Реактивность в программировании

Реактивность — это способ автоматически обновлять систему в зависимости от изменения потока данных.

Поток данных — любая последовательность событий из любого источника, упорядоченная во времени. Например, в кейлогере — приложении, которое записывает нажатие клавиш на клавиатуре, потоком данных будут сигналы нажатия клавиш.

Реактивное программирование — парадигма в программировании, в которой программа больше сосредоточена на управлении потоками данных, таким образом описывая взаимосвязи между ними.

Давайте вспомним, как пользователь представляет себе работу с интерфейсом. Мы ожидаем, что интерфейс будет мгновенно реагировать на наши действия. Начали вводить текст, он сразу же появляется в поле. Нажали на кнопку, форма тут же изменилась, появились лоадеры, а затем выпрыгнуло радостное сообщение об успехе. С точки зрения пользователя реактивность — это мгновенная реакция на его действия.

Для разработчика этот термин имеет немного другое значение. Когда речь заходит о реактивности, фокус смещается на данные. Для примера напишем код, чтобы сложить два числа:

        
          
          let a = 3let b = 4const sum = a + bconsole.log(sum)// 7
          let a = 3
let b = 4

const sum = a + b

console.log(sum)
// 7

        
        
          
            
            Скопировать
            Скопировано
            Не удалось скопировать
          
        
      

В переменной sum теперь хранится сумма чисел, и мы знаем, что она никогда не изменится. Если изменить значения переменных a и b после сложения, это уже не повлияет на результат:

        
          
          // ...продолжение предыдущего примера// Меняем значения слагаемыхa = 10b = 8console.log(sum)// Все еще 7
          // ...продолжение предыдущего примера

// Меняем значения слагаемых
a = 10
b = 8

console.log(sum)
// Все еще 7

        
        
          
            
            Скопировать
            Скопировано
            Не удалось скопировать
          
        
      

Чтобы получить новую сумму, нужно заново сложить эти числа. Кажется, что все логично, но что, если эти числа вводит пользователь, и они могут меняться? В таком случае было бы удобнее, если бы программа могла самостоятельно обновлять значение.

        
          
          // ☝️ это псевдокод, настоящий код так не работает!let $a = 3let $b = 4const $sum = a + bconsole.log($sum)// 7$a = 2$b = 9console.log($sum)// 11$a = -4console.log($sum)// 5
          // ☝️ это псевдокод, настоящий код так не работает!
let $a = 3
let $b = 4

const $sum = a + b
console.log($sum)
// 7

$a = 2
$b = 9
console.log($sum)
// 11

$a = -4
console.log($sum)
// 5

        
        
          
            
            Скопировать
            Скопировано
            Не удалось скопировать
          
        
      

Пример выше ненастоящий, он не будет работать таким образом, но он даёт возможность понять, какую проблему может решать реактивность.

Во фронтенде мы можем связать любое изменение в интерфейсе с изменениями данных внутри программы. Реактивность с точки зрения фреймворков — это обновление интерфейса на основе изменений состояния.

В реактивности данные часто представляются в виде потока — последовательности событий, упорядоченной по времени.

Поток данных можно начать обрабатывать в любой момент времени, и все новые события могут быть обработаны. Таким образом, реактивность — это удобный способ синхронизировать данные, например, с интерфейсом, который видит пользователь. Реактивность помогает сосредоточиться на данных, как они связаны между собой, что гораздо ближе к бизнес-логике.

Основная идея реактивности строится на паттерне «Наблюдатель» (Observer). Это поведенческий паттерн проектирования, который создаёт механизм подписки, позволяющий другим следить и реагировать на события, происходящие в источнике. А вот в какой момент подписчики узнают об обновлениях, зависит от типа реактивности. Она бывает двух типов: push и pull.

Когда в реактивной системе по методу push происходит изменение, она самостоятельно проталкивает (от англ. push — «толкать») это изменение всем подписчикам. При таком типе реактивности все подписчики будут получать актуальные изменения сразу, как только они произошли.

Если мы подписываемся на событие (например, клик), то браузер сразу же уведомит всех подписчиков, когда оно случится.

        
          
          document.addEventListener('click', () => {  console.log('Я среагировал на клик!')})
          document.addEventListener('click', () => {
  console.log('Я среагировал на клик!')
})

        
        
          
            
            Скопировать
            Скопировано
            Не удалось скопировать
          
        
      

В экосистеме JavaScript самый популярный способ использовать push-реактивность — это использовать библиотеку RxJs.

        
          
          // создаем источникconst $clicks = Rx.Observable.fromEvent(document, 'click')$clicks.subscribe(event => {  console.log('Я среагировал на клик реактивно!')})
          // создаем источник
const $clicks = Rx.Observable.fromEvent(document, 'click')

$clicks.subscribe(event => {
  console.log('Я среагировал на клик реактивно!')
})

        
        
          
            
            Скопировать
            Скопировано
            Не удалось скопировать
          
        
      

Недостатком push-реактивности могут быть повторяющиеся вычисления, так как при изменении данных все подписчики могут заново проделывать свою работу с этими данными. Это может быть проблемой при частых обновлениях, когда система может быть просто завалена большим потоком данных, а все подписчики без конца делают вычисления.

Предположим, что есть приложение-дашборд, на котором выводится актуальная информация с графиками и изменениями. Страница может состоять из множества различных блоков, и каждому нужна информация. Когда данные приходят непрерывно, вся страница будет постоянно обновляться в разных местах. Одни вычисления могут быть сложнее и дольше других, из-за чего в очереди будут скапливаться новые данные, которые нужно посчитать.

Реактивность по методу pull работает противоположно push-реактивности. Вычисления, вызванные изменением данных в источнике, здесь откладываются до тех пор, пока не будут нужны. При таком типе реактивности подписчики вытянут (от англ. «pull» — тянуть) новые данные, только когда обновится вся система.

Примером из реальной жизни может быть паттерн pull-to-refresh из мобильных приложений. Например, в Twitter пользователь может потянуть контент с верхнего края немного вниз, а затем отпустить. Такое действие заставит ленту твитов обновиться, и пользователь сможет увидеть актуальные данные. При push-подходе лента обновлялась бы каждый раз самостоятельно, как только появляется новый твит.

Pull-механику редко можно встретить в библиотеках, потому часто она лишь частично присутствует в некоторых местах, например в MobX.

Недостатком pull-подхода являются проблемы с производительностью — каждый раз обновлять всю систему, чтобы уведомить подписчиков о новых данных, может быть затратным.

Идеи реактивности в итоге привели к появлению новой парадигмы, которая базируется на асинхронном управлении потоками данных. Хотя ранее уже было сказано, что подписки на события в браузере тоже являются реактивной моделью, реактивное программирование возводит эти идеи в абсолют. Это значит, что потоки данных можно создавать из чего угодно и как угодно ими управлять: скрещивать, трансформировать, фильтровать и так далее. Например, в приложении, написанном с использованием подхода MVC, с помощью реактивного программирования можно создать автоматическое отражение изменений из Model во View, и наоборот, из View в Model.

Реактивное программирование помогает абстрагироваться от описания действий в коде напрямую и сосредоточиться на взаимосвязи данных. Оно создано, чтобы упростить создание программ с большим количеством связей.

В современном фронтенде можно встретить сложные клиентские приложения, где изменение значений в полях ведёт к целому ряду обновлений интерфейса. Реактивное программирование может облегчить создание таких систем. Существует даже целый манифест Реактивных Систем, описывающий, как должна себя вести реактивная система.

Само по себе реактивное программирование редко встречается в чистом виде. Часто оно объединено с другими парадигмами. Так появились такие смешения, как императивное реактивное программирование, объектно-ориентированное реактивное программирование и функциональное реактивное программирование. Последнее наиболее популярно, а язык Elm считается одним из главных его представителей.