Reaktive Programmierung mit Java: verständlich erklärt

Anmerkung des Editors: Da die reaktive Programmierung immer mehr an Bedeutung in den Zeiten von Big Data und Echtzeitsystemen gewinnt, setzen unsere Experten in der Java-Entwicklung dieses Programmierparadigma auch. Wenn Sie vorhaben, intelligente skalierbare und belastbare Lösungen zu erstellen, können Sie sich auf die Erfahrung und Kompetenz unserer Agentur für App-Entwicklung verlassen. Eine kurze Nachricht reicht aus, um den ersten Schritt zu machen.

Die reaktive Programmierung (RP) ist kein neues und modernes Programmierparadigma, wenn es sich um die App-Entwicklung handelt. Der Begriff wurde erstmals in der IT-Welt in den 1960er Jahren verwendet. Seitdem wurde viel darüber gesprochen und geschrieben. Aber trotzdem wurde dieser Begriff oft falsch interpretiert. Das 2014 veröffentlichte „Reaktive Manifest“ mit seinen vier "heiligen Prinzipien", wie "reaktive Systeme" aufgebaut sein sollten, verstärkte Missverständnisse rund um die Begriffsdefinition, was die reaktive Programmierung ist und was als reaktive Systeme bezeichnet wird.

Im folgenden Beitrag versuchen wir zu klären und zu verstehen, was die reaktive Programmierung eigentlich ist, warum und für welche Apps wir reaktive Programmierung (RP) bei der App-Entwicklung mit Java einsetzen müssen (wenn wir das wirklich tun).

1. Was ist die reaktive Programmierung in wenigen Worten?

Die reaktive Programmierung ist ein Programmierparadigma, das sich auf asynchronen Datenströmen (data streams) basiert und es ermöglicht, Änderungen in der Ausführungsumgebung (Kontext) in einer bestimmten Reihenfolge zu propagieren (propagation of change).

2. Was steckt hinter der "Propagierung von Änderungen"?

Ein Beispiel aus unserem täglichen Leben. Stellen wir uns vor, dass heute Freitag ist. Johannes möchte diesen Abend mit seinem Freund Bobbi verbringen: Pizza essen und die Quiz-Sendung "Wer wird Millionär?" ansehen. Wie kann er all das organisieren? Beschreiben wir 3 mögliche Optionen:

• Johannes beendet seine Arbeit. Dann bestellt er die Pizza, wartet, bis es fertig ist. Nachher holt er seinen Freund Bobbi ab. Und schließlich (mit Bobbi und Pizza) geht er nach Hause und schaut die Quiz-Sendung an. So sieht ein synchronischer Ansatz aus, bei dem es zu lange dauern kann, sodass Bobbi wahrscheinlich lieber nach Hause geht.
• Johannes bestellt seine Pizza online und ruft Bobbi an, um ihn zu Besuch einzuladen. Am Ende des Arbeitstages geht er nach Hause, wo er versucht, Fragen aus der Sendung "Wer wird Millionär?" richtig zu beantworten (und isst gelieferte Pizza dabei), ohne auf seinen Freund Bobbi gewartet zu haben. Das passiert beim asynchronen Ansatz.
• Johannes bestellt Pizza online, lässt Pizza liefern, ruft Bobbi an, lädt ihn zu Besuch ein, geht nach Hause. Aber diesmal wartet er, bis Bobbi kommt, und schaltet erst danach die TV-Sendung ein. Darum geht es beim reaktiven Ansatz. Sie warten, bis alle asynchronen Aktionen (Änderungen) abgeschlossen sind, und nur dann führen Sie weitere Aktionen durch.

3. Sind die reaktive Programmierung und reaktive Systeme dasselbe?

Nein. Das stimmt nicht, obwohl beide Begriffe oft synonym verwendet werden.

Reaktive Systeme sind die nächste Stufe der „Reaktivität“. Auf dieser Stufe werden spezifische Entscheidungen hinsichtlich Design und Architektur getroffen, die ermöglichen, im Vergleich zu herkömmlichen Softwaresystemen widerstandsfähige, antwortbereite, elastische und nachrichtenorientierte Anwendungen zu erstellen.

Es ist kein Muss, die reaktive Programmierung für die Entwicklung reaktiver Systeme einzusetzen. Aber das ist eine gute Idee, weil Ihre App von dieser Kombination noch mehr profitiert. Diese Kombination ermöglicht:

• Den Grad der losen Kopplung bei der App zu erhöhen.
• Ressourcen effizienter zu verwenden.
• Die App reaktionsschneller zu gestalten.
• Eine geringere Wartezeit (Latenz) sicherzustellen.

4. Warum brauchen wir „Reaktivität“ in Java?

Wenn es um große Datenmengen oder mehrere Benutzer geht, ist eine asynchrone Verarbeitung häufig erforderlich, um die Effizienz von Systemen zu erhöhen.

In Java – einer der beliebtesten objektorientierten Programmiersprache – kann der asynchrone Ablauf zu Problemen auf der Code-Ebene führen und die Wartung des Codes erschweren. Aus diesem Grund ist die reaktive Programmierung für diese "rein" objektorientierte Umgebung besonders vorteilhaft, weil es die Verarbeitung von asynchronen Strömen vereinfacht.

5. Wie werde ich in Java reaktiv?

Beginnend mit Java 8 wurden einige Versuche unternommen, die „eingebaute“ Reaktivität einzuführen. Aber diese Versuche erfreuen sich bei Entwicklern bis heute keiner großen Beliebtheit. Was aber beliebt und geschätzt wird – von Drittanbietern entwickelte und regelmäßig aktualisierte Implementierungen, welche die reaktive Programmierung in Java ermöglichen.

RxJava war das erste Reactive Extension (Rx) API für Java. Es unterstütz Java ab der Version 6 und auch ältere Versionen und bietet die Möglichkeit, asynchrone, ereignisbasierte Programme für Java und Android Java zu schreiben, was sehr praktisch ist.

Spring Reactor ist ein weiteres Framework für Java von Spring-Entwicklern. Dieses Framework ist RxJava sehr ähnlich. Der Unterschied liegt aber darin, dass es eine einfachere Abstraktion hat. Da das Framework auf Java-Version 8 basiert, ermöglicht es, derer Vorteile zu nutzen. Dadurch hat es an Popularität gewonnen.

6. Was erhalte ich mit RP tatsächlich?

Höhere Performance – durch die schnellere und stabilere Verarbeitung von großen Datenmengen.

Verbessertes UX und gesteigerte Benutzerfreundlichkeit - dadurch, dass Anwendungen responsive, also, anpassungsfähig, aufgebaut sind.

Vereinfachte Änderungen und Updates – durch den besser lesbaren und einfacheren Code.

7. Muss ich alles reaktiv machen?

„Reaktive“ Komponenten können reibungslos in eine Anwendung als ihr Tel implementiert werden. Das macht es überflüssig, das gesamte Programmiermodell zu ändern, andere vertrauenswürdige Programmierstile zu sabotieren, sich an der „Reaktivität“ festzuhalten und unnötige Komplexität zu verursachen.

Aber alles mit Maß und Ziel. Wenn es sich beispielsweise nur um eine einfache Website handelt, besteht kaum die Notwendigkeit, sie reaktiv zu programmieren. Wenn Sie doch planen, das Upgrade Ihrer Webseite durchzuführen und ein Empfehlungssystem zu implementieren, ist reaktiver Code eine gute Idee in diesem Fall, um hohe Lasten von Big Data zu bewältigen.

8. Wann muss die reaktive Programmierung zum Einsatz kommen?

Die reaktive Programmierung bietet eine elegante Lösung für bestimmte Arten von Apps, die unter hoher Belastung leiden und einen Zugriff gleichzeitig für mehrere Benutzer erlauben:

• Soziale Netzwerke, Chats
• Spiele
• Audio- und Video-Anwendungen

Sowie für die folgenden Komponenten von beliebigen Arten von Apps:

• Server-Code, der hochgradig interaktive Elemente der Benutzeroberfläche bedient
• Proxy-Server, Load Balancer
• Künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML)
• Streaming-Daten in Echtzeit

9. Und wann ist es nicht erforderlich?

Vereinfacht gesagt: versuchen Sie nicht, die reaktive Programmierung überall wo möglich einzusetzen, wenn das nicht erforderlich ist (z. B. wenn es keine Live-Daten, keine hohe Belastung oder keine große Anzahl von Benutzern zur gleichen Zeit gibt.).

10. Was braucht man, um die reaktive Programmierung in Java einzuführen?

Leider reicht es nicht aus, einfach die Theorie zu lernen und Frameworks herunterzuladen. Ein Java-Entwickler benötigt viel Zeit, Mühe und praktische Erfahrung, um sich an eine andere Abstraktionsebene zu gewöhnen. Wenn Sie sich doch dafür entscheiden, die „Reaktivität“ zu implementieren, ist es sinnvoll, sich an einen guten Berater zu wenden, der ein umfassendes Verständnis für diesen Ansatz hat. Der hilft Ihnen festzustellen, welche reaktiven Komponenten für Ihr System von Vorteil sind und wie Sie diese nahtlos einführen können.

Der springende Punkt

Obwohl die reaktive Programmierung kein Modewort mehr ist, bleibt der Begriff selbst immer noch nicht klar definiert. Wir hoffen, dass Sie jetzt wissen, dass es nur ein weiteres Programmierparadigma ist, der sich auf asynchrone Datenströme und das effektive Management von Änderungen konzentriert, und kein Synonym für reaktive Systeme ist.

Dieses Paradigma ist überall und in jeder Sprache verfügbar. Um reaktiv programmieren zu können, kommen von Drittanbietern entwickelte Implementierungen häufig zum Einsatz, wie z. B. RxJava und Spring Reactor für Java.

Die reaktive Programmierung verspricht mehrere Vorteile. Aber es lohnt sich abzuwägen, ob sie wirklich erforderlich ist. Wenn Sie sich doch für diesen Ansatz entscheiden, ist es empfehlenswert, erfahrene Berater zu Rate zu ziehen. Das hilft Ihnen das vielversprechende Programmierparadigma erfolgreich umzusetzen.