15 交互应用

library(shiny)

一个简单示例，介绍一个 Shiny 应用的各个常见组成部分。一个快速改变风格的主题包。介绍交互表格、交互图形与 Shiny 集成，如 DT、plotly、 leaflet 等。介绍 Shiny 工业化应用的开发过程。

15.1 简单示例

library(shiny)

ui <- fluidPage(
  sliderInput(inputId = "n", label = "观测记录的数目", 
              min = 1, max = nrow(faithful), value = 100),
  plotOutput("plot")
)

server <- function(input, output) {
  output$plot <- renderPlot({
    hist(faithful$eruptions[seq_len(input$n)],
      breaks = 40,
      main = "美国黄石公园喷泉",
      xlab = "喷发持续时间"
    )
  })
}

shinyApp(ui, server)

15.1.1 UI 前端

15.1.2 Server 后端

15.2 Shiny 组件

组件又很多，下面想重点介绍 4 个，它们使用频次很高，很有代表性。

15.2.4 书签

书签记录输入状态，链接可以指向页面状态

library(shiny)

ui <- fluidPage(
  sliderInput(inputId = "n", label = "观测记录的数目", 
              min = 1, max = nrow(faithful), value = 100),
  plotOutput("plot"),
  bookmarkButton(id = "bookmark1", label = "书签", title = "记录、分享此时应用的状态")
)

server <- function(input, output) {
  output$plot <- renderPlot({
    hist(faithful$eruptions[seq_len(input$n)],
      breaks = 40,
      main = "美国黄石公园喷泉",
      xlab = "喷发持续时间"
    )
  })
}

enableBookmarking(store = "url")
shinyApp(ui, server)

15.3 Shiny 扩展

页面布局

shinydashboard / shinydashboardPlus Shiny 应用
flexdashboard R Markdown 文档中制作 Shiny 应用
bs4Dash

交互表格

DT
reactable

交互图形

plotly
ggiraph

15.3.1 页面布局

15.3.2 交互表格

下面在 Shiny 应用中插入 DT 包制作的交互表格

# 前端
library(shiny)
ui <- fluidPage(
  # 应用的标题名称
  titlePanel("鸢尾花数据集"),
  # 边栏
  fluidRow(
    column(12, DT::dataTableOutput("table"))
  )
)

# 服务端
server <- function(input, output, session) {
  output$table <- DT::renderDataTable(iris,
    options = list(
      pageLength = 5, # 每页显示5行
      initComplete = I("function(settings, json) {alert('Done.');}")
    ), server = F
  )
}

shinyApp(ui, server)

重要

加载 shiny 包后再加载 DT 包，函数 dataTableOutput() 和renderDataTable() 显示冲突，因为两个 R 包都有这两个函数。在创建 shiny 应用的过程中，如果我们需要呈现动态表格，就需要使用 DT 包的 DT::dataTableOutput() 和 DT::renderDataTable() ，否则会报错，详见 https://github.com/rstudio/shiny/issues/2653。

reactable 基于 JS 库 React Table 提供交互式表格渲染，和 shiny 无缝集成，是替代 DT 的不二选择，在 app.R 用 reactable 包的 reactableOutput() 和 renderReactable() 函数替代 shiny 里面的 dataTableOutput() 和 renderDataTable()。再也不用忍受 DT 和 shiny 的函数冲突了，且其覆盖测试达到 99%。

library(shiny)

下面在 Shiny 应用中插入 reactable 包制作的交互表格

library(shiny)
library(reactable)

ui <- fluidPage(
  reactableOutput("table")
)

server <- function(input, output) {
  output$table <- renderReactable({
    reactable(iris,
      filterable = TRUE, # 过滤
      searchable = TRUE, # 搜索
      showPageSizeOptions = TRUE, # 页面大小
      pageSizeOptions = c(5, 10, 15), # 页面大小可选项
      defaultPageSize = 10, # 默认显示10行
      highlight = TRUE, # 高亮选择
      striped = TRUE, # 隔行高亮
      fullWidth = FALSE, # 默认不要全宽填充，适应数据框的宽度
      defaultSorted = list(
        Sepal.Length = "asc", # 由小到大排序
        Petal.Length = "desc" # 由大到小
      ),
      columns = list(
        Sepal.Width = colDef(style = function(value) { 
          # Sepal.Width 添加颜色标记
          if (value > 3.5) {
            color <- "#008000"
          } else if (value > 2) {
            color <- "#e00000"
          } else {
            color <- "#777"
          }
          list(color = color, fontWeight = "bold") # 字体加粗
        })

      )
    )
  })
}

shinyApp(ui, server)

除了 DT 和 reactable 包，其它支持 Shiny 集成的 R 包还有 gt 、formattable 和 kableExtra 等。

15.3.3 交互图形

ggiraph 包

15.4 Shiny 仪表盘

dashboard 翻译过来叫仪表盘，就是驾驶仓的那个玩意，形象地表达作为掌舵者应该关注的对象。R 包 shiny 出现后，仪表盘的制作显得非常容易，也很快形成了一个生态，比如 shinydashboard、 flexdashboard 等，此外 bs4Dash 基于 Bootstrap 4 的仪表盘，目前 shiny 和 rmarkdown 都在向 Bootstrap 4 升级，这是未来的方向。 shinydashboardPlus 主要目的在于扩展 shinydashboard 包

15.4.1 shinydashboard 包

将如下内容保存为 app.R 文件。

library(shiny)
library(shinydashboard)
ui <- dashboardPage(
  dashboardHeader(title = "Basic dashboard"),
  ## 边栏
  dashboardSidebar(
    sidebarMenu(
      menuItem("Dashboard", tabName = "dashboard", icon = icon("dashboard")),
      menuItem("Widgets", tabName = "widgets", icon = icon("th"))
    )
  ),
  ## 主体内容
  dashboardBody(
    tabItems(
      # 第一个 Tab 页内容
      tabItem(
        tabName = "dashboard",
        fluidRow(
          box(plotOutput("plot1", height = 250)),
          box(
            title = "Controls",
            sliderInput("slider", "Number of observations:", 1, 100, 50)
          )
        )
      ),

      # 第二个 Tab 页内容
      tabItem(
        tabName = "widgets",
        h2("Widgets tab content")
      )
    )
  )
)

server <- function(input, output) {
  set.seed(122)
  histdata <- rnorm(500)

  output$plot1 <- renderPlot({
    data <- histdata[seq_len(input$slider)]
    hist(data)
  })
}

shinyApp(ui, server)

15.4.2 shinydashboardPlus 包

shinydashboardPlus 包的函数 descriptionBlock()

library(shiny)
library(shinydashboard)
library(shinydashboardPlus)

shinyApp(
  ui = dashboardPage(
    dashboardHeader(),
    dashboardSidebar(),
    dashboardBody(
      box(
        solidHeader = FALSE,
        title = "状态概览",
        background = NULL,
        width = 4,
        status = "danger",
        footer = fluidRow(
          column(
            width = 6,
            descriptionBlock(
              number = "17%",
              numberColor = "green",
              numberIcon = "fa fa-caret-up",
              header = "$35,210.43",
              text = "总收入",
              rightBorder = TRUE,
              marginBottom = FALSE
            )
          ),
          column(
            width = 6,
            descriptionBlock(
              number = "18%",
              numberColor = "red",
              numberIcon = "fa fa-caret-down",
              header = "1200",
              text = "目标完成",
              rightBorder = FALSE,
              marginBottom = FALSE
            )
          )
        )
      )
    ),
    title = "Description Blocks"
  ),
  server = function(input, output) { }
)

15.4.3 bs4Dash 包

library(bs4Dash)
ui <- dashboardPage(
  dashboardHeader(title = "Basic dashboard"),
  dashboardSidebar(),
  dashboardBody(
    # Boxes need to be put in a row (or column)
    fluidRow(
      box(plotOutput("plot1", height = 250)),
      
      box(
        title = "Controls",
        sliderInput("slider", "Number of observations:", 1, 100, 50)
      )
    )
  )
)

server <- function(input, output) {
  set.seed(122)
  histdata <- rnorm(500)
  
  output$plot1 <- renderPlot({
    data <- histdata[seq_len(input$slider)]
    hist(data)
  })
}

shinyApp(ui, server)

15.4.4 miniUI 包

miniUI 包制作迷你版 Shiny 应用，适用于小屏幕显示。

library(shiny)
library(miniUI)
library(leaflet)
library(ggplot2)

ui <- miniPage(
  gadgetTitleBar("Shiny gadget example"),
  miniTabstripPanel(
    miniTabPanel(title = "参数",
      icon = icon("sliders"),
      miniContentPanel(
        sliderInput("year", "年份", 1978, 2010, c(2000, 2010), sep = "")
      )
    ),
    miniTabPanel(title = "可视化",
      icon = icon("area-chart"),
      miniContentPanel(
        plotOutput("quakes", height = "100%")
      )
    ),
    miniTabPanel(title = "地图",
      icon = icon("map-o"),
      miniContentPanel(
        padding = 0,
        leafletOutput("map", height = "100%")
      ),
      miniButtonBlock(
        actionButton("resetMap", "Reset")
      )
    ),
    miniTabPanel(title = "数据",
      icon = icon("table"),
      miniContentPanel(
        DT::dataTableOutput("table")
      )
    ),
    selected = "Map"
  )
)

server <- function(input, output, session) {
  output$quakes <- renderPlot({
    ggplot(quakes, aes(long, lat)) +
      geom_point()
  })

  output$map <- renderLeaflet({
    force(input$resetMap)

    leaflet(quakes, height = "100%") |>
      addTiles() |>
      addMarkers(lng = ~long, lat = ~lat)
  })

  output$table <- DT::renderDataTable({
    quakes
  })

  observeEvent(input$done, {
    stopApp(TRUE)
  })
}

shinyApp(ui, server)

15.5 Shiny 主题

15.5.1 bslib 包

bslib

15.5.2 shinymaterial 包

shinymaterial 包实现 Material Design

library(shiny)
library(shinymaterial)

ui <- material_page(
  title = "用户画像",
  nav_bar_fixed = TRUE,
  # 每个 sidebar 内容
  material_side_nav(
    fixed = TRUE,
    # Place side-nav tabs within side-nav
    material_side_nav_tabs(
      side_nav_tabs = c(
        "数据汇总" = "tab_1",
        "趋势信息" = "tab_2"
      ),
      icons = c("cast", "insert_chart")
    )
  ),
  # 每个 tab 页面的内容
  material_side_nav_tab_content(
    side_nav_tab_id = "tab_1",
    tags$h2("第一个tab页")
  ),
  material_side_nav_tab_content(
    side_nav_tab_id = "tab_2",
    tags$h2("第二个tab页")
  )
)

server <- function(input, output) {

}
shinyApp(ui = ui, server = server)

15.6 Shiny 优化

提升 shiny 仪表盘访问性能的4个建议

15.7 Shiny 部署

15.7.1 promises 并发

shiny 异步编程实现并发访问，多人同时访问 Shiny 应用的情况下，解决必须等另一个人完成访问的情况下才能继续访问的问题。

library(shiny)
library(future)
library(promises)

plan(multiprocess)

ui <- fluidPage(
  h2("测试异步下载"),
  tags$ol(
    tags$li("Verify that plot appears below"),
    tags$li("Verify that pressing Download results in 5 second delay, then rock.csv being downloaded"),
    tags$li("Check 'Throw on download?' checkbox and verify that pressing Download results in 5 second delay, then error, as well as stack traces in console")
  ),
  hr(),
  checkboxInput("throw", "Throw on download?"),
  downloadButton("download", "下载 (等待5秒)"),
  plotOutput("plot")
)

server <- function(input, output, session) {
  output$download <- downloadHandler("rock.csv", function(file) {
    future({Sys.sleep(5)}) %...>%
      {
        if (input$throw) {
          stop("boom")
        } else {
          write.csv(rock, file)
        }
      }
  })

  output$plot <- renderPlot({
    plot(cars)
  })
}

shinyApp(ui, server)

15.8 Shiny 替代品

R Markdown + Shiny 文档

crosstalk 交互
flexdashboard 布局
DT 交互表格
leaflet 交互地图
ggiraph 交互图形

Quarto Dashboard 文档

15.9 Shiny 案例

radiant 探索性数据分析解决方案

15.10 总结

事实上，作为 BI 工程师，相当一部分工作是与数据开发结合的。从 Kafka 接入埋点上报的原始日志（ODS 层）、清洗抽取特定业务/领域内的数据（Fact 事实层）、面向某一类任务的主题数据（ topic 主题层）、面向特定数据产品的应用数据（app 应用层）。

数据仓库 Hive 数据开发：事实、主题和应用层
数据计算 Spark 数据开发工具 Spark SQL / Hive SQL 任务调度
数据报表 MySQL / Doris 数据同步工具 Hive2MySQL 同步应用层数据
数据展示 Dashboard 应用开发工具 Shiny RStudio Shiny Server

报表开发从数据仓库的 DWD 层开始，可能一些业务原因，我们需要从 ODS 层甚至从点击流的日志数据开始，经过数据清洗、提取、聚合成为支撑BI报表最底层的基础表，存储在 Hive 中，然后对这一系列的基础表根据BI展示的需要进行第二层聚合形成中间表，这两层数据根据业务情况做增量更新或者全量更新，并将中间表同步到 MySQL 仓库中，全量更新的情况，往往更新数据比较大，建议用 sqoop 做数据的同步。创建第二层的中间表稍有些灵活性，原则是在中间表之上对应的数据操作和可视化是容易实现且效率较高的，否则应该构造第三层的中间表，绝不能将大规模的数据集直接导入 R 中进行分析和可视化，拖慢前端展示的速度，占用过多的服务器资源。

图 15.1: Shiny 生态系统

连接数据库。根据数据库的情况选择相应的 R 接口包，比如连接 MySQL 数据库可以用 RMySQL 包，值得一提， odbc 包支持连接相当多的数据库。
数据操作。根据需要处理的数据规模，可以选择 Base R、 data.table 或者 dplyr 做数据操作，推荐和管道操作一起使用，增加代码可读性。
交互表格。推荐 reactable 和 DT 包做数据呈现。
交互图形。推荐功能强大的 plotly 包，可以先用 ggplot2 绘制，然后调用 plotly 包的 ggplotly() 函数将静态图转化为交互图。
针对特定应用场景的其它交互可视化工具包，比如 leaflet 可以将地图嵌入 Shiny 应用， dygraphs 可以将时间序列塞进去。
Shiny 组件。shinyFeedback 提供用户输入的反馈。shinyWidgets 提供自定义 widget 的功能。miniUI 专为小屏设计，shinyMobile 在 IOS 和安卓手机上访问 shiny 应用。
Shiny 主题。比如 shinythemes 包可以统一配色，dashboardthemes 提供更加深度的主题，shinytableau 提供仿 Tableau 的 dashboard 框架。sass 在 CSS 样式层面重定义风格。bslib 通过 Bootstrap 3/4/5 定制 Shiny 和 R Markdown 主题。
Shiny 权限。shinymanager / shinyauthr 支持单个 shiny 应用的权限管理，firebase 提供访问权限设置 https://firebase.john-coene.com/。
Shiny 框架。ShinyStudio 打造基于容器架构的协作开发环境的开源解决方案，golem 构建企业级 shiny 应用的框架，RinteRface 开发的系列 R 包也试图打造一套完整的解决方案，并配有速查小抄 cheatsheets。
Shiny 部署。shiny-server 以网络服务的方式支持 shiny 应用，shinyproxy 提供企业级部署 shiny 应用的开源解决方案。

自 RStudio 推出 Shiny 系列产品以来，一些公司进一步根据所需扩展和定制，比如 Appsilon、RinteRface、ThinkR-open、dreamRs 和datastorm-open 等。经过商业公司和个人开发者的努力，Shiny 生态非常庞大，资源非常丰富。

Shiny 入门 https://shiny.posit.co/r/getstarted/。
Shiny 扩展包 https://github.com/nanxstats/awesome-shiny-extensions。
Shiny 常用技巧和提示 https://github.com/daattali/advanced-shiny。
Shiny 各类资源列表 https://github.com/grabear/awesome-rshiny。

特别值得一提，Shiny 方面的三本专著。

Hadley Wickham 的书 Mastering Shiny。
Colin Fay, Sébastien Rochette, Vincent Guyader, Cervan Girard 的书 Engineering Production-Grade Shiny Apps。
David Granjon 的书 Outstanding User Interfaces with Shiny。