Redis发布订阅功能的实现原理 - 《Redis教程》

Redis中的发布和订阅功能允许服务器向指定的频道发送消息，以及客户端可以订阅感兴趣的频道来接收消息。发布和订阅功能的实现主要由如下几个命令实现：

PUBLISH：用于服务器向指定的频道发送消息，格式为：PUBLISH CHANNEL MESSAGE
SUBSCRIBE：用于客户端订阅服务器指定具体名字的频道，格式为：SUBCRIBE CHANNEL_NAME
PSUBCRIBE：用于客户端订阅服务器指定匹配模式的频道，格式为：SUBCRIBE CHANNEL_PATTERN

知道了发布订阅功能的相关命令后，下面来看一下各个命令底层的实现原理。总体来说，发布和订阅功能相关的状态都保存在RedisServer中的pubsub_channels和pattern两个字段中：

struct redisServer{
     // ...
    dict *pubsub_channels; // 保存所有订阅的频道关系
    list *pattern;         // 保存所有订阅的频道的匹配模式
    // ....
}

其中dict类型的pubsub_channels保存所有订阅的频道关系，key就是对应的频道名，value就是所有订阅该频道的客户端。由于订阅频道的客户端可能有多个，这里采用了链表的形式进行保存。如下所示：

当客户端订阅某个频道时，如果pubsub_channels中已经有了该频道名，说明该频道已经有订阅者，将其直接添加到订阅者链表的尾部即可。如果pubsub_channels并没有指定的频道名，需要先将频道添加到pubsub_channels中，然后该客户端作为链表的头节点存在。

退订频道和订阅频道的动作相反，如果某个客户端想要退订某个频道，服务器会遍历pubsub_channels，找到对应频道的订阅者链表，将其从链表中删除。此外，如果该客户端是这个频道的唯一订阅者，删除订阅者后，还需要将该频道从pubsub_channels中删除。

模式的订阅和退订实现与频道的订阅和退订实现类似，RedisServer的pubsub_patterns维护一个由pubsubPattern项组成的链表，其中pubsubPattern又包含client和pattern两个属性，用于表示具体的客户端和订阅的模式。

struct pubsubPattern{
    redisClient client;
    robj *pattern;
}

当客户端订阅某个模式时，服务器会创建一个pubsubPattern结构，将其pattern属性设置为被订阅模式，最后将其添加到链表的尾部。如果客户端退订某个模式时，服务器会在链表中找到对应的pubsubPattern结构，并删除这些结构。

当服务器对某个频道发布消息时，需要执行如下的两个动作：

在pubsub_channels中找到具体的频道，向订阅者列表中的每个客户端发送消息
遍历pubsub_patterns找到匹配的模式，然后向对应的客户端发送消息

另外，Redis提供了PUBSUB命令来用于服务器获取订阅信息，其中又分为如下的三个子命令：

PUBSUB CHANNELS：获取服务器当前被订阅的频道，格式为：PUBSUB CHANNELS [pattern]
PUBSUB NUMSUB：返回指定频道的订阅者数量，格式为：PUBSUB NUMSUB [channel-1 channel-2 … channel-n]
PUBSUB NUNPAT：获取服务器当前被订阅模式的数量，格式为：PUBSUB NUMPAT

下面通过简单的代码看一下发布订阅功能的实现，初始时服务器中没有任何频道：

127.0.0.1:6379> pubsub channels
(empty array)

然后使用SUBSCRIBE向服务器中添加两个频道：

127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE "news_it" "news_sport"
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "news_it"
3) (integer) 1
1) "subscribe"
2) "news_sport"
3) (integer) 2

此时，服务器中就存在了new_it和news_sport两个频道，并且客户端一直准备接受消息。使用PUBSUB CHANNELS查看可以看到频道已经存在。

127.0.0.1:6379> pubsub channels
1) "news_it"
2) "news_sport"

接着向new_it发送一条消息：

127.0.0.1:6379> PUBLISH "new_it" "redis good"
(integer) 1

在订阅了频道的客户端中就可以看到服务器发布的消息：

127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE "new_it"
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "new_it"
3) (integer) 1
1) "message"
2) "new_it"
3) "redis good"

如果订阅了某个模式：

127.0.0.1:6379> PSUBSCRIBE "news_*"
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "news_*"
3) (integer) 1
1) "pmessage"
2) "news_*"

当向newsit或news_sport发布消息时，订阅了news*的客户端都可以收到消息。例如，分别向news_it和news_sport频道发布消息：

127.0.0.1:6379> PUBLISH "news_sport" "NBA NBA"
(integer) 2

订阅了newssport频道和news*模式的客户端都可以收到消息。

127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE "news_it" "news_sport"
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "news_it"
3) (integer) 1
1) "subscribe"
2) "news_sport"
3) (integer) 2
1) "message"
2) "news_it"
3) "Redis Redis"
1) "message"
2) "news_sport"
3) "NBA NBA"

127.0.0.1:6379> PSUBSCRIBE "news_*"
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "psubscribe"
2) "news_*"
3) (integer) 1
1) "pmessage"
2) "news_*"
3) "news_it"
4) "Redis Redis"
1) "pmessage"
2) "news_*"
3) "news_sport"
4) "NBA NBA"

最后看一下PUBSUB命令的使用，如下所示：

127.0.0.1:6379> PUBSUB channels
1) "news_it"
2) "news_sport"
127.0.0.1:6379> PUBSUB NUMSUB "news_it" "news_sport"
1) "news_it"
2) (integer) 1
3) "news_sport"
4) (integer) 1
127.0.0.1:6379> PUBSUB NUMPAT
(integer) 1