Vert.x3异步框架实战

      作者：刘小溪 来源:《程序员》电子刊   发布于 2015-12-25

摘要：作为异步无阻塞的网络框架，Vert.x的参照物是Node.js，基本可以完成Node.js能完成的所有事情。它是作者目前见过功能最强大，依赖第三方库最少的Java框架。本文将带你深入了解Vert.x。
Vert.x的由来

Vert.x诞生于2011年，当时叫node.x，不过后来因 为某些原因改名位Vert.x。经过三年多的发展，现在已经到了3.2版本，社区也越来越活跃，在最新的官网Vertx.io上，作者用一句话介绍了 它，JVM上的Reative开发套件。Vert.x目前是见过最功能最强大，第三方库依赖最少的Java框架，它只依赖Netty4以及 Jacskon，另外如果你需要建立分布式的Vert.x则再依赖HazelCast这个分布式框架，注意Vert.x3必须基于Java8。由于基于 JVM，所以Vert.x可以用其他语言来实现你的业务。默认官方维护的语言是Groovy，JavaScript以及 JRuby。

Vert.x是一个异步无阻塞的网络框架，其参照物是 node.js。基本上node.js能干的事情，Vert.x都能干。Vert.x利用Netty4的EventLoop来做单线程的事件循环，所以跑 在Vert.x上的业务不能做CPU密集型的运算，这样会导致整个线程被阻塞。

图1是一个简单的通过Vert.x起HTTP服务的例子(Java实现)。你可以从官方找到其他语言实现。

图1 Vert.x实现HTTP服务

刚才上面提到了Vert.x的分布式，Vert.x与 node.js有一个很大不同点，在于Vert.x支持分布式，与多核利用。通过Hazelcast管理各个Vert.x节点的信息，然后通过 EventBus在节点之间互相发消息，于此同时Vert.x还能支持应用的高可用，只需简单的在启动时加参数-ha即可。具体的可以去官网查看一下用 法。下面是Vert.x提供的核心API。

HTTP/HTTPS Server/Client

Websocket SockJS

TCP/SSL Server/Client

UDP / DNS

Files / Timer

Json / Buffer / Flow Control

EventBus ( 集群 )

Distribution (Lock, Map, Counter)

Vert.x的执行单元叫verticle。即程序的入口，每个语言可能实现的方式不一样，比如Java需要继承一个AbstractVerticle抽象类，而javascript则直接require(“vertx”)就可以了。

verticle分两种，一种是基于EventLoop的适合 I/O密集型的，还有一种是适合CPU密集型的worker verticle。而verticle之间相互通信只能通过Eventbus，可以支持point to point 的通信，也可以支持publish & subscribe通信方式。

我们重点说一下基于EventLoop的verticle。这个本质上是跟node.js一样的。下面的图其实就是node.js的翻版。

图2 node.js的翻版

所有业务逻辑其实都会跑在Netty里的EventLoop上，而EventLoop通过循环事件队列来执行所有的业务逻辑，这样可以把一些I/O操作频繁的事件及时从CPU上剥离开来，最后通过注册一个回调Handler来处理所有的事件回调。

另外一种worker verticle。主要是用来处理同步处理的。比如第三方框架没有异步接口，最典型就是JDBC。所以可以通过worker verticle来退化到传统的基于多线程模型的实现。这也是匹配一些原项目的手段。

图3是Vert.x的内部整体架构

图3 Vert.x的内部整体架构

大家可以看到，我们的业务逻辑其实都是基于verticle来实 现的，然后Vert.x框架会将你的verticle绑定到相关的线程模型上，这里verticle1,verticle2是I/O密集型项目，所有的逻 辑都会跑在NIO Worker上。而Verticle3会有一些同步的耗时的请求，则会被绑定到Worker线程模型上。另外两个Vert.x节点则通过EventBus 互相通信，而EventBus通过HazelCast来获取整个集群里的节点信息。注意这里每一个verticle其实都是一个线程(启动的时候指定实例 数目参数即可)，这样可以充分的利用多核。而node.js其实只能通过Cluster来提升多核利用。

Vert.x的部署场景及开发痛点

图4是一个典型的Vert.x部署场景。

图4 Vert.x部署场景

我们会把逻辑拆成小的verticle。这里你可以把这些小的 verticle看成是微服务，然后水平扩展这些服务，同时也可以把自己的业务按CPU密集与I/O密集型拆分。服务与服务之间可以通过EventBus 互相调用，另外Vert.x的EventBus调用目标verticle的时候会按RoundRobin算法来做balance。

我们来看看Vert.x开发的痛点，这其实是所有异步开发都会遇 到的痛点，就是Callback Hell。因为你所有的业务逻辑都会被拆成一个个不连贯的代码块，也就是说一个业务逻辑如果涉及到I/O操作你必须要通过回调接口来继续完成，这样就丢失 了局部变量，而且异常捕获也会变得非常麻烦。

图5是一个Callback Hell的例子

图5 Callback Hell代码示例

这里代码的含义是通过EventBus给service- address1发送一个消息，然后等待返回后再把结果发送给service-address2，再等待service-address2的返回结果发送 给service-address3。这里形成了调用链，即下一步的行为依赖上一步的返回结果。这个在前端用Ajax的同学肯定很熟悉。

那解决办法呢，node.js里是用promise，而Vert.x可以使用Java8自带的CompletableFuture来实现同样的效果。图6就是用CompletableFuture改写的例子

图6 Callback Hell代码示例

大家可以发现代码变得更扁平了，没有那么多的嵌套，然后通过一些介词比如，then, when等来组合各个异步的业务逻辑，最后在一个地方统一的捕获异常。

这里大量用了Java8的新功能，比如Lambda表达式，如果觉得奇怪的同学，建议先去熟悉一下Java8的Lambda表达式。

图7 CompletableFuture代码示例

那有没有更好的实现方式了呢，能不能变成同步方式呢。这里Vert.x提供了一个库vertx-sync可以实现Fiber。通过Fiber来防止线程Block，从而将异步代码完全的变成同步代码。

这里代码瞬间变得非常清晰，完全是同步的样式。vertx- sync其实是依赖了quasar这个Java库，它通过修改Java字节码来实现相关的逻辑，这里其实是在EventLoop线程里又开辟了一个线程 池，所有的在EventLoop里的同步的方法会被这个线程池接管，处理完后会再返回给EventLoop线程。这样可以避免EventLoop线程被阻 塞。

图8 vertx-sync代码示例

但是个人不推荐在生产环境使用这个库，因为它毕竟不是语言级别的支持Fiber。需要JVM启动的时候通过javaAgent来加载相关的quasar库。

这里还有一个库，在今天特别的火——RxJava。这个其实是Reactive的Java实现，官方也提供了相关的支持，但是Reactive比较复杂，除非的业务涉及很多的流式操作，否则不建议你使用。下面是官方的一个例子。

简单说明一下，这里定义了一个EventBus，用来接受发给 heat-sensor的消息，然后每隔1秒钟对累积的消息进行一次批处理，这里通过Java8的Stream接口做了一次求平均值，最后将结果通过 EventBus发给news-feed这个verticle做进一步的处理。

这里大家可以发现RxJava可以做更多的事情，前提是大家要对FRP编程思想能够接受。

Vert.x3常用工具

最后在提一下几个Vert.x3的一些小工具。

一个是metrics。这个可以用来统计整个Vert.x内部的一些指标信息，比如HTTP请求数，TCP接受或者发送的流量等等，具体可以看官方文档，通过这个接口我们可以实时的统计Vert.x内部性能信息。

另外Vert.x提供了专门针对异步代码的单元测试框架vertx-test-unit。

通过redeploy这个参数可以动态的热部署整个verticle，这个对开发调试时非常有用。

最重要的是Vert.x3内置了EventLoopChecker这个动态监测所有EventLoop线程的工具，默认EventLoop被阻塞了2秒钟的时候会触发报警，如果持续阻塞则会直接打印那一块的异常栈到日志里，非常方便开发者来检查自己的异步代码。

Vert.x目前在国内还不是很火，但是在国外已经有很多企业在使用了，比较注明的比如英孚教育、Hulu、以及做JVM监控的一家公司jClarity等。

作者简介

刘小溪，Maxleap.com 高级开发工程师。Vert.x社区一员，贡献vert.x的Clojure实现，同时扩展了Vert.x的分布式实现。目前在Maxleap.com推进基于Vert.x的微服务化，容器化相关技术。