redis 订阅与发布

Reference: https://redisbook.readthedocs.io/en/latest/feature/pubsub.html

Redis 的 SUBSCRIBE 命令可以让客户端订阅任意数量的频道， 每当有新信息发送到被订阅的频道时， 信息就会被发送给所有订阅指定频道的客户端。

作为例子， 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：

在后面的内容中， 我们将探讨 SUBSCRIBE 和 PUBLISH 命令的实现， 以及这套订阅与发布机制的运作原理。

订阅频道

每个 Redis 服务器进程都维持着一个表示服务器状态的 redis.h/redisServer 结构， 结构的 pubsub_channels 属性是一个字典， 这个字典就用于保存订阅频道的信息：

struct redisServer {
    // ...
    dict *pubsub_channels;
    // ...
};

其中，字典的键为正在被订阅的频道， 而字典的值则是一个链表， 链表中保存了所有订阅这个频道的客户端。

比如说，在下图展示的这个 pubsub_channels 示例中， client2 、 client5 和 client1 就订阅了 channel1 ， 而其他频道也分别被别的客户端所订阅：

当客户端调用 SUBSCRIBE 命令时， 程序就将客户端和要订阅的频道在 pubsub_channels 字典中关联起来。

举个例子，如果客户端 client10086 执行命令 SUBSCRIBE channel1 channel2 channel3 ，那么前面展示的 pubsub_channels 将变成下面这个样子：

SUBSCRIBE 命令的行为可以用伪代码表示如下：

def SUBSCRIBE(client, channels):

    # 遍历所有输入频道
    for channel in channels:

        # 将客户端添加到链表的末尾
        redisServer.pubsub_channels[channel].append(client)

通过 pubsub_channels 字典， 程序只要检查某个频道是否为字典的键， 就可以知道该频道是否正在被客户端订阅； 只要取出某个键的值， 就可以得到所有订阅该频道的客户端的信息。

发送信息到频道

了解了 pubsub_channels 字典的结构之后， 解释 PUBLISH 命令的实现就非常简单了： 当调用 PUBLISH channel message 命令， 程序首先根据 channel 定位到字典的键， 然后将信息发送给字典值链表中的所有客户端。

比如说，对于以下这个 pubsub_channels 实例， 如果某个客户端执行命令 PUBLISH channel1 "hello moto" ，那么 client2 、 client5 和 client1 三个客户端都将接收到 "hello moto" 信息：

PUBLISH 命令的实现可以用以下伪代码来描述：

def PUBLISH(channel, message):

    # 遍历所有订阅频道 channel 的客户端
    for client in server.pubsub_channels[channel]:

        # 将信息发送给它们
        send_message(client, message)

退订频道

使用 UNSUBSCRIBE 命令可以退订指定的频道， 这个命令执行的是订阅的反操作： 它从 pubsub_channels 字典的给定频道（键）中， 删除关于当前客户端的信息， 这样被退订频道的信息就不会再发送给这个客户端。

模式的订阅与信息发送

当使用 PUBLISH 命令发送信息到某个频道时， 不仅所有订阅该频道的客户端会收到信息， 如果有某个/某些模式和这个频道匹配的话， 那么所有订阅这个/这些频道的客户端也同样会收到信息。

下图展示了一个带有频道和模式的例子， 其中 tweet.shop.* 模式匹配了 tweet.shop.kindle 频道和 tweet.shop.ipad 频道， 并且有不同的客户端分别订阅它们三个：

当有信息发送到 tweet.shop.kindle 频道时， 信息除了发送给 clientX 和 clientY 之外， 还会发送给订阅 tweet.shop.* 模式的 client123 和 client256 ：

另一方面， 如果接收到信息的是频道 tweet.shop.ipad ， 那么 client123 和 client256 同样会收到信息：

订阅模式

redisServer.pubsub_patterns 属性是一个链表，链表中保存着所有和模式相关的信息：

struct redisServer {
    // ...
    list *pubsub_patterns;
    // ...
};

链表中的每个节点都包含一个 redis.h/pubsubPattern 结构：

typedef struct pubsubPattern {
    redisClient *client;
    robj *pattern;
} pubsubPattern;

client 属性保存着订阅模式的客户端，而 pattern 属性则保存着被订阅的模式。

每当调用 PSUBSCRIBE 命令订阅一个模式时， 程序就创建一个包含客户端信息和被订阅模式的 pubsubPattern 结构， 并将该结构添加到 redisServer.pubsub_patterns 链表中。

作为例子，下图展示了一个包含两个模式的 pubsub_patterns 链表， 其中 client123 和 client256 都正在订阅 tweet.shop.* 模式：

如果这时客户端 client10086 执行 PSUBSCRIBE broadcast.list.* ， 那么 pubsub_patterns 链表将被更新成这样：

通过遍历整个 pubsub_patterns 链表，程序可以检查所有正在被订阅的模式，以及订阅这些模式的客户端。

发送信息到模式

发送信息到模式的工作也是由 PUBLISH 命令进行的， 在前面讲解频道的时候， 我们给出了这样一段伪代码， 说它定义了 PUBLISH 命令的行为：

def PUBLISH(channel, message):

    # 遍历所有订阅频道 channel 的客户端
    for client in server.pubsub_channels[channel]:

        # 将信息发送给它们
        send_message(client, message)

但是，这段伪代码并没有完整描述 PUBLISH 命令的行为， 因为 PUBLISH 除了将 message 发送到所有订阅 channel 的客户端之外， 它还会将 channel 和 pubsub_patterns 中的模式进行对比， 如果 channel 和某个模式匹配的话， 那么也将 message 发送到订阅那个模式的客户端。

完整描述 PUBLISH 功能的伪代码定于如下：

def PUBLISH(channel, message):

    # 遍历所有订阅频道 channel 的客户端
    for client in server.pubsub_channels[channel]:

        # 将信息发送给它们
        send_message(client, message)

    # 取出所有模式，以及订阅模式的客户端
    for pattern, client in server.pubsub_patterns:

        # 如果 channel 和模式匹配
        if match(channel, pattern):

            # 那么也将信息发给订阅这个模式的客户端
            send_message(client, message)

举个例子，如果 Redis 服务器的 pubsub_patterns 状态如下：

那么当某个客户端发送信息 "Amazon Kindle, $69." 到 tweet.shop.kindle 频道时， 除了所有订阅了 tweet.shop.kindle 频道的客户端会收到信息之外， 客户端 client123 和 client256 也同样会收到信息， 因为这两个客户端订阅的 tweet.shop.* 模式和 tweet.shop.kindle 频道匹配。

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： 程序会删除 redisServer.pubsub_patterns 链表中， 所有和被退订模式相关联的 pubsubPattern 结构， 这样客户端就不会再收到和模式相匹配的频道发来的信息。

小结

• 订阅信息由服务器进程维持的 redisServer.pubsub_channels 字典保存，字典的键为被订阅的频道，字典的值为订阅频道的所有客户端。
• 当有新消息发送到频道时，程序遍历频道（键）所对应的（值）所有客户端，然后将消息发送到所有订阅频道的客户端上。
• 订阅模式的信息由服务器进程维持的 redisServer.pubsub_patterns 链表保存，链表的每个节点都保存着一个 pubsubPattern 结构，结构中保存着被订阅的模式，以及订阅该模式的客户端。程序通过遍历链表来查找某个频道是否和某个模式匹配。
• 当有新消息发送到频道时，除了订阅频道的客户端会收到消息之外，所有订阅了匹配频道的模式的客户端，也同样会收到消息。
• 退订频道和退订模式分别是订阅频道和订阅模式的反操作。