Redis发布订阅机制

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1. 什么是Redis

Redis是一个开源的内存数据库，它以键值对的形式存储数据。由于数据存储在内存中，因此Redis的速度很快，但是每次重启Redis服务时，其中的数据也会丢失，因此，Redis也提供了持久化存储机制，将数据以某种形式保存在文件中，每次重启时，可以自动从文件加载数据到内存当中。 
 
Redis的架构包括两个部分：Redis Client和Redis Server。Redis客户端负责向服务器端发送请求并接受来自服务器端的响应。服务器端负责处理客户端请求，例如，存储数据，修改数据等。 
Redis通常用作数据库，缓存以及消息系统。

2. Redis发布订阅

2.1 Redis发布订阅架构

Redis提供了发布订阅功能，可以用于消息的传输，Redis的发布订阅机制包括三个部分，发布者，订阅者和Channel。 
 
发布者和订阅者都是Redis客户端，Channel则为Redis服务器端，发布者将消息发送到某个的频道，订阅了这个频道的订阅者就能接收到这条消息。Redis的这种发布订阅机制与基于主题的发布订阅类似，Channel相当于主题。

2.2 Redis发布订阅功能

（1）发送消息 
Redis采用PUBLISH命令发送消息，其返回值为接收到该消息的订阅者的数量。 
 
（2）订阅某个频道 
Redis采用SUBSCRIBE命令订阅某个频道，其返回值包括客户端订阅的频道，目前已订阅的频道数量，以及接收到的消息，其中subscribe表示已经成功订阅了某个频道。 
 
（3）模式匹配 
模式匹配功能允许客户端订阅符合某个模式的频道，Redis采用PSUBSCRIBE订阅符合某个模式所有频道，用“”表示模式，“”可以被任意值代替。 
 
假设客户端同时订阅了某种模式和符合该模式的某个频道，那么发送给这个频道的消息将被客户端接收到两次，只不过这两条消息的类型不同，一个是message类型，一个是pmessage类型，但其内容相同。 
（4）取消订阅 
Redis采用UNSUBSCRIBE和PUNSUBSCRIBE命令取消订阅，其返回值与订阅类似。 
由于Redis的订阅操作是阻塞式的，因此一旦客户端订阅了某个频道或模式，就将会一直处于订阅状态直到退出。在SUBSCRIBE，PSUBSCRIBE，UNSUBSCRIBE和PUNSUBSCRIBE命令中，其返回值都包含了该客户端当前订阅的频道和模式的数量，当这个数量变为0时，该客户端会自动退出订阅状态。

2.3 Redis发布订阅实现

由于Redis是一个开源的系统，因此我们可以通过其源代码查看内部的实现细节。 
（1）SUBSCRIBE 
 
当客户端订阅某个频道时，Redis需要将该频道和该客户端绑定。首先，在客户端结构体client中，有一个属性为pubsub_channels，该属性表明了该客户端订阅的所有频道，它是一个字典类型，通过哈希表实现，其中的每个元素都包含了一个键值对以及指向下一个元素的指针，每次订阅都要向其中插入一个结点，键表示订阅的频道，值为空。然后，在表示服务器端的结构体redisServer中，也有一个属性为pubsub_channels，但此处它表示的是该服务器端中的所有频道以及订阅了这个频道的客户端，它也是一个字典类型，插入结点时，键表示频道，值则是订阅了这个频道的所有客户端组成的链表。最后Redis通知客户端其订阅成功。 
（2）PSUBSCRIBE 
 
当客户端订阅某个模式时，Redis同样需要将该模式和该客户端绑定。首先，在结构体client中，有一个属性为pubsub_patterns，该属性表示该客户端订阅的所有模式，它是一个链表类型，每个结点包括了订阅的模式和指向下一个结点的指针，每次订阅某个模式时，都要向其中插入一个结点。然后，在结构体redisServer中，有一个属性也叫pubsub_patterns，它表示了该服务器端中的所有模式和订阅了这些模式的客户端，它也是一个链表类型，插入结点时，每个结点都要包含订阅的模式，以及订阅这个模式的客户端，和指向下一个结点的指针。 
（3）PUBLISH 
 
当客户端向某个频道发送消息时，Redis首先在结构体redisServer中的pubsub_channels中找出键为该频道的结点，遍历该结点的值，即遍历订阅了该频道的所有客户端，将消息发送给这些客户端。然后，遍历结构体redisServer中的pubsub_patterns，找出包含该频道的模式的结点，将消息发送给订阅了该模式的客户端。

2.4 Redis发布订阅在Redis中的应用

Redis的发布订阅功能与Redis中的数据存储时无关的，它不会影响Redis的key space，即不会影响Redis中存储的数据，但通过发布订阅机制，Redis还提供了另一个功能，即Keyspace Notification，允许客户端通过订阅特定的频道，从而得知是否有改变Redis中的数据的事件。例如，有一个客户端删除了Redis中键为mykey的数据，该操作会触发两条消息，mykey del和del mykey，前者属于频道keysapce，表示keyspace发生的变化，后者属于频道keyevent，表示执行的操作。 

2.5 Redis发布订阅与ActiveMQ的比较

（1）ActiveMQ支持多种消息协议，包括AMQP，MQTT，Stomp等，并且支持JMS规范，但Redis没有提供对这些协议的支持； 
（2）ActiveMQ提供持久化功能，但Redis无法对消息持久化存储，一旦消息被发送，如果没有订阅者接收，那么消息就会丢失； 
（3）ActiveMQ提供了消息传输保障，当客户端连接超时或事务回滚等情况发生时，消息会被重新发送给客户端，Redis没有提供消息传输保障。 
总之，ActiveMQ所提供的功能远比Redis发布订阅要复杂，毕竟Redis不是专门做发布订阅的，但是如果系统中已经有了Redis，并且需要基本的发布订阅功能，就没有必要再安装ActiveMQ了，因为可能ActiveMQ提供的功能大部分都用不到，而Redis的发布订阅机制就能满足需求。

建立一个Publisher (发布者)

public class Publisher extends Thread{

    private final JedisPool jedisPool;

    public Publisher(JedisPool jedisPool) {
        this.jedisPool = jedisPool;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        Jedis jedis = jedisPool.getResource();   //连接池中取出一个连接
        while (true) {
            String line = null;
            try {
                line = reader.readLine();
                if (!"quit".equals(line)) {
                    jedis.publish("mychannel", line);   //从 mychannel 的频道上推送消息
                } else {
                    break;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

再建立一个订阅者

public class Subscriber extends JedisPubSub {

    public Subscriber(){}
    @Override
    public void onMessage(String channel, String message) {       //收到消息会调用
        System.out.println(String.format("receive redis published message, channel %s, message %s", channel, message));
    }
    @Override
    public void onSubscribe(String channel, int subscribedChannels) {    //订阅了频道会调用
        System.out.println(String.format("subscribe redis channel success, channel %s, subscribedChannels %d",
                channel, subscribedChannels));
    }
    @Override
    public void onUnsubscribe(String channel, int subscribedChannels) {   //取消订阅 会调用
        System.out.println(String.format("unsubscribe redis channel, channel %s, subscribedChannels %d",
                channel, subscribedChannels));

    }
}

这里订阅者需要继承JedisPubSub，来重写它的三个方法。用途 注释上已经写了，很简单。

我们这里只是定义了一个订阅者，下面去订阅频道。

public class SubThread extends Thread {

    private final JedisPool jedisPool;
    private final Subscriber subscriber = new Subscriber();

    private final String channel = "mychannel";

    public SubThread(JedisPool jedisPool) {
        super("SubThread");
        this.jedisPool = jedisPool;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(String.format("subscribe redis, channel %s, thread will be blocked", channel));
        Jedis jedis = null;
        try {
            jedis = jedisPool.getResource();   //取出一个连接
            jedis.subscribe(subscriber, channel);    //通过subscribe 的api去订阅，入参是订阅者和频道名
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(String.format("subsrcibe channel error, %s", e));
        } finally {
            if (jedis != null) {
                jedis.close();
            }
        }
    }
}

最后，再写一个测试类去跑一下。键盘输入消息，订阅者就会触发onMessage方法

public class PubSubDemo {

    public static void main( String[] args )
    {
        // 连接redis服务端
        JedisPool jedisPool = new JedisPool(new JedisPoolConfig(), "127.0.0.1", 6379);
        
        System.out.println(String.format("redis pool is starting, redis ip %s, redis port %d", "127.0.0.1", 6379));

        SubThread subThread = new SubThread(jedisPool);  //订阅者
        subThread.start();

        Publisher publisher = new Publisher(jedisPool);    //发布者
        publisher.start();
    }
}

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