响应式流的核心机制——背压机制

一、响应式流是什么？

响应式流旨在为无阻塞异步流处理提供一个标准。它旨在解决处理元素流的问题——如何将元素流从发布者传递到订阅者，而不需要发布者阻塞，或订阅者有无限制的缓冲区或丢弃。

响应式流模型存在两种基本的实现机制。一种就是传统开发模式下的“拉”模式，即消费者主动从生产者拉取元素；而另一种就是“推”模式，在这种模式下，生产者将元素推送给消费者。相较于“拉”模式，“推”模式下的数据处理的资源利用率更好，而不需要发布者阻塞，或订阅者有无限的缓冲区或丢弃。

响应式流模型存在两种基本的实现机制。一种就是传统开发模式下的“拉”模式，即消费者主动从生产者拉取元素；而另一种就是“推”模式，在这种模式下，生产者将元素推送给消费者。相较于“拉”模式，“推”模式下的数据处理的资源利用率更好，下图所示的就是一种典型的推模式处理流程。

上图中，数据流的生产者会持续的生产数据并推送给消费者。这里就引出流量控制的问题，即如果数据的生产者和消费者处理数据的速度时不一致的，我们该如何确保系统的稳定性？

二、流量控制

2.1 生产者生产数据的速率小于消费者的场景
这种场景对于消费者来说没啥压力，正常消费就好了，这里也就不需要所谓的流量控制了。

2.2 生产者生产数据的速率大于消费者的场景
生产者生产数据的速率大于消费者的场景，应该是我们业务中经常遇到的场景了，这种场景由于消费者处理不过来导致崩溃，通常的做法是在生产者与消费者之间加一个队列做缓冲。我们知道队列具有存储和转发功能，所以可以用它来进行一定的流量控制。

如何对于流量进行很好的控制？这就转变到了如何设计好一个队列了，目前 Java 业界主流的队列有以下三种：

1. 无界队列
   见名知意，无界队列在原则上是拥有无线大小容量的队列，可以存放生产者产生的所有消息。
   

2. 有界丢弃队列
   为了避免上面无界队列的弊端，有界丢弃队列采用的是如果队列满了，就会采用丢弃后面传入的值，这里可以设置一些丢弃策略，比如说按照优先级或先进先出等。
   

3. 有界阻塞队列
   像一些支付金融级别的场景，是不允许丢数据的，所以我们引出有界阻塞队列，我们会在队列消息数量达到上限后阻塞生产者，而不是直接丢弃消息。
   

所以，无论从回弹性、弹性还是即时响应性出发，上述的队列都不是响应式流的上佳解决办法。

三、背压机制
上面说的那几种队列纯“推”模式下的数据流量会有很多不可控制的因素，并不能直接应用，而是需要在“推”模式和“拉”模式之间考虑一定的平衡性，从而优雅地实现流量控制。这就需要引出响应式系统中非常重要的一个概念——背压机制（Backpressure）。

什么是背压？简单来说就是下游能够向上游反馈流量请求的机制。通过前面的分析，我们知道如果消费者消费数据的速度赶不上生产者生产数据的速度时，它就会持续消耗系统的资源，直到这些资源被消耗殆尽。

这个时候，就需要有一种机制使得消费者可以根据自身当前的处理能力通知生产者来调整生产数据的速度，这种机制就是背压。采用背压机制，消费者会根据自身的处理能力来请求数据，而生产者也会根据消费者的能力来生产数据，从而在两者之间达成一种动态的平衡，确保系统的即时响应性。