Redis（十）：pub/sub 发布订阅源码解析

谈到发布订阅模式，相信不会陌生，典型的观察者模式的实现。然而从表面来看，本地实现一个wait/notify通知、register/update调用, 实现一个远程mq服务, 还有本文说的 pub/sub, 其实道理都差不多。只是，同样的需求，针对不同的环境，实现上往往是有天壤之别的。

所以，我们就来看看 redis 的 pub/sub 是如何实现的吧！

零、redis发布订阅相关概念介绍

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 客户端可以订阅任意数量的频道。

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：

Redis的pub/sub实现中，发布消息的方式只有一种，但是订阅消息却有很多种方式。

使用场景如: 可以用做简单消息通信中间件，监听某些事件的变化;

从官方手册上查到相关使用方法。

1> PUBLISH channel message

功能: 将信息发送到指定的频道。

返回值: 接收到该消息的个数;

2>SUBSCRIBE channel [channel ...]

功能: 订阅给定的一个或多个频道的信息。

返回值: 等待消息状态，客户端不能再处理其他命令了。除了 SUBSCRIBE, PSUBSCRIBE, UNSUBSCRIBE, PUNSUBSCRIBE, PING and QUIT commands.

3>PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]

功能: 订阅一个或多个符合给定模式的频道。

返回值: 等待消息状态，客户端不能再处理其他命令了。除了 SUBSCRIBE, PSUBSCRIBE, UNSUBSCRIBE, PUNSUBSCRIBE, PING and QUIT commands.

4>PUBSUB subcommand [argument [argument ...]]

功能: 查看订阅与发布系统状态。subcomand 有 CHANNELS,NUMSUB,NUMPAT .

返回值:

PUBSUB CHANNELS [pattern] 列举出所有至少有一个订阅者的符合表达式的channel(精确订阅的客户端，即使用 SUBSCRIBE 进行订阅的客户端);

PUBSUB NUMSUB [channel-1 ... channel-N] 每个要查询的channel的订阅数kv(精确订阅的客户端，即使用 SUBSCRIBE 进行订阅的客户端);

PUBSUB NUMPAT 返回使用了 PSUBSCRIBE 订阅的客户端总数;

5>UNSUBSCRIBE [channel [channel ...]]

功能: 指退订给定的频道。

返回值: 退订频道的影响订阅数，自身未订阅时，影响数为0;

6>PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern ...]]

功能: 退订所有给定模式的频道。

返回值: 退订频道的影响订阅数，自身未订阅时，影响数为0;

以上命令的操作，当使用 redis-cli 时，将受限。使用 SUBSCRIBE/PSUBSCRIBE 订阅channel后，只能强行退出，不能再接受其他命令。即只有配合各语言实现的sdk，才能连贯完成上面完整的操作。

一、pub/sub 相关数据结构

pub/sub 相关接口定义如下：

整个pub/sub使用的数据结构，都是之前介绍过的。主要有  dict, list 两种，针对模式匹配订阅稍微多了个属性:

二、subscribe/psubscribe 订阅channel实现

只有先有订阅者之后，发布者发送的消息才会有意义。所以我们先看看订阅的实现：

如上就是单个channel的订阅方式了，总结如下：

1. 客户端自行管理需要订阅的channel, 放到 c->pubsub_channels 中;

2. redis使用的一个统一的 server->pubsub_channels dict容器进行管理所有的channel;

3. 对于多个客户端订阅一个channel, redis 使用list进行管理追加;

整个订阅过程，其实就是一个注册的过程，自然复杂不到哪里去。接下来，我们同步来看一下 使用模式订阅的方式的注册如何？

PSUBSCRIBE 的管理方式与 SUBSCRIBE 的管理方式不一样，它是直接使用list保存订阅的模式到 server.pubsub_patterns 中，针对不一样的模式，使用一个新的pubsubPattern来保存。

注意：所有客户端的订阅管理，server.pubsub_patterns 使用平坦式管理，即相同的模式订阅，有多少个客户端，就会有多个元素被添加到 pubsub_patterns 中。（为什么不使用子链表的方式进行管理呢？？？）

三、publish 发布消息的实现

publish 是触发subscribe的方式，没有publish动作，subscribe就会一直在等待中。想来应该不难，消息发布之后，只要将注册上来的客户一个进行消息推送，就实现了相应功能。所以，pub/sub 操作，必然是基于长连接的实现方式，没毛病。

redis 的发布命令如下：

可以看到，redis消息的发布可能比想象中的还要简单。不过有一点需要注意的是，整个publish的消息并没有在redis进行存储操作，也就是说发布完一个消息之后，就再也找不到踪迹了。这也是很多消息中间件的实现方式，因为数据的保留可能会显得没有意义。

整个发布消息的过程，其实就是向各个subscriber进行数据推送的过程，而这些scriber则是基于长连接客户端实例，以至于其看起来和本地实现的register/update 的观察者模块没啥两样。

所以，基本上 redis 的发布订阅功能实现得，还是实现的粒度还是比较粗的。系统上的应用如哨兵模式下的master/slave的切换。而如果自己应用的话，就需要找准自己的应用场景，不要乱用了。

四、unsubscribe 解除订阅关系

当关注的事件处理完成后，可能就不需要再订阅相关消息了，就需要进行解决订阅。解决订阅关系，即不再接受相应的发布消息，将自身从注册表中删除即可。基本上就是和订阅进行一个反解操作！

不出所料，就是一个从 pubsub_channels 中的删除一个元素的问题，别无其他。其中需要注意的是，SUBSCRIBE 对应 UNSUBSCRIBE, PSUBSCRIBE 对应 PUNSUBSCRIBE。

五、关于redis pub/sub 之后的思考

需要注意的是，消息中间件是远程通信组件，必然存在各种不确定性，所以确保长连接的有效性是非常重要，比如通过PING-PONG方式进行续租，以保持连接的有效性。

可以说，我们要实现一个简单的pub/sub 功能是简单的，但是要应对各种异常情况则是困难的。

1. 比如当订阅的量越来越大时，整个发布消息过程可能变量缓慢起来，如何处理？

2. 如果消费者端处理失败，如何处理？

3. 订阅者为什么只能做很少的事情，能不能多做一点？

4. 出现问题时如何进行溯源？

5. 如何处理单机瓶颈问题？

6. 如果是多机负载，如何处理数据一致性问题？

7. 消费者事务处理能力问题？

redis是专业的缓存解决方案，但不是专业的消息通信解决方案，它的实现只能为打开我们的一点思路。我们还是要相信专业的力量，以上问题相信在很多消息中间件中很容易找到相应答案。