Redis设计与实现之订阅与发布

一、订阅与发布

1、频道的订阅与信息发送

2、订阅频道

3、发送信息到频道

4、退订频道

5、模式的订阅与信息发送

编辑 6、订阅模式

7、发送信息到模式

8、退订模式

三、订阅消息断连

1、如果订阅者断开连接了，再次连接会不会丢失之前发布的消息？

2、订阅者是否需要一直保持连接状态才能接收到发布者的消息？

3、订阅与发布的消息会被持久化吗？

四、订阅频道来源

1、如果一个订阅者订阅了多个频道，如何判断收到的消息是来自哪个频道的？

2、是否可以在Redis中实现多个订阅者同时订阅同一个频道？

3、是否可以在Redis中实现多个发布者同时发布消息到同一个频道？

4、如何停止订阅某个频道的消息？

5、是否可以取消订阅所有频道的消息？

五、订阅与发布的功能在Redis集群中是否可用？

六、、小结

一、订阅与发布

Redis 通过 PUBLISH 、SUBSCRIBE 等命令实现了订阅与发布模式，这个功能提供两种信息机制，分别是订阅/发布到频道和订阅/发布到模式，下文先讨论订阅/发布到频道的实现，再讨论订阅/发布到模式的实现。

1、频道的订阅与信息发送

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:

在后面的内容中，我们将探讨 SUBSCRIBE 和 PUBLISH 命令的实现，以及这套订阅与发布机制的运作原理。

2、订阅频道

每个 Redis 服务器进程都维持着一个表示服务器状态的 redis.h/redisServer 结构，结构的pubsub_channels 属性是一个字典，这个字典就用于保存订阅频道的信息:

struct redisServer { // ...
    dict *pubsub_channels;
// ...
};

其中，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。

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:

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:

SUBSCRIBE 命令的行为可以用伪代码表示如下:

def SUBSCRIBE(client, channels): 
    # 遍历所有输入频道
    for channel in channels:
    # 将客户端添加到链表的末尾 
    redisServer.pubsub_channels[channel].append(client)

通过 pubsub_channels 字典，程序只要检查某个频道是否字典的键，就可以知道该频道是否正在被客户端订阅;只要取出某个键的值，就可以得到所有订阅该频道的客户端的信息。

3、发送信息到频道

了解了 pubsub_channels 字典的结构之后，解释 PUBLISH 命令的实现就非常简单了: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:

PUBLISH 命令的实现可以用以下伪代码来描述:

def PUBLISH(channel, message):
    # 遍历所有订阅频道 channel 的客户端
    for client in server.pubsub_channels[channel]:
    # 将信息发送给它们 
    send_message(client, message)

4、退订频道

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。

5、模式的订阅与信息发送

当使用 PUBLISH 命令发送信息到某个频道时，不仅所有订阅该频道的客户端会收到信息，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。

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:

6、订阅模式

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:

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。

7、发送信息到模式

发送信息到模式的工作也是由 PUBLISH 命令进行的，在前面讲解频道的时候，我们给出了这样一段伪代码，说它定义了 PUBLISH 命令的行为:

def PUBLISH(channel, message):
    # 遍历所有订阅频道 channel 的客户端
    for client in server.pubsub_channels[channel]:
        # 将信息发送给它们 
        send_message(client, message)

但是，这段伪代码并没有完整描述 PUBLISH 命令的行为，因为 PUBLISH 除了将 message 发送到所有订阅 channel 的客户端之外，它还会将 channel 和 pubsub_patterns 中的模式进行对比，如果 channel 和某个模式匹配的话，那么也将 message 发送到订阅那个模式的客户端。

完整描述 PUBLISH 功能的伪代码定于如下:

def PUBLISH(channel, message):
    # 遍历所有订阅频道 channel 的客户端
    for client in server.pubsub_channels[channel]: 
        # 将信息发送给它们
        send_message(client, message)
    # 取出所有模式，以及订阅模式的客户端
    for pattern, client in server.pubsub_patterns:
        # 如果 channel 和模式匹配
        if match(channel, pattern):
            # 那么也将信息发给订阅这个模式的客户端 
            send_message(client, message)

举个例子，如果 Redis 服务器的 pubsub_patterns 状态如下:

那么当某个客户端发送信息 "Amazon Kindle, $69." 到 tweet.shop.kindle 频道时，除了所有订阅了 tweet.shop.kindle 频道的客户端会收到信息之外，客户端 client123 和 client256 也同样会收到信息，因为这两个客户端订阅的 tweet.shop.* 模式和 tweet.shop.kindle 频道匹配。

8、退订模式

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。

三、订阅消息断连

1、如果订阅者断开连接了，再次连接会不会丢失之前发布的消息？

Redis的消息订阅-发布模式中，如果订阅者断开连接，再次连接时会丢失之前发布的消息。 Redis的发布-订阅机制是一种消息通信模式，新的订阅者只能接收到自连接之后发布的新消息，而不能获取到之前发布的消息。

2、订阅者是否需要一直保持连接状态才能接收到发布者的消息？

是的，订阅者需要一直保持连接状态才能接收到发布者的消息。当订阅者与Redis服务器建立连接后，它会发送SUBSCRIBE命令来订阅一个或多个频道。然后，Redis服务器会将该订阅者添加到被订阅频道的订阅列表中。当有新的消息发布到被订阅的频道时，Redis服务器会将消息发送给所有已订阅的订阅者。因此，如果订阅者断开连接或关闭，它将无法接收到后续的消息。为了保持订阅者的连接状态，可以使用长连接或心跳机制来定期发送PING命令给Redis服务器，以保持连接活跃。

3、订阅与发布的消息会被持久化吗？

Redis订阅与发布的消息默认是不会被持久化的。当一个客户端订阅了一个频道后，一旦该客户端与服务端断开连接，它之前订阅的消息就会丢失。同样地，当一个客户端发布一条消息后，如果没有其他客户端订阅该频道，那么该消息也会丢失。

不过，你可以使用Redis的持久化功能，如RDB快照和AOF日志，来实现将订阅与发布的消息持久化。通过配置Redis的持久化选项，你可以定期保存数据库中的数据到磁盘（RDB快照），或者将每个写操作追加到一个日志文件（AOF日志）。这样，即使Redis服务器重新启动，之前发布的消息也可以被恢复。

需要注意的是，Redis的持久化功能会对性能造成一定的影响，并且AOF日志相对于RDB快照来说更加耗费磁盘空间。因此，你需要根据自己的需求来选择合适的持久化方式。

四、订阅频道来源

1、如果一个订阅者订阅了多个频道，如何判断收到的消息是来自哪个频道的？

在Redis中，当一个订阅者订阅多个频道时，收到的消息会包含频道名和消息内容两部分。你可以通过解析收到的消息来判断消息来自哪个频道。

以下是一个示例订阅多个频道并解析消息的代码片段：

import redis

def process_message(channel, message):
    print("Received message from channel: %s, Message: %s" % (channel, message))

# 创建Redis连接
r = redis.Redis()

# 创建订阅对象
p = r.pubsub()

# 订阅多个频道
p.subscribe('channel1', 'channel2', 'channel3')

# 循环接收消息
for message in p.listen():
    # 解析消息
    if message['type'] == 'message':
        channel = message['channel']
        message_data = message['data']

        # 处理消息
        process_message(channel, message_data)

在上述示例中，首先创建了一个Redis连接，然后通过pubsub()方法创建了一个订阅对象p。接着使用subscribe()方法订阅了多个频道。

在循环中，通过listen()方法来接收消息。接收到的消息是一个字典，其中包含type、channel和data等字段。通过读取channel字段就可以判断消息来自哪个频道。

最后，你可以在process_message()函数中处理消息，例如打印消息内容或执行其他操作。

2、是否可以在Redis中实现多个订阅者同时订阅同一个频道？

是的，Redis可以实现多个订阅者同时订阅同一个频道。当有消息发布到这个频道时，所有订阅者都会接收到这条消息。

3、是否可以在Redis中实现多个发布者同时发布消息到同一个频道？

是的，Redis 支持多个发布者同时发布消息到同一个频道。当有多个客户端连接到 Redis 服务器，并且同时向同一个频道发布消息时，Redis 会将所有消息发送给订阅该频道的所有订阅者。无论发布者的数量有多少，Redis 都会将消息按照发布顺序逐个发送给所有订阅者。

4、如何停止订阅某个频道的消息？

在Redis中，要停止订阅某个频道的消息，需要使用UNSUBSCRIBE命令。

以下是停止订阅单个频道的示例：

UNSUBSCRIBE channel_name

如果你想停止订阅多个频道，可以使用以下命令：

UNSUBSCRIBE channel_name1 channel_name2 ...

请注意，当没有活动的订阅时，Redis连接将自动进入发布/订阅模式之外的模式。

5、是否可以取消订阅所有频道的消息？

是的，Redis可以取消订阅所有频道的消息。您可以使用UNSUBSCRIBE命令来取消订阅所有频道的消息。命令如下：

UNSUBSCRIBE

执行这个命令后，Redis将取消订阅当前连接已订阅的所有频道的消息。

五、订阅与发布的功能在Redis集群中是否可用？

订阅和发布功能在Redis集群中是可用的，但是有一些限制。在Redis集群中，只有一个节点可以执行写入操作，而其他节点只能执行读取操作。这意味着只有一个节点可以用于发布消息，而其他节点只能用于订阅消息。

在Redis集群中，订阅和发布的消息只能在同一个节点上进行，无法在多个节点之间传递。这是因为Redis集群中的不同节点具有不同的数据分片，并且消息的处理只能在具有相应数据分片的节点上进行。

要使用订阅和发布功能，在Redis集群中，您需要将订阅和发布的操作都发送到具有相同数据分片的节点上。您可以使用Redis的客户端库，在代码中明确指定发送到哪个节点。或者，您可以使用Redis的代理或消息中间件，将订阅和发布的操作转发到正确的节点。

总之，订阅和发布功能在Redis集群中是可用，但需要注意节点分片和消息处理的限制。

六、、小结

• 订阅信息由服务器进程维持的redisServer.pubsub_channels字典保存，字典的键为被订阅的频道，字典的值为订阅频道的所有客户端。

• 当有新消息发送到频道时，程序遍历频道(键)所对应的(值)所有客户端，然后将消息发送到所有订阅频道的客户端上。

• 订阅模式的信息由服务器进程维持的redisServer.pubsub_patterns链表保存，链表的每个节点都保存着一个 pubsubPattern 结构，结构中保存着被订阅的模式，以及订阅该模式的客户端。程序通过遍历链表来查找某个频道是否和某个模式匹配。

• 当有新消息发送到频道时，除了订阅频道的客户端会收到消息之外，所有订阅了匹配频道的模式的客户端，也同样会收到消息。

• 退订频道和退订模式分别是订阅频道和订阅模式的反操作