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Redis进阶 - 消息传递：发布订阅模式详解

Redis 发布订阅(pub/sub)是一种消息通信模式：发送者(pub)发送消息，订阅者(sub)接收消息。 @pdai

Redis发布订阅简介

Redis 发布订阅(pub/sub)是一种消息通信模式：发送者(pub)发送消息，订阅者(sub)接收消息。

Redis 的 SUBSCRIBE 命令可以让客户端订阅任意数量的频道， 每当有新信息发送到被订阅的频道时， 信息就会被发送给所有订阅指定频道的客户端。

作为例子， 下图展示了频道 channel1 ， 以及订阅这个频道的三个客户端 —— client2 、 client5 和 client1 之间的关系：

当有新消息通过 PUBLISH 命令发送给频道 channel1 时， 这个消息就会被发送给订阅它的三个客户端：

发布/订阅使用

Redis有两种发布/订阅模式：

  • 基于频道(Channel)的发布/订阅
  • 基于模式(pattern)的发布/订阅

基于频道(Channel)的发布/订阅

"发布/订阅"模式包含两种角色，分别是发布者和订阅者。发布者可以向指定的频道(channel)发送消息; 订阅者可以订阅一个或者多个频道(channel),所有订阅此频道的订阅者都会收到此消息。

  • 发布者发布消息

发布者发布消息的命令是 publish,用法是 publish channel message，如向 channel1.1说一声hi

127.0.0.1:6379> publish channel:1 hi
(integer) 1

这样消息就发出去了。返回值表示接收这条消息的订阅者数量。发出去的消息不会被持久化，也就是有客户端订阅channel:1后只能接收到后续发布到该频道的消息，之前的就接收不到了。

  • 订阅者订阅频道

订阅频道的命令是 subscribe，可以同时订阅多个频道，用法是 subscribe channel1 [channel2 ...],例如新开一个客户端订阅上面频道:(不会收到消息，因为不会收到订阅之前就发布到该频道的消息)

127.0.0.1:6379> subscribe channel:1
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe" // 消息类型
2) "channel:1" // 频道
3) "hi" // 消息内容

执行上面命令客户端会进入订阅状态，处于此状态下客户端不能使用除subscribe、unsubscribe、psubscribe和punsubscribe这四个属于"发布/订阅"之外的命令，否则会报错。

进入订阅状态后客户端可能收到3种类型的回复。每种类型的回复都包含3个值，第一个值是消息的类型，根据消类型的不同，第二个和第三个参数的含义可能不同。

消息类型的取值可能是以下3个:

  • subscribe。表示订阅成功的反馈信息。第二个值是订阅成功的频道名称，第三个是当前客户端订阅的频道数量。
  • message。表示接收到的消息，第二个值表示产生消息的频道名称，第三个值是消息的内容。
  • unsubscribe。表示成功取消订阅某个频道。第二个值是对应的频道名称，第三个值是当前客户端订阅的频道数量，当此值为0时客户端会退出订阅状态，之后就可以执行其他非"发布/订阅"模式的命令了。

基于模式(pattern)的发布/订阅

如果有某个/某些模式和这个频道匹配的话，那么所有订阅这个/这些频道的客户端也同样会收到信息。

  • 用图例解释什么是基于模式的发布订阅

下图展示了一个带有频道和模式的例子， 其中 tweet.shop.* 模式匹配了 tweet.shop.kindle 频道和 tweet.shop.ipad 频道， 并且有不同的客户端分别订阅它们三个：

当有信息发送到 tweet.shop.kindle 频道时， 信息除了发送给 clientX 和 clientY 之外， 还会发送给订阅 tweet.shop.* 模式的 client123 和 client256 ：

另一方面， 如果接收到信息的是频道 tweet.shop.ipad ， 那么 client123 和 client256 同样会收到信息：

  • 基于模式的例子

通配符中?表示1个占位符，*表示任意个占位符(包括0)，?*表示1个以上占位符。

publish发布

127.0.0.1:6379> publish c m1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> publish c1 m1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> publish c11 m1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> publish b m1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> publish b1 m1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> publish b11 m1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> publish d m1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> publish d1 m1
(integer) 1
127.0.0.1:6379> publish d11 m1
(integer) 1

psubscribe订阅

127.0.0.1:6379> psubscribe c? b* d?*
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "c?"
3) (integer) 1
1) "psubscribe"
2) "b*"
3) (integer) 2
1) "psubscribe"
2) "d?*"
3) (integer) 3
1) "pmessage"
2) "c?"
3) "c1"
4) "m1"
1) "pmessage"
2) "b*"
3) "b"
4) "m1"
1) "pmessage"
2) "b*"
3) "b1"
4) "m1"
1) "pmessage"
2) "b*"
3) "b11"
4) "m1"
1) "pmessage"
2) "d?*"
3) "d1"
4) "m1"
1) "pmessage"
2) "d?*"
3) "d11"
4) "m1"
  • 注意点

(1)使用psubscribe命令可以重复订阅同一个频道，如客户端执行了psubscribe c? c?*。这时向c1发布消息客户端会接受到两条消息，而同时publish命令的返回值是2而不是1。同样的，如果有另一个客户端执行了subscribe c1 和psubscribe c?*的话，向c1发送一条消息该客户顿也会受到两条消息(但是是两种类型:message和pmessage)，同时publish命令也返回2.

(2)punsubscribe命令可以退订指定的规则，用法是: punsubscribe [pattern [pattern ...]],如果没有参数则会退订所有规则。

(3)使用punsubscribe只能退订通过psubscribe命令订阅的规则，不会影响直接通过subscribe命令订阅的频道；同样unsubscribe命令也不会影响通过psubscribe命令订阅的规则。另外需要注意punsubscribe命令退订某个规则时不会将其中的通配符展开，而是进行严格的字符串匹配，所以punsubscribe * 无法退订c*规则，而是必须使用punsubscribe c*才可以退订。（它们是相互独立的，后文可以看到数据结构上看也是两种实现）

深入理解

我们通过几个问题，来深入理解Redis的订阅发布机制

基于频道(Channel)的发布/订阅如何实现的？

底层是通过字典（图中的pubsub_channels）实现的，这个字典就用于保存订阅频道的信息：字典的键为正在被订阅的频道， 而字典的值则是一个链表， 链表中保存了所有订阅这个频道的客户端。

  • 数据结构

比如说，在下图展示的这个 pubsub_channels 示例中， client2 、 client5 和 client1 就订阅了 channel1 ， 而其他频道也分别被别的客户端所订阅：

  • 订阅

当客户端调用 SUBSCRIBE 命令时， 程序就将客户端和要订阅的频道在 pubsub_channels 字典中关联起来。

举个例子，如果客户端 client10086 执行命令 SUBSCRIBE channel1 channel2 channel3 ，那么前面展示的 pubsub_channels 将变成下面这个样子：

  • 发布

当调用 PUBLISH channel message 命令， 程序首先根据 channel 定位到字典的键， 然后将信息发送给字典值链表中的所有客户端。

比如说，对于以下这个 pubsub_channels 实例， 如果某个客户端执行命令 PUBLISH channel1 "hello moto" ，那么 client2 、 client5 和 client1 三个客户端都将接收到 "hello moto" 信息：

  • 退订

使用 UNSUBSCRIBE 命令可以退订指定的频道， 这个命令执行的是订阅的反操作： 它从 pubsub_channels 字典的给定频道（键）中， 删除关于当前客户端的信息， 这样被退订频道的信息就不会再发送给这个客户端。

基于模式(Pattern)的发布/订阅如何实现的？

底层是pubsubPattern节点的链表。

  • 数据结构 redisServer.pubsub_patterns 属性是一个链表，链表中保存着所有和模式相关的信息：
struct redisServer {
    // ...
    list *pubsub_patterns;
    // ...
};

链表中的每个节点都包含一个 redis.h/pubsubPattern 结构：

typedef struct pubsubPattern {
    redisClient *client;
    robj *pattern;
} pubsubPattern;

client 属性保存着订阅模式的客户端，而 pattern 属性则保存着被订阅的模式。

每当调用 PSUBSCRIBE 命令订阅一个模式时， 程序就创建一个包含客户端信息和被订阅模式的 pubsubPattern 结构， 并将该结构添加到 redisServer.pubsub_patterns 链表中。

作为例子，下图展示了一个包含两个模式的 pubsub_patterns 链表， 其中 client123 和 client256 都正在订阅 tweet.shop.* 模式：

  • 订阅

如果这时客户端 client10086 执行 PSUBSCRIBE broadcast.list.* ， 那么 pubsub_patterns 链表将被更新成这样：

通过遍历整个 pubsub_patterns 链表，程序可以检查所有正在被订阅的模式，以及订阅这些模式的客户端。

  • 发布

发送信息到模式的工作也是由 PUBLISH 命令进行的, 显然就是匹配模式获得Channels，然后再把消息发给客户端。

  • 退订

使用 PUNSUBSCRIBE 命令可以退订指定的模式， 这个命令执行的是订阅模式的反操作： 程序会删除 redisServer.pubsub_patterns 链表中， 所有和被退订模式相关联的 pubsubPattern 结构， 这样客户端就不会再收到和模式相匹配的频道发来的信息。

SpringBoot结合Redis发布/订阅实例？

最佳实践是通过RedisTemplate，关键代码如下：

// 发布
redisTemplate.convertAndSend("my_topic_name", "message_content");

// 配置订阅
RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
container.setConnectionFactory(connectionFactory);
container.addMessageListener(xxxMessageListenerAdapter, "my_topic_name");

我找了一篇文章在新窗口打开，如果需要可以看看具体的集成。

参考文章

  • https://redisbook.readthedocs.io/en/latest/feature/pubsub.html
  • https://www.cnblogs.com/qlqwjy/p/9763754.html
  • https://blog.csdn.net/ibigboy/article/details/95751542
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