硬核 | Redis Pub/Sub 发布订阅与宅男有什么关系？
“65 哥，如果你交了个漂亮小姐姐做女朋友，你会通过什么方式将这个消息广而告之给你的微信好友？“
“那不得拍点女朋友的美照 + 亲密照弄一个九宫格图文消息在朋友圈发布大肆宣传，暴击单身狗。”
像这种 65 哥通过朋友圈发布消息，关注 65 哥的好友能收到通知的场景叫做「发布/订阅机制」。
今天不聊小姐姐，深入了解下 「Redis 发布/订阅机制」的原理与实战运用。
Redis 通过 SUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE和PUBLISH 实现发布订阅消息传递模式，Redis 提供了两种模式实现，分别是「发布/订阅到频道」和「发布\订阅到模式」。
Redis 发布订阅简介
Pub/Sub 实战
通过频道（Channel）实现
通过模式（Pattern）实现
Redisson 与 SpringBoot 实战
原理分析
频道(Channel)的发布/订阅如何实现的？
模式(Pattern)的发布/订阅如何实现的？
总结
使用场景
Redis 发布订阅简介
Redis 发布订阅（Pus/Sub）是一种消息通信模式：发送者通过 PUBLISH发布消息，订阅者通过 SUBSCRIBE 订阅接收消息或通过UNSUBSCRIBE 取消订阅。
主要包含三个部分组成：「发布者」、「订阅者」、「Channel」。
发布者和订阅者属于客户端，Channel 是 Redis 服务端，发布者将消息发布到频道，订阅这个频道的订阅者则收到消息。
如下图所示，三个「订阅者」订阅「ChannelA」频道：
订阅
这时候，小组长往「ChannelA」发布消息，这个消息的订阅者就会收到消息「关注码哥字节，提升技术」：
发布/订阅
Pub/Sub 实战
废话不多说，知道基本概念以后，学习一个技术第一步先把它跑起来，接着才是探索原理，从而达到「知其然，知其所以然」的境界 。
一共有两种模式实现「发布\订阅」：
使用频道（Channel）的发布订阅；
使用模式（Pattern）的发布订阅。
需要注意的是，发布订阅机制与 db 空间无关，比如在 db 10 发布， db0 的订阅者也会收到消息。
通过频道（Channel）实现
三步走：
订阅者订阅频道；
发布者向「频道」发布消息；
所有订阅「频道」的订阅者收到消息。
订阅者订阅频道
使用 SUBSCRIBE channel [channel ...]订阅一个或者多个频道，O(n) 时间复杂度，n = 订阅的 Channel 数量。
SUBSCRIBE develop
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe" // 消息类型
2) "develop" // 频道
3) (integer) 1 // 消息内容执行该指令后，客户端进入订阅状态，订阅者只能使用subscribe、unsubscribe、psubscribe和punsubscribe这四个属于"发布/订阅" 的指令。
客户端「肖菜鸡」订阅了 「develop」频道接受组长的消息，消息响应体分别表示：
消息类型：subscribe、message、unsubscribe
频道
消息内容：随着消息类型不同代表不同含义。
进入订阅后的客户端可以收到 3 种类型的消息回复：
subscribe：订阅成功的反馈消息，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：客户端接收到消息，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。
发布者发布消息
小组长使用 PUBLISH channel message 向指定 「develop」频道发布消息。
PUBLISH develop 'do job'
(integer) 1需要注意的是，发布的消息并不会持久化，消息发布之后还有新「开发」靓仔订阅的话，只能接收后续发布到该频道的消息。
好一个「不问过往，只争当下」。
订阅者接收消息
关注了「develop」频道的订阅者将会收到「do job」消息。
// 订阅 develop 频道
SUBSCRIBE develop
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe" // 订阅频道成功
2) "develop" // 频道
3) (integer) 1
// 当发布者发布消息，订阅者读取到的消息如下
1) "message" // 接受到消息
2) "develop" // 频道名称
3) "do job" // 消息内容退订频道
订阅的反向操作，「65 哥」天天在朋友圈秀恩爱，受不了了，取消订阅他的朋友圈。
使用 UNSUBSCRIBE 命令可以退订指定的「模式」不会影响通过 `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。
通过模式（Pattern）实现
接下来看另一种方式实现发布订阅，如下图表示当「匹配模式」与这个频道匹配的话，当消息向频道发布消息，该消息还会发布到与这个频道匹配的「模式」上，订阅这个模式的客户端也会收到消息。
smile.girl.* 模式表示「你微笑时好美」pattern，与这个模式匹配的两个频道是 smile.girls.Tina、smile.girls.maggi ，分别表示喜欢「微笑的 Tina」 和喜欢「微笑的 maggi」的粉丝。
如下图：
模式匹配
现在 Tina 发布动态将消息发送到 smile.girls.Tina频道的时候，除了订阅了 smile.girls.Tina 这个频道的粉丝收到消息以外，这 个消息还会发送给订阅 smile.girl.* 模式的粉丝（因为频道与模式匹配）。
这些粉丝比较贪心，所有「微笑时好美的 girls」都关注了，LSP~~，码哥可不是这样的人。
模式匹配发布
使用匹配模式，用 PUBLISH 将消息发布到订阅 smile.girls.Tina 客户端之外，还会将该「频道」与「pub/sub pattern」中的模式进行对比，如果 Channel 与某个模式匹配的话，也将这个消息发布到订阅这个模式的客户端。
订阅模式
订阅模式的指令是PSUBSCRIBE，如下表示 LSP 订阅「smile.girl.*」模式：
PSUBSCRIBE smile.girls.*
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe" // 消息类型
2) "smile.girls.*"// 模式
3) (integer) 1 //订阅数对应的反向取消模式订阅的指令是PUNSUBSCRIBE smile.girl.*。
订阅 「smile.girls.Tina」频道：
SUBSCRIBE smile.girls.Tina
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "smile.girls.Tina"
3) (integer) 1订阅「smile.girls.maggi」频道：
SUBSCRIBE smile.girls.maggi
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "smile.girls.maggi"
3) (integer) 1Tina 发布消息，关注「smile.girls.Tina」的粉丝和订阅了与该频道匹配的「smile.girls.*」模式的粉丝收到消息。
关注 「smile.girls.*」模式的粉丝收到消息
PSUBSCRIBE smile.girls.*
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "smile.girls.*"
3) (integer) 1
//进入订阅状态，接收到消息
1) "pmessage" 消息类型
2) "smile.girls.*"
3) "smile.girls.Tina"
4) "love u" // 消息内容关注「smile.girls.Tina」的粉丝收到消息
127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE smile.girls.Tina
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
// 订阅成功
1) "subscribe"
2) "smile.girls.Tina"
3) (integer) 1
// 接收消息
1) "message"
2) "smile.girls.Tina"
3) "love u"需要注意的是，如果一个客户端订阅了与模式匹配的模式和频道，那么客户端会收到多次消息。
比如，65 哥 订阅了「smile.girls.Tina」频道和「smile.girls.*」模式，那么当 Tina 发布动态到频道的时候，65 哥会收到两条票消息，一条消息类型是message，一条类型是pmessage。
Redisson 与 SpringBoot 实战
官方文档：https://github.com/redisson/redisson/wiki/6.-distributed-objects/#67-topic
生产者代码
/**
* 发布消息到 Topic
* @param message 消息
* @return 接收消息的客户端数量
*/
public long sendMessage(String message) {
RTopic topic = redissonClient.getTopic(CHANNEL);
long publish = topic.publish(message);
log.info("生产者发送消息成功，msg = {}", message);
return publish;
}消费者代码
public void onMessage() {
// in other thread or JVM
RTopic topic = redissonClient.getTopic(CHANNEL);
topic.addListener(String.class, (channel, msg) -> {
log.info("channel: {} 收到消息 {}.", channel, msg);
});
}需要注意的是，发布消息与监听消息要运行在不同的 JVM，如果使用同一个 redissonClient 发布的话，不会监听到自己的消息。
原理分析
我们通过上文知道了发布订阅的概念，一共两种模式实现发布订阅。并且运用原生指令和 Redisson 进行实战。
接下来，我们要深入理解 Redis 如何实现发布订阅机制，做到知其然知其所以然。
频道(Channel)的发布/订阅如何实现的？
65 哥，如果是你会使用什么数据结构来实现基于频道来定位对应客户端？
码哥，我觉得可以字典来实现，字典的 key 对应被订阅的频道，而字典的值可以使用一个链表，链表里面保存着订阅这个频道的所有客户端。
数据结构
聪明，Redis 使用 redis.h中有一个 redisServer 结构体维护每个服务器进程表示服务器状态，pubsub_channels 属性是一个字典，用于保存订阅频道的信息。
struct redisServer {
...
/* Pubsub */
dict *pubsub_channels;
...
}如下图所示，「码哥」、「靓仔」订阅了「redis-channel」，「宅男」「LSP」订阅了「枝~藤￥由*香-里」：
频道订阅发布原理
发送消息到频道
生产者调用 PUBLISH channel messsage 发送消息，程序先根据 channel 从 pubsub_channels 定位到字典的 key 所在的桶，接着把消息发送给这个 key 对应的 value 链表的所有客户端。
退订频道
UNSUBSCRIBE命令可以退订指定的频道：对于字典操作来说，根据 key 找到关注链表，遍历链表，删除这个客户端，这样消息就不会发送给这个客户端了。
模式(Pattern)的发布/订阅如何实现的？
接下来，我们继续看基于模式实现的发布订阅原理……
当使用 PUBLISH发布消息到某个频道的时候，不仅订阅这个频道的所有客户端会收到消息，与这个模式匹配的客户端也会收到消息。
源码在 server.h 文件中的redisServer.pubsub_patterns 属性定义。
struct redisServer {
...
/* A dict of pubsub_patterns */
dict *pubsub_patterns;
...
}也是 dict 字典类型， key 对应「pattern」模式，value 是一个 链表类型的结构：list *clients里面包含匹配这个模式的客户端列表。
当执行 PSUBSCRIBE smile.girls.*命令的时候，会执行pubsubSubscribePattern方法。
在这里我分享下如何定位关键源码，发布订阅我们根据经验搜索pubsub便能检索到 pubsub.c：
pubsub.c
码哥使用 CLion 调试的 Redis 源码，跟我们 Java 开发用的 IDEA 出自于一家，所以快捷键都是一样的，接着使用 Command + F12 弹出方法搜索，找到 pubsubSubscribePattern 订阅模式的方法。
方法参数别分表示关注该模式的客户端 client *c，和客户端想要关注的 *pattern，方法主要逻辑如下：
listSearchKey(c->pubsub_patterns,pattern)：根据 pattern 从 redisServer.pubsub_patterns 字典查找是否已经存在该模式的 key，存在则调用addReplyPubsubPatSubscribed通知客户端已经订阅过了，否则继续执行以下逻辑。dictFind(server.pubsub_patterns,pattern)：根据模式pattern从字典server.pubsub_patterns找到 dictEntry 哈希桶，为空就调用listCreate()创建客户端链表list *clients，并放到字典中，key = pattern，value = list *clients 链表。哈希桶不为空，那么把当前客户端
client *c添加到list *clients链表尾节点。
订阅模式源码
所以模式实现的发布订阅也是通过字典来保存模式与客户端的关系，如下图所示：
基于模式实现的发布订阅原理
当使用 PUBLISH 发布消息的时候，除了发布到订阅channel的客户端以外，还会将该 channel 与 pubsub_patterns 字典中查找匹配模式 key 对应的 value 中的客户端链表，并执行消息发送。
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：根据模式从 pubsub_patterns字典中找到客户端链表，遍历链表将当前客户端删除。
总结
Redis 发布订阅功能，主要通过如下命令实现：
subscribe channel [channel ...]：订阅一个或者多个频道；unsubscribe channel退订指定频道；publish channel message向指定频道发送消息；psubscribe pattern订阅指定模式；punsubscribe pattern退订指定模式。
Pub/Sub 与数据库无关，比如在 DB0 上发布， DB1的订阅者也将接收到。
基于频道实现的发布订阅信息是由服务器进程的 redisServer.pubsub_channels 字典保存，key = 被订阅的频道，value 是订阅频道的所有客户端链表。
当消息发布到频道的时候，遍历字典获取所有客户端并把消息发送到频道的客户端。
基于模式实现的发布订阅的信息保存在字典 pubsub_patterns中，key = pattern，value 是客户端链表。
当消息发布到频道的时候，除了订阅该频道的客户端收到消息以外，所有订阅了与频道匹配的模式的客户端也会收到消息。
使用场景
说了这么多，Redis 发布订阅能在什么场景发挥作用呢？
哨兵间通信
哨兵集群中，每个哨兵节点利用 Pub/Sub 发布订阅实现哨兵之间的相互发现彼此和找到 Slave，详情点击 ->《哨兵集群原理那些事》。
哨兵与 Master 建立通信后，利用 master 提供发布/订阅机制在__sentinel__:hello发布自己的信息，比如身高体重、是否单身、IP、端口……，同时订阅这个频道来获取其他哨兵的信息，就这样实现哨兵间通信。
消息队列
之前「码哥」跟大家分享过如何利用 Redis List 与 Stream 实现消息队列。
我们也可以利用 Redis 发布订阅实现轻量级简单的 MQ 功能，实现上下游解耦，需要注意点是 Redis 发布订阅的消息不会被持久化，所以新订阅的客户端将收不到历史消息。
也不支持 ACK 机制，所以当前业务不能容忍这些缺点，那就使用专业的消息队列，如果能容忍那就能享受 Redis 唯快不破的优势。
最后，可以在评论区叫我一声「靓仔」么？为了写这个文章，码哥看了好多微笑时好美的 girl 才写出来，原创不易。
想要一起摸鱼提升技术，加「专属技术群」与各地开发靓仔吹牛摸鱼学技术。
朋友们点赞、分享、收藏支持我吧。
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参考资料
1.Redis 设计与实现
2.https://redisbook.readthedocs.io/en/latest/feature/pubsub.html