Asinxron quvvatni ochish: Reaktiv dasturlash va Observable naqshiga chuqur sho'ng'ish

Zamonaviy dasturiy ta'minotni ishlab chiqish dunyosida biz doimiy ravishda asinxron hodisalar bilan to'qnashamiz. Foydalanuvchi bosishlari, tarmoq so'rovlari, real vaqt rejimida ma'lumotlar oqimlari va tizim bildirishnomalari kutilmaganda kelib, ularni boshqarishning mustahkam usulini talab qiladi. An'anaviy imperativ va callback-ga asoslangan yondashuvlar tezda murakkab, boshqarib bo'lmaydigan kodga olib kelishi mumkin, bu ko'pincha "callback do'zaxi" deb ataladi. Aynan shu yerda reaktiv dasturlash kuchli paradigma o'zgarishi sifatida paydo bo'ladi.

Bu paradigmaning markazida Observable naqshi yotadi, bu asinxron ma'lumotlar oqimlarini boshqarish uchun nafis va kuchli abstraksiya. Ushbu qo'llanma sizni reaktiv dasturlashga chuqur kirishga, Observable naqshini tushuntirishga, uning asosiy komponentlarini o'rganishga va yanada chidamli, tezkor va barqaror ilovalarni yaratish uchun uni qanday amalga oshirish va undan foydalanishni ko'rsatishga yordam beradi.

Reaktiv dasturlash nima?

Reaktiv dasturlash – ma'lumotlar oqimlari va o'zgarishlarning tarqalishiga qaratilgan deklarativ dasturlash paradigmasidir. Oddiy qilib aytganda, bu vaqt o'tishi bilan hodisalar va ma'lumotlar o'zgarishlariga reaksiya beradigan ilovalar yaratishdir.

Elektron jadvalni tasavvur qiling. A1 katakchasidagi qiymatni yangilaganingizda va B1 katakchasida =A1 * 2 kabi formula bo'lsa, B1 avtomatik ravishda yangilanadi. Siz A1 dagi o'zgarishlarni qo'lda tinglash va B1 ni yangilash uchun kod yozmaysiz. Siz shunchaki ular o'rtasidagi munosabatni e'lon qilasiz. B1 A1 ga nisbatan reaktivdir. Reaktiv dasturlash ushbu kuchli tushunchani barcha turdagi ma'lumotlar oqimlariga qo'llaydi.

Ushbu paradigma ko'pincha Reaktiv Manifestda keltirilgan prinsiplar bilan bog'liq bo'lib, ular quyidagi tizimlarni tavsiflaydi:

• Tezkor: Tizim iloji boricha o'z vaqtida javob beradi. Bu qulaylik va foydalilikning asosidir.
• Chidamli: Tizim nosozliklar yuzaga kelganda ham tezkorligini saqlab qoladi. Nosozliklar butun tizimga zarar yetkazmasdan cheklanadi, izolyatsiya qilinadi va bartaraf etiladi.
• Moslashuvchan: Tizim turli ish yuklamalari ostida tezkorligini saqlab qoladi. U resurslarni ko'paytirish yoki kamaytirish orqali kirish tezligidagi o'zgarishlarga reaksiya bera oladi.
• Xabarga asoslangan: Tizim komponentlar o'rtasida bo'sh bog'liqlik, izolyatsiya va joylashuv shaffofligini ta'minlovchi chegarani o'rnatish uchun asinxron xabar almashinuviga tayanadi.

Ushbu prinsiplar keng miqyosli taqsimlangan tizimlarga tegishli bo'lsa-da, ma'lumotlar oqimlariga reaksiyaga kirishishning asosiy g'oyasi Observable naqshini dastur darajasiga olib keladi.

Observer va Observable naqshi: Muhim farq

Chuqurroq sho'ng'ishdan oldin, reaktiv Observable naqshini uning klassik oldingi versiyasi, "To'rtlik guruhi" (GoF) tomonidan belgilangan Observer naqshidan ajratish juda muhimdir.

Klassik Observer naqshi

GoF Observer naqshi ob'ektlar o'rtasida "birga-ko'p" bog'liqlikni belgilaydi. Markaziy ob'ekt, Subject, o'ziga bog'liq bo'lgan Observerlar ro'yxatini saqlaydi. Subject holati o'zgarganda, u avtomatik ravishda barcha Observerlarga, odatda ularning usullaridan birini chaqirish orqali xabar beradi. Bu hodisaga asoslangan arxitekturalarda keng tarqalgan oddiy va samarali "push" modelidir.

Observable naqshi (Reaktiv kengaytmalar)

Reaktiv dasturlashda qo'llaniladigan Observable naqshi klassik Observerning evolyutsiyasidir. U Subjectning Observerlarga yangilanishlarni yuborish asosiy g'oyasini oladi va uni funksional dasturlash hamda iterator naqshlari tushunchalari bilan boyitadi. Asosiy farqlar:

• Tugallanish va Xatolar: Observable nafaqat qiymatlarni yuboradi. U oqim tugaganligini (tugallanish) yoki xato yuzaga kelganligini ham bildirish mumkin. Bu ma'lumotlar oqimi uchun aniq belgilangan hayot aylanasini ta'minlaydi.
• Operatorlar orqali kompozitsiya: Bu haqiqiy "superqobiliyat"dir. Observable'lar operatorlarning (masalan, map, filter, merge, debounceTime) keng kutubxonasi bilan keladi, bu sizga oqimlarni deklarativ tarzda birlashtirish, o'zgartirish va manipulyatsiya qilish imkonini beradi. Siz operatsiyalar ketma-ketligini qurasiz va ma'lumotlar u orqali oqib o'tadi.
• Dangasalik (Laziness): Observable "dangasa". U Observer unga obuna bo'lmaguncha qiymatlarni chiqarishni boshlamaydi. Bu resurslarni samarali boshqarish imkonini beradi.

Mohiyatan, Observable naqshi klassik Observerni asinxron operatsiyalar uchun to'liq funksional, kompozitsiyali ma'lumotlar tuzilmasiga aylantiradi.

Observable naqshining asosiy komponentlari

Ushbu naqshni o'zlashtirish uchun siz uning to'rtta asosiy qurilish blokini tushunishingiz kerak. Bu tushunchalar barcha yirik reaktiv kutubxonalar (RxJS, RxJava, Rx.NET va boshqalar) bo'ylab bir xil.

1. Observable

Observable – bu manba. U vaqt o'tishi bilan yetkazib berilishi mumkin bo'lgan ma'lumotlar oqimini ifodalaydi. Bu oqim nol yoki ko'p qiymatlarni o'z ichiga olishi mumkin. Bu foydalanuvchi bosishlari oqimi, HTTP javobi, taymerdan kelgan raqamlar qatori yoki WebSocketdan kelgan ma'lumotlar bo'lishi mumkin. Observable o'zi shunchaki loyihadir; u ushbu qiymatlarni qanday ishlab chiqarish va yuborish mantiqini belgilaydi, lekin kimdir tinglamaguncha hech narsa qilmaydi.

2. Observer

Observer – bu iste'molchi. Bu Observable tomonidan yetkazib berilgan qiymatlarga qanday reaksiya berishni biladigan, callback usullari to'plamiga ega ob'ektdir. Standart Observer interfeysi uchta usulga ega:

• next(value): Ushbu usul Observable tomonidan yuborilgan har bir yangi qiymat uchun chaqiriladi. Oqim next ni nol yoki undan ko'p marta chaqirishi mumkin.
• error(err): Ushbu usul oqimda xato yuzaga kelganda chaqiriladi. Bu signal oqimni yakunlaydi; boshqa next yoki complete chaqiruvlari amalga oshirilmaydi.
• complete(): Ushbu usul Observable barcha qiymatlarini muvaffaqiyatli yuborib bo'lgach chaqiriladi. Bu ham oqimni yakunlaydi.

3. Subscription

Subscription – bu Observable'ni Observerga ulaydigan ko'prik. Observable'ning subscribe() usulini Observer bilan chaqirganingizda, siz Subscription yaratasiz. Bu harakat ma'lumotlar oqimini samarali ravishda "yoqadi". Subscription ob'ekti muhim, chunki u davom etayotgan bajarishni ifodalaydi. Uning eng muhim xususiyati unsubscribe() usuli bo'lib, u ulanishni uzishga, qiymatlarni tinglashni to'xtatishga va har qanday asosiy resurslarni (taymerlar yoki tarmoq ulanishlari kabi) tozalashga imkon beradi.

4. Operatorlar

Operatorlar – bu reaktiv kompozitsiyaning yuragi va joni. Ular Observable'ni kirish sifatida oladigan va yangi, o'zgartirilgan Observable'ni chiqish sifatida ishlab chiqaradigan sof funksiyalardir. Ular ma'lumotlar oqimlarini yuqori deklarativ tarzda manipulyatsiya qilishga imkon beradi. Operatorlar bir necha toifalarga bo'linadi:

• Yaratish operatorlari: Observable'larni noldan yaratish (masalan, of, from, interval).
• Transformatsiya operatorlari: Oqim tomonidan chiqarilgan qiymatlarni o'zgartirish (masalan, map, scan, pluck).
• Filtrlash operatorlari: Manbadan qiymatlarning faqat kichik qismini chiqarish (masalan, filter, take, debounceTime, distinctUntilChanged).
• Birlashtirish operatorlari: Bir nechta manba Observable'larini bittaga birlashtirish (masalan, merge, concat, zip).
• Xatolarni boshqarish operatorlari: Oqimdagi xatolardan tiklanishga yordam beradi (masalan, catchError, retry).

Observable naqshini noldan amalga oshirish

Ushbu qismlar qanday qilib bir-biriga mos kelishini chinakam tushunish uchun soddalashtirilgan Observable implementatsiyasini yarataylik. Biz aniqlik uchun JavaScript/TypeScript sintaksisidan foydalanamiz, ammo tushunchalar tildan mustaqildir.

1-qadam: Observer va Subscription interfeyslarini aniqlash

Avvalo, biz iste'molchimiz va ulanish ob'ektining shaklini aniqlaymiz.

            
// The consumer of values delivered by an Observable.
interface Observer {
  next: (value: any) => void;
  error: (err: any) => void;
  complete: () => void;
}

// Represents the execution of an Observable.
interface Subscription {
  unsubscribe: () => void;
}

            

              
                Copy
              
            
          

2-qadam: Observable klassini yaratish

Bizning Observable klassimiz asosiy mantiqni o'z ichiga oladi. Uning konstruktori qiymatlarni ishlab chiqarish mantiqini o'z ichiga olgan "subscriber funksiyasini" qabul qiladi. subscribe usuli observerni ushbu mantiqqa ulaydi.

            
class Observable {
  // The _subscriber function is where the magic happens.
  // It defines how to generate values when someone subscribes.
  private _subscriber: (observer: Observer) => () => void;

  constructor(subscriber: (observer: Observer) => () => void) {
    this._subscriber = subscriber;
  }

  subscribe(observer: Observer): Subscription {
    // The teardownLogic is a function returned by the subscriber
    // that knows how to clean up resources.
    const teardownLogic = this._subscriber(observer);

    // Return a subscription object with an unsubscribe method.
    return {
      unsubscribe: () => {
        teardownLogic();
        console.log('Unsubscribed and cleaned up resources.');
      }
    };
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

3-qadam: Maxsus Observable yaratish va undan foydalanish

Endi klassimizdan har soniyada raqam chiqaradigan Observable yaratish uchun foydalanaylik.

            
// Create a new Observable that emits numbers every second
const myIntervalObservable = new Observable((observer) => {
  let count = 0;
  const intervalId = setInterval(() => {
    if (count >= 5) {
      // After 5 emissions, we are done.
      observer.complete();
      clearInterval(intervalId);
    } else {
      observer.next(count);
      count++;
    }
  }, 1000);

  // Return the teardown logic. This function will be called on unsubscribe.
  return () => {
    clearInterval(intervalId);
  };
});

// Create an Observer to consume the values.
const myObserver = {
  next: (value) => console.log(`Received value: ${value}`),
  error: (err) => console.error(`An error occurred: ${err}`),
  complete: () => console.log('Stream has completed!')
};

// Subscribe to start the stream.
console.log('Subscribing...');
const subscription = myIntervalObservable.subscribe(myObserver);

// After 6.5 seconds, unsubscribe to clean up the interval.
setTimeout(() => {
  subscription.unsubscribe();
}, 6500);

            

              
                Copy
              
            
          

Buni ishga tushirganingizda, u 0 dan 4 gacha raqamlarni qayd etganini, so'ngra "Oqim tugallandi!" xabarini ko'rasiz. unsubscribe chaqiruvi, agar biz uni tugallanishdan oldin chaqirganimizda, intervalni tozalagan bo'lar edi, bu esa resurslarni to'g'ri boshqarishni namoyish etadi.

Haqiqiy dunyo amaliyotlari va mashhur kutubxonalar

Observable'larning haqiqiy kuchi murakkab, real dunyo stsenariylarida namoyon bo'ladi. Quyida turli sohalardagi bir nechta misollar keltirilgan:

Front-End ishlab chiqish (masalan, RxJS yordamida)

• Foydalanuvchi kiritishini boshqarish: Klassik misol – avtomatik to'ldirish qidiruv oynasi. Siz `keyup` hodisalari oqimini yaratishingiz, foydalanuvchi terishni to'xtatguncha kutish uchun `debounceTime(300)` dan foydalanishingiz, takroriy so'rovlardan qochish uchun `distinctUntilChanged()` dan, bo'sh so'rovlarni filtrlash uchun `filter()` dan va oldingi tugallanmagan so'rovlarni avtomatik bekor qilish bilan API chaqiruvini amalga oshirish uchun `switchMap()` dan foydalanishingiz mumkin. Bu mantiq callback'lar bilan juda murakkab, ammo operatorlar yordamida aniq, deklarativ zanjirga aylanadi.
• Murakkab holatni boshqarish: Angular kabi freymvorklarda RxJS holatni boshqarish uchun birinchi darajali fuqaro hisoblanadi. Xizmat holatni Observable sifatida ochib berishi mumkin va bir nechta komponentlar unga obuna bo'lishi, holat o'zgarganda avtomatik ravishda qayta ko'rsatilishi mumkin.
• Bir nechta API chaqiruvlarini tashkillashtirish: Uchta turli tugatish nuqtasidan ma'lumotlarni olish va natijalarni birlashtirish kerakmi? Operatorlar kabi forkJoin (parallel so'rovlar uchun) yoki concatMap (ketma-ket so'rovlar uchun) buni osonlashtiradi.

Back-End ishlab chiqish (masalan, RxJava, Project Reactor yordamida)

• Real vaqtda ma'lumotlarni qayta ishlash: Server Kafka kabi xabar navbatidan yoki WebSocket ulanishidan ma'lumotlar oqimini ifodalash uchun Observable'dan foydalanishi mumkin. Keyin u ushbu ma'lumotlarni ma'lumotlar bazasiga yozish yoki mijozlarga tarqatishdan oldin o'zgartirish, boyitish va filtrlash uchun operatorlardan foydalanishi mumkin.
• Chidamli mikroservislarni yaratish: Reaktiv kutubxonalar `retry` va `backpressure` kabi kuchli mexanizmlarni taqdim etadi. Backpressure sekin iste'molchiga tez ishlab chiqaruvchiga sekinlashishni signal berishga imkon beradi, bu iste'molchining yuklanishini oldini oladi. Bu barqaror, chidamli tizimlarni yaratish uchun juda muhimdir.
• Bloklamaydigan API'lar: Java ekotizimidagi Spring WebFlux (Project Reactor yordamida) kabi freymvorklar to'liq bloklamaydigan veb-xizmatlarni yaratishga imkon beradi. `User` ob'ektini qaytarish o'rniga, sizning kontrolerlaringiz `Mono` (0 yoki 1 elementdan iborat oqim) qaytaradi, bu asosiy serverga kamroq threadlar bilan ko'proq bir vaqtning o'zida so'rovlarni boshqarishga imkon beradi.

Mashhur kutubxonalar

Buni noldan amalga oshirishingiz shart emas. Deyarli har bir yirik platforma uchun yuqori darajada optimallashtirilgan, sinovdan o'tgan kutubxonalar mavjud:

• RxJS: JavaScript va TypeScript uchun yetakchi implementatsiya.
• RxJava: Java va Android ishlab chiqish jamoalarida asosiy kutubxona.
• Project Reactor: Spring Frameworkdagi reaktiv stekning asosi.
• Rx.NET: ReactiveX harakatini boshlagan asl Microsoft implementatsiyasi.
• RxSwift / Combine: Apple platformalarida reaktiv dasturlash uchun asosiy kutubxonalar.

Operatorlar kuchi: Amaliy misol

Keling, avtomatik to'ldirish qidiruv oynasi misoli bilan operatorlarning kompozitsion kuchini ko'rsataylik. RxJS uslubidagi operatorlardan foydalangan holda u qanday ko'rinishga ega bo'lishini kontseptual ravishda ko'rib chiqamiz:

            
// 1. Get a reference to the input element
const searchInput = document.getElementById('search-box');

// 2. Create an Observable stream of 'keyup' events
const keyup$ = fromEvent(searchInput, 'keyup');

// 3. Build the operator pipeline
keyup$.pipe(
  // Get the input value from the event
  map(event => event.target.value),

  // Wait for 300ms of silence before proceeding
  debounceTime(300),

  // Only continue if the value has actually changed
  distinctUntilChanged(),

  // If the new value is different, make an API call.
  // switchMap cancels previous pending network requests.
  switchMap(searchTerm => {
    if (searchTerm.length === 0) {
      // If input is empty, return an empty result stream
      return of([]); 
    }
    // Otherwise, call our API
    return api.search(searchTerm);
  }),

  // Handle any potential errors from the API call
  catchError(error => {
    console.error('API Error:', error);
    return of([]); // On error, return an empty result
  })
)
.subscribe(results => {
  // 4. Subscribe and update the UI with the results
  updateDropdown(results);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Ushbu qisqa, deklarativ kod bloki tezlikni cheklash, takrorlanishni olib tashlash va so'rovni bekor qilish kabi xususiyatlarga ega juda murakkab asinxron ish oqimini amalga oshiradi. Bunga an'anaviy usullar bilan erishish sezilarli darajada ko'proq kod va qo'lda holatni boshqarishni talab qiladi, bu esa o'qish va tuzatishni qiyinlashtiradi.

Reaktiv dasturlashni qachon ishlatish (va qachon ishlatmaslik)

Har qanday kuchli vosita singari, reaktiv dasturlash ham "kumush o'q" emas. Uning afzalliklari va kamchiliklarini tushunish juda muhim.

Uchun juda mos keladi:

• Hodisalarga boy ilovalar: Foydalanuvchi interfeyslari, real vaqt rejimidagi boshqaruv panellari va murakkab hodisalarga asoslangan tizimlar asosiy nomzodlardir.
• Asinxron og'ir mantiq: Bir nechta tarmoq so'rovlari, taymerlar va boshqa asinxron manbalarni tashkillashtirish kerak bo'lganda, Observable'lar aniqlikni ta'minlaydi.
• Oqimlarni qayta ishlash: Moliyaviy tikkerlardan tortib IoT sensor ma'lumotlarigacha bo'lgan uzluksiz ma'lumotlar oqimini qayta ishlaydigan har qanday ilova foyda olishi mumkin.

Quyidagi hollarda muqobillarni ko'rib chiqing:

• Mantiq oddiy va sinxron bo'lsa: Oddiy, ketma-ket vazifalar uchun reaktiv dasturlashning ortiqcha yuklanishi keraksizdir.
• Jamoa notanish bo'lsa: O'rganish egri chizig'i tik. Deklarativ, funksional uslub imperativ kodga o'rgangan dasturchilar uchun qiyin o'zgarish bo'lishi mumkin. Debugging ham qiyinroq bo'lishi mumkin, chunki chaqiruv staklari kamroq to'g'ridan-to'g'ri bo'ladi.
• Oddiyroq vosita yetarli bo'lsa: Bitta asinxron operatsiya uchun oddiy Promise yoki `async/await` ko'pincha aniqroq va yetarlidir. Ish uchun to'g'ri vositadan foydalaning.

Xulosa

Observable naqshiga asoslangan reaktiv dasturlash asinxron tizimlarning murakkabligini boshqarish uchun mustahkam va deklarativ asosni taqdim etadi. Hodisalar va ma'lumotlarni kompozitsiyali oqimlar sifatida ko'rib chiqish orqali u dasturchilarga toza, bashorat qilinadigan va yanada chidamli kod yozishga imkon beradi.

Garchi u an'anaviy imperativ dasturlashdan fikrlash tarzini o'zgartirishni talab qilsa-da, murakkab asinxron talablarga ega ilovalarda investitsiya o'z samarasini beradi. Asosiy komponentlarni – Observable, Observer, Subscription va Operatorlarni tushunib, siz ushbu kuchdan foydalanishni boshlashingiz mumkin. Sizni o'zingiz tanlagan platforma uchun kutubxona tanlashga, oddiy amaliyotlardan boshlashga va reaktiv dasturlash taklif qilishi mumkin bo'lgan ifodali va nafis yechimlarni bosqichma-bosqich kashf etishga chorlaymiz.