Redis发布订阅和事务实现原理

news2024/11/17 1:29:45

Redis发布订阅和事务实现原理

发布订阅
- 实现
- - 频道订阅与退订
  - 频道模式订阅与退订
  - 发送消息
事务
- 事务队列
- 执行事务
- WATCH命令实现
- ACID
- - 原子性
  - 一致性
  - 隔离性
  - 持久性

发布订阅

Redis的发布订阅由PUBLISH，SUBSCRIBE，PSUBSCRIBE等命令组成,例子如下:

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redis中我们还可以通过PSUBSCRIBE "user.*"命令完成频道的模式订阅,也就是模糊匹配，而SUBSCRIBE命令是明确订阅某个频道，也就是精确匹配。

当我们通过publish向某个频道发送命令时,该消息不仅会发送给订阅该频道的所有用户,同时也会发送给与该频道相匹配的模式的订阅者。
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实现

频道订阅与退订

redis服务器全局状态由redisServer结构体对象保存，该对象内部保存了所有频道的订阅关系:

struct redisServer{
   //...
   
   //保存所有频道的订阅关系
   dict *pubsub_channels;
  
  //... 
}

pubsub_channels属性的数据类型是字典类型，该字典中的key保存了频道名,value链表将订阅该频道的所有客户端串联起来:

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当我们通过subscribe命令订阅某个频道的时候,所做的工作如下:
当我们通过unsubscribe命令退订某个频道时,所做的工作如下:

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频道模式订阅与退订

struct redisServer{
   //...
   
   //保存所有频道的订阅关系
   dict *pubsub_channels;
   //保存所有模式订阅关系
   list *pubsub_patterns;
  
  //... 
}

typedef struct pubsubPattern{
   //订阅模式的客户端
   redisClient *client;
   //被订阅的模式
   robj *pattern
}pubsubPattern

pubsub_patterns链表中保存的元素类型是pubsubPattern，该结构体记录了每个客户端所订阅的频道模式。

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订阅模式
退订模式

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发送消息

当一个redis客户端执行PUBLISH channel message命令时,服务器需要执行以下两步:

将消息发送给channel频道的所有订阅者

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如果有一个或多个模式pattern与channel匹配,那么将消息发送给pattern模式的订阅者

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事务

Redis通过MULTI，EXEC，WATCH等命令来实现事务功能,事务提供了将多个命令请求打包，然后一次性,按顺序执行的机制，并且在事务执行期间,服务器不会中断事务去执行其他客户端的命令请求，它会将事务中的所有命令都执行完毕，然后才会去处理其他客户端的请求。

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事务执行分为三个阶段:

事务开始: 通过multi命令表示开启事务,标记当前客户端进入事务状态
命令入队
事务执行

事务队列

每个Redis客户度都通过multiState属性来记录当前事务状态:

struct redisClient {
      //事务状态
      multistate mstate;
      ... 
}

事务状态包含一个事务队列和已经入队的命令计数器:

struct multistate {
   //事务队列--FIFO顺序
   multicmd *cmds;
   //已经入队的命令计数器
   int count; 
}

事务队列中每个multicmd都保存了当前已入队命令的信息:

struct multicmd {
  //参数
  robj **argv;
  //参数个数
  int argc;
  //命令指针
  struct redisCommand *cmd;
}

事务队列以先入先出顺序保存命令,例如:
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事务队列中保存命令顺序:

执行事务

当一个处于事务状态的客户端向服务器发送EXEC命令时,该命令将会立刻执行,服务器会遍历当前客户端的事务队列,执行队列中保存的所有命令,最后将命令执行的结果全部返回给客户端:

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WATCH命令实现

WATCH命令是一个乐观锁,它可以在EXEC命令执行前,监视任意数量的key,并在EXEC命令执行时,检查被监视的key是否至少有一个已经被修改了,如果是的话,服务器将拒绝执行事务,并向客户端返回代表事务执行失败的空回复。

每个Redis数据库都保存着一个watched_keys字典，该字典的key是某个被watch命令监视的数据库键,而值是一个链表,链表中记录了所有监视当前key的客户端。

struct redisDb{
   //正在被watch命令监视的key
   dict *watched_keys;
}

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所有对数据库进行修改的命令,如: SET,LPUSH,SADD,ZREM,DEL等,在执行后都会调用touchWatchKey函数对watched_keys字典进行检查,如果字典中存在该key，那么会将监视该key对应的客户端的REDIS_DIRTY_CAS标记打开，表示当前客户端的安全性已经被破坏了。

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