在下面示例中，`Flux.range`第一个参数是range的起始值，第二个参数是要产生的元素个数
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```java
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Flux<Integer> numbersFromFiveToSeven = Flux.range(5, 3);
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```
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故而，其产生的内容为`5,6,7`。
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#### Lambda Subscribe
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在进行订阅时，`Flux`和`Mono`使用了lambda，在调用subscribe时，有如下几种重载的选择：
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```java
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// 订阅并触发sequence的产生
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subscribe();
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// 对每个产生的值通过consumer执行处理操作
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subscribe(Consumer<? super T> consumer);
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// 在reactive stream异常终止时，对error进行处理
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subscribe(Consumer<? super T> consumer,
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Consumer<? super Throwable> errorConsumer);
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// 在sequence处理完时，执行额外的complete操作
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subscribe(Consumer<? super T> consumer,
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Consumer<? super Throwable> errorConsumer,
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Runnable completeConsumer);
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// 该方法会针对`subscribe`方法产生的`Subscription`对象执行操作
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// 该重载已废弃
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subscribe(Consumer<? super T> consumer,
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||
Consumer<? super Throwable> errorConsumer,
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||
Runnable completeConsumer,
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Consumer<? super Subscription> subscriptionConsumer);
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||
```
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对于subscribe的使用，示例如下
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```java
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Flux.range(5,3)
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.map(x->{
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if(x<7) {
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return x;
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}
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throw new RuntimeException(String.format("fucking value {%s} equals or greater than 7", x));
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})
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.subscribe(v->System.out.printf("[%s]-%d\n", Thread.currentThread().getName(), v),
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(e) -> {
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System.out.printf("[%s]-Error Caught: %s\n", Thread.currentThread().getName(), e.getMessage());
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},
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()->{
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System.out.printf("[%s]-Complete: %s\n", Thread.currentThread().getName(), "fucking ended");
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});
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```
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其执行结果如下：
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```
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[main]-5
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[main]-6
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[main]-Error Caught: fucking value {7} equals or greater than 7
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```
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#### Disposable
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上述`subscribe`方法的返回类型为`Disposable`，该接口代表subscriber对publisher的订阅是可取消的，如需取消订阅，调用`dispose`方法即可。
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对于Mono和Flux而言，source publisher应该在接收到cancellation信号之后停止产生元素，`并不能保证取消信号是即时的`。（`若source产生数据的速度过快，可能在接收到cancel信号之前，source就已经complete`）。
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`Disposables`类中存在一些对`Disposable`的工具方法，例如`swap`和`composite`。
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#### BaseSubscriber
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`subscribe`方法除了接收lambda外，还存在更通用的重载方法，接收`Subscriber`类型的参数。
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在这种场景下，传参可以继承`BaseSubscriber`类。
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并且，`BaseSubscriber`该类是一次性的，`其只能够订阅一个publisher，如果其订阅了第二个publisher，那么其对第一个publisher的订阅将会被取消`。
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> `BaseSubscriber`只能订阅一个publisher的原因是reactive stream规范要求`onNext`方法不能被并行调用。
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示例如下：
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```java
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Flux.range(3, 5)
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.subscribe(new BaseSubscriber<Integer>() {
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private Subscription subscription;
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@Override
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protected void hookOnSubscribe(Subscription subscription) {
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||
this.subscription = subscription;
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subscription.request(5);
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}
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@Override
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protected void hookOnNext(Integer value) {
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||
log.info("onNext called: {}", value);
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// this.subscription.request(1);
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||
}
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||
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@Override
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||
protected void hookOnComplete() {
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log.info("onComplete called");
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||
super.hookOnComplete();
|
||
}
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||
|
||
@Override
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||
protected void hookOnError(Throwable throwable) {
|
||
log.info("onError called: {}", throwable.getMessage());
|
||
super.hookOnError(throwable);
|
||
}
|
||
});
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```
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上述示例中，通过向`subscribe`方法中传递自定义的`BaseSubscriber`来实现对上游的订阅，执行结果如下：
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```
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2025-03-24T19:21:09.818+08:00 INFO 27440 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : onNext called: 3
|
||
2025-03-24T19:21:09.819+08:00 INFO 27440 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : onNext called: 4
|
||
2025-03-24T19:21:09.819+08:00 INFO 27440 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : onNext called: 5
|
||
2025-03-24T19:21:09.819+08:00 INFO 27440 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : onNext called: 6
|
||
2025-03-24T19:21:09.819+08:00 INFO 27440 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : onNext called: 7
|
||
2025-03-24T19:21:09.819+08:00 INFO 27440 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : onComplete called
|
||
```
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||
`BaseSubscriber`的`hookOnSubscribe`默认实现如下：
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```java
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protected void hookOnSubscribe(Subscription subscription) {
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||
subscription.request(Long.MAX_VALUE);
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}
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||
```
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其请求的数量为`Long.MAX_VALUE`，代表其publisher为`effectively unbounded`。
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可以通过重写`hookOnSubscribe`方法来自己指定request数量，如果需要自己指定请求数量，最少需要重写`hookOnSubscribe`和`hookOnNext`方法。
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`BaseSubscriber`提供了`requestUnbounded`方法(`其方法和request(Long.MAX_VALUE)等价`)和`cancel`方法。
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除了上述列出的hook外，`BaseSubscriber`还支持如下hooks：
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- hookOnComplete
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||
- hookOnError
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- hookOnCancel
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- hookFinally(当sequence终止时，都会被调用，可以用参数来判断终止类型为complete或error)
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- hookFinally的调用顺序位于hookOnComplete和hookOnError之后
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#### backpressure
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在reactor的backpressure实现中，consumer pressure传播到上游source的机制是向上游operator发送`request`请求。当前已发送的请求个数之和被称为`demand`，并且`demand`的上限为`Long.MAX_VALUE`，当demand的值为`Long.MAX_VALUE`或更大时，代表`unbound request`。
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> `unbound request`代表尽可能快的产生数据，即backpressure关闭。
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在reactive chain中，第一个请求来自于`final subscriber`，其在订阅时(onSubscribe)会发送第一个`request`请求。目前，大多直接订阅的方法都会通过`Long.MAX_VALUE`创建一个unbounded request，示例如下：
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- `subcribe()`方法和大多数基于lambda的重载方法（除了包含`Consumer<Subscription>`参数的重载）
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- `block`, `blockFirst`， `blockLast`
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||
- 通过`toIterable`或`toStream`进行遍历
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目前，定义初始请求最简单的方法为`通过BaseSubscription对上游进行订阅，并且重写onSubscribe方法`。
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#### buffer
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在reactor中，可以通过部分operator进行request的reshape。示例如下：
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```java
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Flux.range(1, 1000)
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||
.buffer(3)
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||
.subscribe(new BaseSubscriber<List<Integer>>() {
|
||
@Override
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||
protected void hookOnSubscribe(Subscription subscription) {
|
||
subscription.request(2);
|
||
}
|
||
|
||
@Override
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||
protected void hookOnNext(List<Integer> value) {
|
||
for (Integer v : value) {
|
||
log.info("item received: {}", v);
|
||
}
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||
}
|
||
});
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||
```
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在上述示例中，`request(2)`代表请求`2个buffer`，而每个`buffer`中包含`3`个`Integer`，故而总共会接收到`2 * 3 = 6`个元素。
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输出如下：
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```
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||
2025-03-24T20:02:52.438+08:00 INFO 9472 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : item received: 1
|
||
2025-03-24T20:02:52.439+08:00 INFO 9472 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : item received: 2
|
||
2025-03-24T20:02:52.439+08:00 INFO 9472 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : item received: 3
|
||
2025-03-24T20:02:52.439+08:00 INFO 9472 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : item received: 4
|
||
2025-03-24T20:02:52.439+08:00 INFO 9472 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : item received: 5
|
||
2025-03-24T20:02:52.439+08:00 INFO 9472 --- [ main] cc.rikako.springdemo.runner.CmdRunner : item received: 6
|
||
```
|
||
|
||
#### prefetch
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||
`prefetch`机制是一种backpressure的优化策略，用于确保下游处理数据时上游的数据能够即时补充，对吞吐量和资源利用率进行平衡。
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||
|
||
prefetch机制通常分为如下部分：
|
||
##### 初始请求
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||
在未显式指定的前提下，大多数操作符(例如flatMap、concatMap)在处理内部数据流时，会向上游发送一个初始请求，请求大小为32个元素。
|
||
|
||
##### 补充优化（Replenishing Optimization）
|
||
prefetch的补充优化通常采用75%的启发规则，一旦操作符发现75%的预取元素已经被处理（32 *0.75 = 24），其自动会向上游发送一个新请求，要求补充75%的prefetch量。该过程是动态的，会在整个数据流处理过程中持续进行。
|
||
|
||
> 例如，prefetch的大小为10，其limit对应的值为`ceil(10 * 0.75) = 8`，每当其下游被处理的元素达到8个，其会重新请求8个数据，并且将`被下游处理元素的个数`重置，重新从0开始计数，直到该值再达到8，再次发送请求
|
||
|
||
> ##### 预加载数据
|
||
> 补充优化的优化点在于，当预取数据还剩余25%（8个）未被处理时，提前在请求75%的数据，可以避免在下游处理完剩余数据后，需要等待上游推送新的数据（消费速率大于生产速率造成消费者饥饿）。
|
||
|
||
> ##### 平滑处理
|
||
> 通过prefetch逐步请求新数据，且每次请求固定的量，可以保证处理数据速率的稳定。如果source端同时来源大量数据，那么若不进行平滑处理，则大量数据的同时处理可能导致竞争，令性能下降。
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||
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||
有如下operators可以对请求的prefetch进行调整
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||
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||
#### limitRate
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||
除了`prefetch`之外，还可以通过`limitRate`或`limitRequest`来直接针对请求进行调节。
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||
|
||
`limitRate(N)`将来自下游的请求进行拆分，当来自下游的请求被传播到上游时，其会被拆分为small batches。例如，如果下游调用`request(100)`，此时`limitRate(10)`将会将其拆分为10个`request(10)`再传播给上游。并且，在此基础上，limitRate还实现了prefetch中的补充优化。
|
||
|
||
除了`limitRate(N)`之外（当没有传递`lowTie`时，limit默认会取`N - N>>2`，即`ceil(N * 0.75)`），limtRate还存在`limitRate(highTie, lowTie)`的重载方法。
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||
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||
##### lowTie
|
||
当lowTie取不同值时，其补充策略如下：
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||
- `lowTie<=0`：如果`lowTie`小于或等于0，则limit取值和`prefetch`值相同，仅当prefetch中所有元素都被下游处理完时，limtRate operator才会向上游请求数据
|
||
- `lowTie>=prefetch`： 当lowTie大于或等于prefetch时，limit取值为`ceil(prefetch * 0.75)`，此时，补充策略和prefetch默认相同，当75%的数据被下游处理时，limitRte会重新向上游请求75%的数据
|
||
- 若lowTie位于`(0, prefetch)`区间之间
|
||
- 若prefetch的值为`Long.MAX_VALUE`，那么limit的值也为`Long.MAX_VALUE`
|
||
- 若prefetch值不为`Long.MAX_VALUE`，那么limit的值为`lowTie`，即`lowTie`的值即为消费后重新拉取的限制值
|
||
|
||
#### limitRequest
|
||
`limitRequest(N)`用于限制下游请求的总个数。例如，向`limitRequest(10)`发起两次request，一次请求3一次请求8，那么最后下游只会接收到10个元素。
|
||
|
||
> 一旦source发送的元素个数超过`N`时，`limitRequest`将会认为sequence已经完成，会向下游发送onComplete信号
|
||
|
||
### Create Sequence
|
||
#### 同步生成`generate`
|
||
创建`Flux`的最简单形式是通过`generate`方法生成，其接收一个`Consumer<SynchronousSink<T>>`类型的参数。
|
||
|
||
##### Sink
|
||
sink是spring reactor中的一个核心抽象概念，其可以被理解为数据流的出口或`发射器`，`负责将元素、error或complete信号推送到下游订阅者`。
|
||
|
||
sink可以分为如下种类：
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||
- 同步/异步
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||
- 单次/多次发射
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||
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||
sink的核心api如下：
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||
- `next(T value)`: 向下游发送数据
|
||
- `complete`:表示数据流正常结束
|
||
- `error(throwable)`：代表数据流因为错误而终止
|
||
|
||
generate方法用于产生同步且`one by one`的emission，即sink为`SynchronousSink`且其单次invocation中`sink.next`只能够被调用一次。示例如下：
|
||
```java
|
||
Flux.generate(sink -> {
|
||
String data = fetchDataFromBlockingIO(); // 阻塞操作（安全，因为是同步的）
|
||
sink.next(data); // 仅调用一次
|
||
if (isEndOfData()) sink.complete();
|
||
});
|
||
```
|
||
|
||
> 在调用`sink.next`后，可以调用`sink.complete`或`sink.error`，但是对`complete`和`error`的调用都是可选的。
|
||
|
||
示例如下：
|
||
```java
|
||
Flux.generate(sink -> {
|
||
sink.next(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.SSS").format(new Date()));
|
||
})
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.take(10)
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.subscribe(System.out::println);
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```
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通过generate的另一个重载方法`generate(Callable<S> stateSupplier, BiFunction<S, SynchronousSink<T>, S> generator)`可以维护一个状态并进行管理，其中`S`为状态的对象类型。对于重载方法的两个参数，其含义如下：
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- `stateSupplier`：该参数用于提供一个初始状态，每当有新请求进入时，都会调用supplier生成初始状态
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- `generator`：generator会返回一个新的state
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示例如下：
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```java
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Flux.generate(() -> 0, (s, sink) -> {
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// System.out.printf("%s emitted\n", s);
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sink.next(s);
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return s + 1;
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})
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.take(5)
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.subscribe(System.out::println);
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```
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其上游生成的整数依次增加，输出如下：
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```
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0
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1
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2
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3
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4
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```
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#### 异步多线程生成`create`
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`Flux.create`针对每个round能够产生多个元素，其暴露的sink类型为`FluxSink`。相对于`Flux.generate`，`Flux.create`方法并没有接收`state`的重载版本。
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> `Flux.create`并不会将你的代码变为并行或是异步的.
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>
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> 如果在`Flux.create`中存在阻塞操作，那么将存在死锁的风险。即使使用了`subscribeOn`方法，在create lambda中执行长阻塞操作仍然会阻塞item的处理，因为item的source产生和下游处理都处于同一线程中，但是上游对线程的阻塞可能导致下游发送的request请求无法被传送到上游。
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##### `Flux.create`和`listener based api`进行适配
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街射使用基于listener的api，api定义如下：
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```java
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interface MyEventListener<T> {
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void onDataChunk(List<T> chunk);
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void processComplete();
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}
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```
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可以使用`Flux.create`将其与Flux相桥接：
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```java
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Flux<String> bridge = Flux.create(sink -> {
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myEventProcessor.register(
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new MyEventListener<String>() {
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public void onDataChunk(List<String> chunk) {
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for(String s : chunk) {
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sink.next(s);
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}
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}
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public void processComplete() {
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sink.complete();
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}
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});
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});
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```
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##### `Flux.create` backpressure
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可以通过指定`OverflowStrategy`来优化backpressure行为，OverflowStrategy可选值如下：
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- `IGNORE`: 该选项会完全无视下游的backpressure request，当下游queue被填充满时，会抛出`IllegalStateException`异常
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> 部分操作符（例如`publishOn`），其subscriber会内置queue，用于存储上游通过`onNext`推送的数据。
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>
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> 当queue满时，将会抛出`IllegalStateException`异常
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- `ERROR`:当下游无法`跟上`上游的数据发送速度时，上游将会发送`IllegalStateException`异常
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> 在上述描述中，`跟上`代表subscriber发送的request个数是否大于source产生的数据个数，例如，若下游只发送了`request(1)`，但是source产生了两个数据，调用了两次`sink.next`，那么第二次调用时`requested`已经为0，会调用`onOverflow`方法发送`error`信号
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