Vert.x Java开发指南——第一章 介绍

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该指南是Vert.x异步编程的一个入门介绍，主要针对那些熟悉主流、非异步Web开发框架和库（如Java EE、Spring）的开发者。

1.1 关于该手册

我们假定读者已经熟悉Java编程语言及其生态系统。

我们将以一个Wiki Web应用作为开始，它开始采用关系数据库和服务端页面渲染；然后我们通过几个步骤逐步演进该应用，直到它成为一个现代的单页应用，并且拥有实时Web的特征【注意，术语“实时”在Web技术环境中的广泛使用不应与专业操作系统中的硬或软实时混淆】。在这个过程中，你将学会：

1. 设计一个Web应用，它通过模板进行服务端页面渲染，并且使用关系型数据库持久化数据。
2. 清晰的隔离每个技术组件，使之成为一个可复用的事件处理单元，称为verticle。
3. 为了方便Verticle设计，而抽取Vert.x服务。Verticle可以在同一个JVM进程中或集群中的分布式节点之间无缝通讯。
4. 测试异步操作代码。
5. 与公开HTTP/JSON Web API的第三方服务集成。
6. 公开HTTP/JSON Web API。
7. 采用HTTPS的安全和访问控制，针对Web浏览器会话的用户认证以及针对第三方客户端应用的JWT Token。
8. 通过流行的RxJava库及其相关的Vert.x集成，采用响应式编程重构部分代码。
9. 采用AngularJS的单页应用的客户端编程。
10. 基于SockJS，使用统一Vert.x事件总线集成的实时Web编程。

该文档和示例代码的源文件位于https://github.com/vert-x3/vertx-guide-for-java-devs。我们欢迎问题报告、反馈和Pull Request。

1.2 什么是Vert.x

Eclipse Vert.x是一个基于JVM构建响应式应用的工具包。
——Vert.x网站

Eclipse Vert.x（接下来的文档中我们仅称为Vert.x）是Eclipse基金会下的一个开源项目。Vert.x于2012年由Tim Fox发起。

Vert.x不是一个框架，而是一个工具包：它的核心库定义了编写异步网络应用的基本API，你可以为应用程序选择有用的模块（如数据库链接、监控、认证、日志、服务发现、集群支持等）。Vert.x基于Netty项目——一个基于JVM的高性能异步网络库。如果需要，Vert.x允许你访问Netty内部，但是通常情况下你会受益于Vert.x提供的高级API，而且与原始Netty相比并不牺牲性能。

Vert.x不强制要求打包方式或者构建环境。由于Vert.x Core本身只是一个普通的JAR库，所以它可以嵌入到应用程序内部，无论这些应用是打包为一组JAR、一个包含所有依赖的单独的JAR、或者即使被部署到流行的组件和应用容器。

由于Vert.x设计用于异步通信，因此它可以处理更多的并发网络连接，且比诸如Java Servlet或者java.net.socket类等同步API使用更少的线程。Vert.x可以用于广泛的应用程序：大容量消息/事件处理、微服务、API网关、移动应用HTTP API，等。Vert.x及其生态提供了构建端到端响应式应用的各种技术工具。

尽管可能听起来Vert.x只适用于要求苛刻的应用，本指南同样说明Vert.x对于更多传统的Web应用也工作良好。正如我们将看到的，代码将保持相对容易理解，但是，如果应用程序需要面对流量的突然峰值，那么代码已经使用可扩展的基本组件编写：事件的异步处理。

最后，值得一提的是，Vert.x是多语言的，它支持广泛的流行的JVM语言：Java、Groovy、Scala、Kotlin、JavaScript、Ruby及Ceylon。当Vert.x支持一种语言时，它的目标并不只是提供访问API，还要确保在每种目标语言中，特定语言的API是符合语言习惯的（如，使用Scala future替换Vert.x future）。使用不同的JVM语言开发Vert.x应用程序的不同技术部分是非常有可能的。

1.3 Vert.x核心概念

在Vert.x中有两个关键的概念需要学习：

1. 什么是Verticle
2. 事件总线如何让Verticle之间通讯

1.3.1 线程和编程模型

许多网络库和框架依靠一个简单的线程策略：每个网络客户端在链接时被分配一个线程，这个线程处理这个客户端的请求，直到链接断开。这是Servlet以及使用java.io和java.net包编写网络代码的情况。虽然这种“同步I/O”线程模型具有简单易懂的优点，但是当存在太多并发链接时，它会损害可伸缩性，因为系统线程并非廉价，并且在高负载的情况下，操作系统内核在线程调度管理上花费显著的时间。在这种情况下，我们需要转移到“异步I/O”，Vert.x则为“异步I/O”提供了坚实的基础。

Vert.x中的部署单元称为Verticle。一个Verticle通过一个事件循环（EventLoop）处理接收到的事件，这些事件可以是任何事情，如接收网络缓冲、调度事件或由其它Verticle发送的消息。事件循环（EventLoop）是异步编程模型中是特有的：

每个事件应在合理的时间内进行处理，以免阻塞事件循环（EventLoop）。这意味着当在事件循环（EventLoop）中执行时，不能进行线程阻塞操作，类似在一个GUI中处理事件（如通过执行一个缓慢的网络请求可以冻结Java/Swing界面）。如我们在本指南接下来看到的，Vert.x在事件循环（EventLoop）的外部提供了处理阻塞操作的机制。在任何情况下，事件循环（EventLoop）执行事件的时间过长时，Vert.x会在日志中输出警告，这是可配置的，以满足特定应用需求（如当工作于较慢的IoT ARM板时）。

每个事件循环（EventLoop）连接到一个线程。默认情况下，Vert.x为每个CPU内核线程赋予2个事件循环（EventLoop）。这直接导致了常规的Verticle总是在同一个线程中处理事件，因此不需要使用线程协调机制来操作Verticle状态（如Java类属性）。

Verticle可以被传递一些配置信息（如证书、网络地址等），而且Verticle可以被多次部署：

到达的网络数据从接收线程中接收，然后作为事件被传递给相应的Verticle。当一个Verticle打开了网络服务器并且被部署了多次时，那么事件会按照轮询的方式分发到Verticle实例，这对于在大量并发网络请求时最大化CPU使用率是非常有用的。最后，Verticle拥有一个简单的启动/停止生命周期，Verticle可以部署其它Verticle。

1.3.2 事件总线

在Vert.x中，Verticle构成了代码部署的技术单元。Vert.x事件总线是在不同Verticle之间通过异步消息传递进行通讯的主要工具。例如，假设我们有一个Verticle用于处理HTTP请求，一个Verticle用于管理数据库访问。事件总线允许HTTP Verticle发送一个请求到数据库Verticle，执行一个SQL查询，并响应HTTP Verticle：

事件总线允许传递任何类型的数据，然而JSON是首选的交换格式，因为它允许不同语言编写的Verticle之间进行通讯，并且更一般地，JSON是一种流行的通用半结构化数据封送处理文本格式。

消息可以发送到任意自由字符串组成的目的地。事件总线支持以下通讯方式：

1. 端到端的消息
2. 请求——响应消息
3. 发布/订阅用于广播消息

事件总线允许Verticle之间透明的通讯，不只是在同一个JVM进程中：

• 当网络集群启动时，事件总线是分布式的，因此消息可以被发送到运行于其它应用节点的Verticle。
• 事件总线可以通过一个简单的TCP协议访问，以便第三方应用进行通讯。
• 事件总线还可以通过通用消息桥公开（如AMQP、Stomp）。
• SockJS桥接允许Web应用通过运行在浏览器中的JavaScript与事件总线无缝通讯，与任何Verticle一样接收与发布消息。