发布-订阅模式思考
原创
引言
发布-订阅模式（Publish-Subscribe Pattern）是一种软件架构设计模式，属于行为型设计模式，用于解耦生产者（发布者）和消费者（订阅者）之间的关系。发布者负责发布消息，而订阅者则负责订阅这些消息并对其进行处理。这种模式的优点在于它能够提高系统的可扩展性、灵活性和可维护性。
由来
发布-订阅模式的由来可以追溯到20世纪80年代和90年代的Smalltalk语言，当时软件系统正变得越来越复杂，需要处理大量的分布式计算和实时数据处理任务。为了解决这些问题，学术界和工业界的研究者们开始探索更加灵活、可扩展的通信机制。
在这个背景下，发布-订阅模式作为一种异步、松耦合的通信模式应运而生。它的灵感来源于现实世界中的报纸杂志订阅系统，在这个系统中，出版商发布新的报纸或杂志，而订阅者可以根据自己的兴趣订阅相应的出版物。类似地，在发布-订阅模式中，发布者负责发布消息，而订阅者则根据自己的兴趣订阅相应的消息。
发布-订阅模式的提出，旨在解决传统通信模式（如请求-响应模式和点对点通信模式）中存在的一些问题，如紧耦合、难以扩展和维护等。通过将生产者和消费者解耦，发布-订阅模式实现了更高效、灵活的信息传递和处理方式。
自发布以来，发布-订阅模式得到了广泛的应用和发展。它被应用于各种软件系统中，如消息队列系统（如RabbitMQ、Kafka等）、事件驱动架构、实时数据流处理等领域。同时，发布-订阅模式也在不断发展和演变，出现了许多变种和扩展形式，以满足不同应用场景的需求。
概念
发布-订阅模式是一种软件架构设计模式，它描述了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。当主题对象状态发生改变时，它的所有依赖者（观察者）都会自动收到通知并更新。
在发布-订阅模式中，有两个主要的角色：发布者和订阅者。发布者负责发布消息，而订阅者则负责订阅这些消息并对其进行处理。这种模式的优点在于它能够提高系统的可扩展性、灵活性和可维护性。
发布-订阅模式的核心概念包括：
- 主题（Topic）：主题是一个抽象的概念，代表了一类消息。订阅者可以订阅一个或多个主题，以便接收与这些主题相关的消息。
- 发布者（Publisher）：发布者是负责发布消息的对象。它创建并发送消息到特定的主题，而不需要知道有哪些订阅者。
- 订阅者（Subscriber）：订阅者是负责接收并处理消息的对象。它订阅一个或多个主题，并在接收到相关消息时执行相应的操作。
- 消息代理（Message Broker）：消息代理是一个中介，负责接收发布者发布的消息，并根据订阅者的订阅信息将消息传递给相应的订阅者。消息代理还可以提供消息过滤、持久化存储等功能。
原理
发布-订阅模式的实现通常依赖于一个中间件，如消息队列或事件总线。这个中间件负责维护发布者和订阅者之间的关系，并在发布者发布新消息时，将消息分发给所有订阅了该事件的订阅者。
我有一个朋友张三酷爱去洗浴中心洗澡，但是他总是会错过洗浴中心的发布的最新消息，洗浴中心为了解决这个问题，挽留住大客户张三，就委托我给他们设计一个系统：
- 定义消息主题：首先，我们需要定义一个或多个消息主题，例如“洗澡服务”、“优惠活动”等。这些主题将用于区分不同类型的消息。
- 角色分配：在这个场景中，我们可以将张三视为订阅者，洗浴中心视为发布者，而消息代理可以是洗浴中心的后台管理系统。
- 订阅：张三（订阅者）向洗浴中心（消息代理）订阅感兴趣的主题，例如“洗澡服务”。这意味着张三希望接收到关于洗澡服务的最新信息。
- 发布：洗浴中心（发布者）根据业务需求发布消息。例如，当有新的优惠活动时，洗浴中心会向“优惠活动”主题发布一条消息，告知所有订阅了该主题的订阅者。
- 传递消息：洗浴中心的后台管理系统（消息代理）接收到发布者发布的消息后，根据订阅者订阅的主题，将消息传递给相应的订阅者。在这个例子中，张三订阅了“洗澡服务”主题，因此他会收到关于洗澡服务的最新消息。
- 处理消息：张三（订阅者）接收到消息后，根据自己的需求进行处理。例如，当他收到关于优惠活动的消息时，他可以选择是否参与活动，从而享受到优惠。
示例
我们将使用一个类作为消息代理，一个BathCenter类作为发布者，以及一个Customer类（代表张三）作为订阅者。
首先，我们创建一个Message类来表示消息：
public class Message {
private String topic;
private String content;
public Message(String topic, String content) {
this.topic = topic;
this.content = content;
}
public String getTopic() {
return topic;
}
public String getContent() {
return content;
}
}接下来，我们创建MessageBroker类作为消息代理：
import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
public class MessageBroker {
private Map<String, List<Customer>> subscriptions = new HashMap<>();
public void subscribe(String topic, Customer customer) {
subscriptions.computeIfAbsent(topic, k -> new ArrayList<>()).add(customer);
}
public void unsubscribe(String topic, Customer customer) {
subscriptions.getOrDefault(topic, new ArrayList<>()).remove(customer);
}
public void publish(String topic, String content) {
List<Customer> customers = subscriptions.getOrDefault(topic, new ArrayList<>());
for (Customer customer : customers) {
customer.receiveMessage(new Message(topic, content));
}
}
}然后，我们创建BathCenter类作为发布者：
public class BathCenter {
private MessageBroker messageBroker;
public BathCenter(MessageBroker messageBroker) {
this.messageBroker = messageBroker;
}
public void offerDiscount(String discountInfo) {
messageBroker.publish("discount", discountInfo);
}
}最后，我们创建Customer类（代表张三）作为订阅者：
public class Customer {
private String name;
public Customer(String name) {
this.name = name;
}
public void subscribe(String topic, MessageBroker messageBroker) {
messageBroker.subscribe(topic, this);
}
public void unsubscribe(String topic, MessageBroker messageBroker) {
messageBroker.unsubscribe(topic, this);
}
public void receiveMessage(Message message) {
System.out.println(name + " received message: " + message.getContent() + " for topic: " + message.getTopic());
}
}现在，我们可以创建一个简单的场景来演示张三订阅洗澡中心的消息：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MessageBroker messageBroker = new MessageBroker();
BathCenter bathCenter = new BathCenter(messageBroker);
Customer zhangSan = new Customer("张三");
zhangSan.subscribe("discount", messageBroker);
bathCenter.offerDiscount("今日特价：搓澡5折！有新到技师，盼速归~");
}
}运行这个程序，你将看到张三收到了洗澡中心的折扣信息。
Spring 实现
基于ApplicationEvent和ApplicationListener实现发布-订阅模式：
首先，创建一个Spring Boot项目，添加以下依赖：
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
</dependencies>创建自定义事件CustomEvent：
package com.neo.design.messagebroker;
import org.springframework.context.ApplicationEvent;
public class CustomEvent extends ApplicationEvent {
private String message;
public CustomEvent(Object source, String message) {
super(source);
this.message = message;
}
public String getMessage() {
return message;
}
}创建消息发布者MessagePublisher：
package com.neo.design.messagebroker;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class MessagePublisher implements ApplicationContextAware {
private static ApplicationContext context;
@Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
context = applicationContext;
}
public void publishMessage(String message) {
context.publishEvent(new CustomEvent(this, message));
}
}创建消息订阅者MessageSubscriber：
package com.neo.design.messagebroker;
import org.springframework.context.ApplicationListener;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class MessageSubscriber implements ApplicationListener<CustomEvent> {
@Override
public void onApplicationEvent(CustomEvent event) {
System.out.println("Subscriber received message: " + event.getMessage());
}
}创建一个简单的REST控制器，用于触发消息发布：
package com.neo.design.messagebroker;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
@RestController
public class ApiController {
@Autowired
private MessagePublisher publisher;
@GetMapping("/publish")
public String publishMessage(@RequestParam String message) {
publisher.publishMessage(message);
return "Message published: " + message;
}
}运行Spring Boot应用程序，并通过浏览器或Postman访问以下URL来测试发布-订阅模式：
http://localhost:9092/publish?message=今日新技师到店，盼速归~
这样就实现了一个基于Spring Boot的简单发布-订阅模式的测试示例。
总结
作为一名程序员，我知发布-订阅模式（Publish-Subscribe Pattern）在软件设计中的重要性。这种模式以其独特的优势，为现代软件架构带来了诸多便利，特别是在异步通信、事件驱动架构以及组件解耦等方面。这种模式提高了系统的容错性和跨平台集成能力，同时也简化了大型系统的复杂性管理。尽管存在一些挑战，如消息顺序和调试难度，但总体来说，它对于构建现代软件系统具有显著优势。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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