RxJS e l'Ecosistema Reactive Streams

Quando si impara RxJS, molti sviluppatori si chiedono: "Come si inserisce RxJS nel quadro generale della Programmazione Reattiva?"

Questa pagina spiega la differenza tra RxJS e lo standard Reactive Streams, l'intero stack tecnologico dal livello UI al livello dati, e come le diverse tecnologie lavorano insieme.

Posizionamento di RxJS

Cos'è RxJS?

RxJS (Reactive Extensions for JavaScript) è l'implementazione principale della Programmazione Reattiva nell'ambiente browser e Node.js.

Caratteristiche di RxJS

• Funziona in browser e Node.js
• La reattività UI è la massima priorità
• Leggero e veloce
• La back pressure è implicita

RxJS vs standard Reactive Streams

Ci sono due tendenze principali nella Programmazione Reattiva: RxJS e lo standard Reactive Streams.

Cos'è lo standard Reactive Streams?

Reactive Streams è una specifica standard per l'elaborazione stream sulla JVM.

Implementazioni principali:

• Project Reactor (Spring WebFlux)
• RxJava 3
• Akka Streams
• Mutiny (Quarkus)

Quattro interfacce standardizzate:

public interface Publisher<T> {
    void subscribe(Subscriber<? super T> s);
}

public interface Subscriber<T> {
    void onSubscribe(Subscription s);
    void onNext(T t);
    void onError(Throwable t);
    void onComplete();
}

public interface Subscription {
    void request(long n);  // Controllo back pressure
    void cancel();
}

public interface Processor<T, R> extends Subscriber<T>, Publisher<R> {}

Differenza chiave: controllo della back pressure

Prospettive	RxJS	Standard Reactive Streams
Piattaforma	JavaScript/TypeScript (browser, Node.js)	JVM (Java, Scala, Kotlin)
Backpressure	Implicita (a livello operatore)	Esplicita (metodo request(n))
Priorità	Reattività UI	Throughput server
Standardizzazione	API Comune ReactiveX	Specifica Reactive Streams

Back pressure RxJS (implicita)

import { interval } from 'rxjs';
import { bufferTime, take } from 'rxjs';

// La back pressure è controllata dall'operatore
interval(10)  // emette un valore ogni 10 ms
  .pipe(
    bufferTime(1000),  // buffering ogni 1 secondo (controllo implicito)
    take(5)
  )
  .subscribe(batch => console.log('batch:', batch.length));

Backpressure Reactive Streams (esplicita)

// Project Reactor（Java）
Flux.range(1, 1000)
    .subscribe(new BaseSubscriber<Integer>() {
        @Override
        protected void hookOnSubscribe(Subscription subscription) {
            request(10);  // richiedi i primi 10 (esplicito)
        }

        @Override
        protected void hookOnNext(Integer value) {
            System.out.println("Elaborazione: " + value);
            request(1);  // richiedi il prossimo dopo l'elaborazione (esplicito)
        }
    });

IMPORTANT

Differenza nella back pressure

• RxJS: Controllata implicitamente dagli operatori (bufferTime, throttleTime, debounceTime)
• Reactive Streams: controllata esplicitamente dal metodo request(n)

Questa differenza riflette la differenza tra i requisiti UI (RxJS) e server (Reactive Streams).

Stack Tecnologico per Livello

La Programmazione Reattiva forma uno stack tecnologico che attraversa più livelli, dal livello UI al livello dati.

Architettura Generale

1. Livello UI (front end)

Tecnologie principali: RxJS, Signals

// RxJS (standard livello UI)
import { fromEvent } from 'rxjs';
import { debounceTime, distinctUntilChanged, switchMap } from 'rxjs';

const searchInput$ = fromEvent(input, 'input').pipe(
  map(event => (event.target as HTMLInputElement).value),
  debounceTime(300),
  distinctUntilChanged(),
  switchMap(query => fetch(`/api/search?q=${query}`).then(r => r.json()))
);

searchInput$.subscribe(results => updateUI(results));

Caratteristiche:

• Funziona nell'ambiente browser
• La reattività UI è la massima priorità
• Gestione unificata di input utente, eventi DOM e comunicazione HTTP

2. Livello Server (backend)

Tecnologie principali: Project Reactor, Vert.x, Akka Streams

Project Reactor (Spring WebFlux)

// Project Reactor (standard livello server)
@RestController
public class UserController {

    @GetMapping("/users")
    public Flux<User> getUsers() {
        return userRepository.findAll()  // Reactive Repository
            .filter(user -> user.isActive())
            .map(user -> enrichUserData(user))
            .onErrorResume(error -> Flux.empty());
    }

    @GetMapping("/users/{id}")
    public Mono<User> getUser(@PathVariable String id) {
        return userRepository.findById(id)
            .switchIfEmpty(Mono.error(new UserNotFoundException(id)));
    }
}

Caratteristiche:

• Conforme allo standard Reactive Streams
• I/O non-blocking
• Alto throughput
• Controllo esplicito della back pressure

Akka Streams (Modello Actor)

// Akka Streams (per sistemi distribuiti)
val source = Source(1 to 100)
val flow = Flow[Int].map(_ * 2)
val sink = Sink.foreach[Int](println)

source.via(flow).to(sink).run()

Caratteristiche:

• Basato su modello Actor
• Ideale per sistemi distribuiti
• Isolamento e recupero dai guasti

3. Livello Dati (elaborazione stream)

Tecnologie principali: Kafka, Flink, Apache Beam

Apache Kafka (event streaming)

// Kafka Streams (data pipeline)
StreamsBuilder builder = new StreamsBuilder();

KStream<String, String> source = builder.stream("input-topic");

source
    .filter((key, value) -> value.length() > 10)
    .mapValues(value -> value.toUpperCase())
    .to("output-topic");

KafkaStreams streams = new KafkaStreams(builder.build(), config);
streams.start();

Caratteristiche:

• Piattaforma di event streaming distribuita
• Alto throughput, bassa latenza
• Event sourcing, fondamento per pattern CQRS

Apache Flink (elaborazione stream)

// Flink (elaborazione stream in tempo reale)
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

DataStream<Event> events = env.addSource(new KafkaSource<>());

events
    .filter(event -> event.getValue() > threshold)
    .keyBy(Event::getSensorId)
    .timeWindow(Time.seconds(10))
    .reduce((e1, e2) -> new Event(e1.getSensorId(), e1.getValue() + e2.getValue()))
    .addSink(new DatabaseSink());

env.execute("Stream Processing Job");

Caratteristiche:

• Motore elaborazione stream in tempo reale
• Garanzia Exactly Once (esattamente una volta)
• Elaborazione event-time e watermarking

Tecnologia di bridging: coordinamento di livelli diversi

Come coordiniamo tra stack tecnologici diversi?

1. Livello UI ⇄ Livello Server: WebSocket / SSE

WebSocket (comunicazione bidirezionale)

Front end (RxJS):

import { webSocket } from 'rxjs/webSocket';

const socket$ = webSocket<Message>('wss://example.com/ws');

// Ricezione
socket$.subscribe(message => console.log('Ricevuto:', message));

// Invio
socket$.next({ type: 'subscribe', channel: 'notifications' });

Backend (Spring WebFlux):

@Configuration
@EnableWebSocketMessageBroker
public class WebSocketConfig implements WebSocketMessageBrokerConfigurer {

    @Override
    public void configureMessageBroker(MessageBrokerRegistry config) {
        config.enableSimpleBroker("/topic");
        config.setApplicationDestinationPrefixes("/app");
    }

    @Override
    public void registerStompEndpoints(StompEndpointRegistry registry) {
        registry.addEndpoint("/ws").withSockJS();
    }
}

@Controller
public class NotificationController {

    @MessageMapping("/subscribe")
    public Flux<Notification> subscribe(@Payload SubscribeRequest request) {
        return notificationService.getNotificationStream(request.getChannel());
    }
}

Server-Sent Events (Server → Client)

Front End (RxJS):

import { Observable } from 'rxjs';

function fromSSE<T>(url: string): Observable<T> {
  return new Observable(subscriber => {
    const eventSource = new EventSource(url);

    eventSource.onmessage = event => {
      subscriber.next(JSON.parse(event.data));
    };

    eventSource.onerror = error => {
      subscriber.error(error);
    };

    return () => eventSource.close();
  });
}

const notifications$ = fromSSE<Notification>('/api/notifications/stream');
notifications$.subscribe(n => console.log('Notifica:', n));

Backend (Spring WebFlux):

@GetMapping(value = "/notifications/stream", produces = MediaType.TEXT_EVENT_STREAM_VALUE)
public Flux<Notification> streamNotifications() {
    return notificationService.getNotificationStream()
        .delayElements(Duration.ofSeconds(1));
}

2. Livello Server ⇄ Livello Dati: Kafka Connect

Livello Server (Reactor) a Kafka:

// Spring WebFlux + Kafka
@Service
public class EventPublisher {

    private final KafkaTemplate<String, Event> kafkaTemplate;

    public Mono<Void> publishEvent(Event event) {
        return Mono.fromFuture(
            kafkaTemplate.send("events-topic", event.getId(), event)
                .completable()
        ).then();
    }
}

Kafka a livello server (Reactor):

// Kafka Consumer (Reactive)
@Service
public class EventConsumer {

    @KafkaListener(topics = "events-topic")
    public Mono<Void> consume(Event event) {
        return processEvent(event)
            .then();
    }

    private Mono<Void> processEvent(Event event) {
        return Mono.fromRunnable(() -> {
            System.out.println("Elaborazione evento: " + event);
        });
    }
}

3. Pipeline reattiva end-to-end

Linee Guida per la Selezione Tecnologica

Quale tecnologia dovrebbe essere usata a quale livello?

Selezione del livello UI (front end)

Requisiti	Tecnologia Consigliata	Motivi
Flusso Asincrono Complesso	RxJS	Operatori ricchi, API Unificata
Reattività semplice	Angular Signals / Solid.js	Basso costo apprendimento, intuitivo
Standard del framework	React Hooks / Vue Composition API	Integrazione con framework

// Esempio del perché dovresti scegliere RxJS: Flusso asincrono complesso
combineLatest([
  userInput$,
  apiStatus$,
  validation$
]).pipe(
  debounceTime(300),
  distinctUntilChanged(),
  switchMap(([input, status, isValid]) =>
    isValid ? submitData(input) : of(null)
  )
).subscribe(/*...*/);

// Esempio di come Signals dovrebbe essere scelto: Gestione stato semplice
const count = signal(0);
const doubled = computed(() => count() * 2);

Selezione del livello server (backend)

Requisiti	Tecnologia Consigliata	Motivi
API ad Alto Throughput	Spring WebFlux (Reactor)	Ecosistema JVM, librerie ricche
Micro Servizi	Vert.x / Quarkus (Mutiny)	Leggero, avvio veloce
Sistema Distribuito	Akka Streams	Modello Actor, Isolamento Guasti
Ambiente Node.js	RxJS / Node.js Streams	Unificazione JavaScript

// Spring WebFlux (API ad alto throughput)
@GetMapping("/users")
public Flux<User> getUsers() {
    return userRepository.findAll()
        .filter(User::isActive)
        .map(this::enrichData);
}

Selezione del livello dati (elaborazione stream)

Requisiti	Tecnologia Consigliata	Motivi
Event Streaming	Apache Kafka	Alto Throughput, Distribuito, Persistente
Elaborazione Real-Time	Apache Flink	Bassa Latenza, Gestione Stato
Integrazione Batch + stream	Apache Beam	Modello API unificato
Elaborazione Dati IoT	Kafka + Flink	Scalabilità, Affidabilità

// Kafka + Flink (elaborazione dati IoT)
StreamExecutionEnvironment env = StreamExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment();

DataStream<SensorReading> sensorData = env
    .addSource(new FlinkKafkaConsumer<>("sensors", deserializer, properties));

sensorData
    .keyBy(SensorReading::getSensorId)
    .timeWindow(Time.minutes(5))
    .aggregate(new AverageAggregator())
    .addSink(new FlinkKafkaProducer<>("aggregated-data", serializer, properties));

Comunanza e Differenze nella Sintassi degli Operatori

RxJS, Reactor e Kafka Streams hanno sintassi simile ma semantica diversa.

Comunanza: pipeline dichiarativa

RxJS (livello UI):

source$
  .pipe(
    filter(x => x > 10),
    map(x => x * 2),
    take(5)
  )
  .subscribe(console.log);

Reactor (livello server):

source
    .filter(x -> x > 10)
    .map(x -> x * 2)
    .take(5)
    .subscribe(System.out::println);

Kafka Streams (livello dati):

stream
    .filter((key, value) -> value > 10)
    .mapValues(value -> value * 2)
    .to("output-topic");

Differenza: Modello di Esecuzione e Semantica

Punto di vista	RxJS	Reactor	Kafka Streams
Ambiente di Esecuzione	Single Threaded (Event Loop)	Multi-threadabile	Elaborazione Distribuita
Scheduling	Implicito (default sincronizzazione)	Esplicito (Schedulers)	Auto-distribuito
Gestione Errori	catchError	onErrorResume	Garanzia Exactly-once
Backpressure	Livello Operatore	request(n)	Controllo Automatico

WARNING

** Solo perché la sintassi degli operatori è simile non significa che funzionino allo stesso modo. ** È importante comprendere il modello di esecuzione e la semantica di ogni tecnologia.

Punti di Forza e Aree di Applicazione di RxJS

Aree dove RxJS è più forte

1. Elaborazione UI nel browser

   • Elaborazione unificata di input utente, eventi DOM e comunicazione HTTP

2. I/O asincrono Node.js

   • Operazioni su file, comunicazioni di rete streaming

3. Integrazione di processi asincroni multipli

   • Flussi complessi in combineLatest, merge, switchMap, ecc.

Limitazioni di RxJS

1. Elaborazione server ad alto throughput

   • Reactor, Akka Streams basati su JVM sono più vantaggiosi

2. Elaborazione stream distribuita

   • Kafka, Flink sono più adatti

3. Controllo strict della backpressure

   • Richiede request(n) esplicito nello standard Reactive Streams

TIP

RxJS è più forte al livello UI, ma altre tecnologie potrebbero essere più adatte ai livelli server e dati. Non è necessario usare RxJS a tutti i livelli.

Riepilogo

Posizionamento di RxJS

IMPORTANT

RxJS è l'implementazione principale della **Programmazione Reattiva nell'ambiente browser e Node.js, dando priorità alla reattività UI e impiegando controllo implicito della backpressure.

Panoramica dell'Ecosistema Reactive Streams

Livello UI        : RxJS, Signals
Livello Comunicazione : WebSocket, SSE
Livello Server    : Reactor, Vert.x, Akka Streams
Livello Dati      : Kafka, Flink, Apache Beam

Linea Guida Selezione Tecnologica

Livelli	Tecniche Consigliate	Motivi
Livello UI	RxJS, Signals	Reattività UI, Operatori Ricchi
Livello Server	Reactor, Vert.x	Alto throughput, standard Reactive Streams
Livello Dati	Kafka, Flink	Elaborazione distribuita, scalabilità

Tecnologia di Bridging

• UI ⇄ Server: WebSocket, SSE
• Server ⇄ Dati: Kafka Connect, Reactive Kafka

Comunanza della sintassi degli operatori

RxJS, Reactor e Kafka Streams hanno sintassi simile, ma modelli di esecuzione e semantica diversi. È importante comprendere le caratteristiche di ogni tecnologia e usarle in modo diverso.

TIP

** Non c'è bisogno di unificare tutti i livelli con RxJS.** Selezionando la tecnologia più appropriata per ogni livello e collegandole insieme con tecnologia di bridging, si può costruire un sistema reattivo end-to-end.

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• Mappa Architettura Reattiva - Dettagli dei 7 livelli
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• Gestione Errori - Gestione errori RxJS

Riferimenti

• GitHub Discussion #16 - Reactive Streams Ecosystem and RxJS Positioning
• Sito ufficiale Reactive Streams
• Documentazione Ufficiale Project Reactor
• Documentazione Ufficiale Apache Kafka
• Documentazione ufficiale Apache Flink
• Documentazione Ufficiale RxJS