Redis发布订阅

在现代的软件开发中，数据存储和管理是至关重要的一环。Redis，作为一个开源的、内存中的数据结构存储系统，以其出色的性能和灵活的数据结构，赢得了开发者们的广泛喜爱。它不仅可以用作数据库，还可以用作缓存和消息代理。今天，我们要探讨的是 Redis 中一个强大的功能——发布订阅模式。 发布订阅模式是一种消息通信模式，发送者（发布者）发送消息，订阅者接收消息。在 Redis 中，客户端可以订阅任意数量的频道，当有新消息通过 PUBLISH 命令发送给频道时，这个消息会被发送给订阅它的所有客户端。 在接下来的文章中，我们将详细介绍 Redis 的发布订阅模式，包括它的工作原理，如何使用，以及一些常见的使用场景。无论你是刚接触 Redis，还是已经有一定的使用经验，我相信你都能从这篇文章中学到一些新的知识。

1、Redis发布订阅介绍

1.1、Redis发布订阅概述

Redis 的发布订阅（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 客户端可以订阅任意数量的频道。当有新消息通过 PUBLISH 命令发送给频道时，这个消息会被发送给订阅它的所有客户端

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1.2、Redis发布订阅与消息队列的区别

Redis的发布订阅（Pub/Sub）和消息队列是两种不同的消息传递模式，它们的主要区别在于消息的处理方式和使用场景。

消息的处理方式：

• 在 Redis 的发布订阅模式中，消息是即时的，也就是说，当消息发布后，只有当前在线且订阅了该频道的客户端才能收到这个消息，消息不会被存储，一旦发布，当前没有在线的客户端将无法接收到这个消息。
• 在消息队列中，消息是持久化的，消息被发送到队列后，会一直在队列中等待被消费，即使没有在线的消费者，消息也不会丢失，消费者下次上线后可以继续从队列中获取到消息。

使用场景：

• Redis 的发布订阅模式通常用于实现实时消息系统，比如实时聊天、实时推送通知等。
• 消息队列通常用于异步处理，解耦复杂系统，比如电商系统中的下单、支付、库存处理等操作，通过消息队列可以使这些操作异步处理，提高系统的响应速度。

总的来说，Redis 的发布订阅模式更适合实时、必须立即处理的场景，而消息队列更适合异步处理、耗时操作的场景。

2、Redis发布订阅的原理

2.1、Redis实现发布订阅的原理

Redis 的发布订阅（Pub/Sub）模式的原理主要涉及到三个命令：SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE 和 PUBLISH。

1. SUBSCRIBE 命令：当客户端发送 SUBSCRIBE 命令订阅一个或多个频道时，Redis 服务器会将这些频道添加到该客户端的订阅频道列表中，并向客户端返回一个确认订阅的消息。
2. UNSUBSCRIBE 命令：当客户端发送 UNSUBSCRIBE 命令退订一个或多个频道时，Redis 服务器会将这些频道从客户端的订阅频道列表中移除，并向客户端返回一个确认退订的消息。
3. PUBLISH 命令：当客户端发送 PUBLISH 命令发布消息到某个频道时，Redis 服务器会查找所有订阅了这个频道的客户端，并将消息发送给这些客户端。

在 Redis 的内部实现中，服务器维护了一个字典，字典的键是频道的名字，字典的值是一个链表，链表中存储了所有订阅了这个频道的客户端。当有新消息发布到某个频道时，服务器只需要查找这个字典，就可以快速找到需要接收这个消息的所有客户端。

这种实现方式使得 Redis 的发布订阅模式具有很高的效率，可以支持大量的客户端同时订阅同一个频道。

2.2、Redis实现发布订阅的底层结构

Redis 的发布订阅（Pub/Sub）模式的底层结构主要包括两个部分：客户端结构和服务器的Pub/Sub结构。

客户端结构：每个 Redis 客户端都有一个 pubsub_channels 和 pubsub_patterns 两个属性，分别用于存储该客户端订阅的频道和模式。

• pubsub_channels：这是一个字典，键是订阅的频道名，值是NULL。当客户端订阅一个新的频道时，频道名会被添加到这个字典中；当客户端退订一个频道时，频道名会从这个字典中删除。
• pubsub_patterns：这是一个链表，存储了所有订阅的模式。每个模式都是一个 redisPubSubPattern 结构，包含了模式本身和订阅这个模式的客户端。

服务器的Pub/Sub结构：Redis 服务器维护了一个 pubsub_channels 字典和一个 pubsub_patterns 链表，用于存储所有的频道和模式。

• pubsub_channels：这是一个字典，键是频道名，值是一个链表，链表中存储了所有订阅了这个频道的客户端。当有新消息发布到这个频道时，服务器会遍历这个链表，将消息发送给所有的客户端。
• pubsub_patterns：这是一个链表，存储了所有的模式。每个模式都是一个 redisPubSubPattern 结构，包含了模式本身和订阅这个模式的客户端。当有新消息发布时，服务器会遍历这个链表，查找所有匹配的模式，并将消息发送给订阅了这些模式的客户端。

通过这种方式，Redis 实现了发布订阅模式，使得消息的发布和订阅变得非常高效。

3、发布订阅的命令

3.1、SUBSCRIBE命令

SUBSCRIBE 用于订阅一个或多个频道的信息。

命令格式：SUBSCRIBE channel [channel ...]

• channel：需要订阅的频道名称，可以是一个或多个。

当客户端发送 SUBSCRIBE 命令订阅一个或多个频道时，服务器会接收到这个命令，并将这些频道添加到客户端的订阅列表中。然后，服务器会向客户端返回一个消息，确认已经订阅了这些频道。

一旦客户端订阅了一个频道，它就会持续监听这个频道，直到客户端发送 UNSUBSCRIBE 命令取消订阅，或者客户端断开连接。

当有新消息发布到这个频道时，服务器会将这个消息发送给所有订阅了这个频道的客户端。

例如，客户端可以发送如下命令订阅名为 mychannel 的频道：

SUBSCRIBE mychannel

服务器会返回如下消息：

1) "subscribe"
2) "mychannel"
3) (integer) 1

这表示客户端已经成功订阅了 mychannel 频道。

3.2、UNSUBSCRIBE命令

UNSUBSCRIBE 是 Redis 发布订阅模式中的一个命令，用于退订一个或多个频道的信息。

命令格式：UNSUBSCRIBE [channel [channel ...]]

• channel：需要退订的频道名称，可以是一个或多个。如果没有指定频道，则会退订所有频道。

当客户端发送 UNSUBSCRIBE 命令退订一个或多个频道时，服务器会接收到这个命令，并将这些频道从客户端的订阅列表中移除。然后，服务器会向客户端返回一个消息，确认已经退订了这些频道。

例如，客户端可以发送如下命令退订名为 mychannel 的频道：

UNSUBSCRIBE mychannel

服务器会返回如下消息：

1) "unsubscribe"
2) "mychannel"
3) (integer) 0

这表示客户端已经成功退订了 mychannel 频道。如果客户端再次收到 mychannel 频道的消息，那么这些消息将会被忽略。

3.3、PUBLISH命令

PUBLISH 是 Redis 发布订阅模式中的一个命令，用于将消息发送到指定的频道。

命令格式：PUBLISH channel message

• channel：消息需要发送到的频道名称。
• message：需要发送的消息内容。

当客户端发送 PUBLISH 命令发布消息到某个频道时，服务器会接收到这个命令，并将消息发送给所有订阅了这个频道的客户端。

例如，客户端可以发送如下命令向名为 mychannel 的频道发布一条消息：

PUBLISH mychannel "hello"

服务器会返回一个整数，表示消息成功发送到的客户端数量。例如：

(integer) 1

这表示消息已经成功发送到了 1 个客户端。如果没有客户端订阅这个频道，那么这个命令将不会有任何效果。