序言

Redis的发布订阅（Pub/Sub）是一种消息通信模式，允许发布者（Publisher）发送消息到频道（Channel），而订阅者（Subscriber）可以订阅一个或多个频道来接收消息。

Redis 的发布订阅功能命令：PUBLISH、SUBSCRIBE、PSUBSIRIBE 等。

基础使用

频道订阅

执行SUBSCRIBE命令，客户端可以订阅一个或多个频道，从而成为这些频道的订阅者，当其他客户端向被订阅的频道发送消息时，频道的所有订阅者都会受到该消息。

假设客户端 A 和客户端 B 都执行了SUBSCRIBE news.it,那么他们就是频道news.it的订阅者。

消息发布

假设客户端 C执行 PUBLISH news.it hello，向频道news.it发送消息，那么客户端 A 和客户端 B 都会收到消息。

频道退订

当客户端 B 执行UNSUBSCRIBE news.it命令，则它与频道之间的订阅关系就被解除了，当该频道再有消息时，客户端 B 就收不到消息了。

实现原理

SUBSCRIBE

当客户端执行 SUBSCRIBE 命令订阅某个频道的时候，则客户端就与被订阅的频道之间建立了一种订阅关系。
Redis 是将所有频道的订阅关系都保存在服务器状态的pubsub_channels 字典里。

• 键：被订阅频道的名称；
• 值：一个链表，记录了所有订阅这个频道的客户端。
  
  比如上图字典就记录了
• client-1、client-2、client-3 订阅了 news.it 频道；
• client-4 订阅了 news.sport 频道；
• client-5、client-6 订阅了 news.business 频道。

那么在内部，这些订阅关系是怎么维护的呢？
根据频道是否有其他订阅者，分为两种情况：

1. 如果频道有其他订阅者，那么它在 pubsub_channel 字典中必然有相对应的订阅者链表，那么就将新客户端添加到链表的尾部；
2. 如果频道没有订阅者，那么它在 pubsub_channel 字典中就不存在，首先要在 pubsub_channel 字典中为该频道创建一个键，并将这个键的值设置为空链表，然后将客户端添加到链表的头节点。

伪代码：

public class SubscribeDemo {
    private static Map<String, LinkedList> map = new HashMap<>();
    public static void main(String[] args) {
        subscribe(Arrays.asList("news.it", "news.support"), "c1");
        subscribe(Arrays.asList("news.it"), "c2");
        map.forEach((k,v) -> {
            System.out.println("频道:" + k +" 订阅者:" +v);
        });
    }

    private static void subscribe(List<String> channels, String client) {
        for (String channel : channels) {
            if (map.containsKey(channel)) {
                LinkedList linkedList = map.get(channel);
                linkedList.addLast(client);
            } else {
                LinkedList<Object> node = new LinkedList<>();
                node.addFirst(client);
                map.put(channel, node);
            }
        }
    }
}

UNSUBSCRIBE

当客户端退订频道的时候，服务器将从pubsub_channels中解除客户端与被退订频道之间的关联。

1. 根据被退订频道的名字，从字典中找到对应的订阅者链表，从链表中删除退订客户端的信息；
2. 删除退订客户端后，如果频道的订阅者链表为空，则说明该频道已经没有任何订阅者了，则从字典中删除该频道信息。

比如此时客户端 4 执行 UNSUBSCRIBE news.sport

那么执行之后的字典信息是

伪代码：

private static void unsubscribe(List<String> channels, String client) {
        for (String channel : channels) {
            System.out.println(client + " 退定频道:" + channel);
            if (map.containsKey(channel)) {
                LinkedList subscribers = map.get(channel); // 该频道的订阅者列表
                int index = subscribers.indexOf(client); // 查找退订的客户端
                subscribers.remove(index); // 从链表中删除
                if (subscribers.isEmpty()) {
                    //如果该频道的订阅者为空，则从字典中删除
                    map.remove(channel);
                }
            }
        }
    }

PUBLISH

当客户端执行PUBLISH <channel> <message> 命令将消息发送给频道channel 的时候，则服务器需要执行以下操作：

1. 将消息message发送给channel 频道的所有订阅者；

private static void publish(String channel, String message) {
        if (!map.containsKey(channel)) {
            return;
        }
        LinkedList nodes = map.get(channel);
        for (Object client : nodes) {
            System.out.println("给客户端:" + client + " 发送消息:" + message);
        }
    }

完整伪代码

public class SubscribeDemo {

    private static Map<String, LinkedList> map = new HashMap<>();

    public static void main(String[] args) {

        subscribe(Arrays.asList("news.it", "news.support"), "c1");
        subscribe(Arrays.asList("news.it"), "c2");

        map.forEach((k, v) -> {
            System.out.println("频道:" + k + " 订阅者:" + v);
        });

        System.out.println("-------------------");

        unsubscribe(Arrays.asList("news.support"), "c1");

        map.forEach((k, v) -> {
            System.out.println("频道:" + k + " 订阅者:" + v);
        });

        System.out.println("-------------------");

        publish("news.it", "测试消息");

    }

    private static void subscribe(List<String> channels, String client) {

        for (String channel : channels) {
            if (map.containsKey(channel)) {
                //如果订阅的频道在字典中，则将新的客户端添加到链表的尾部
                LinkedList linkedList = map.get(channel);
                linkedList.addLast(client);
            } else {
                //如果订阅的频道在字典中不存在，则将新的客户端添加的链表的头部
                LinkedList<Object> node = new LinkedList<>();
                node.addFirst(client);
                map.put(channel, node);
            }
        }
    }

    private static void unsubscribe(List<String> channels, String client) {
        for (String channel : channels) {
            System.out.println(client + " 退定频道:" + channel);
            if (map.containsKey(channel)) {
                LinkedList subscribers = map.get(channel); // 该频道的订阅者列表

                int index = subscribers.indexOf(client); // 查找退订的客户端

                subscribers.remove(index); // 从链表中删除

                if (subscribers.isEmpty()) {
                    //如果该频道的订阅者为空，则从字典中删除
                    map.remove(channel);
                }
            }
        }
    }

    private static void publish(String channel, String message) {
        //如果频道不在字典中,返回
        if (!map.containsKey(channel)) { 
            return;
        }
        LinkedList nodes = map.get(channel);

        //遍历频道的订阅者列表，并发送消息
        for (Object client : nodes) {
            System.out.println("给客户端:" + client + " 发送消息:" + message);

        }
    }
}

使用场景

• 实时消息系统：如聊天应用、新闻更新推送;
• 事件通知：如用户行为触发的通知，订单状态变更通知;
• 分布式系统中的数据同步：如数据库的主从复制状态同步。

优缺点

优点

• 简单易用：通过简单的命令即可实现发布和订阅功能；
• 低延迟：消息传递速度快，适用于需要快速响应的场景；
• 可扩展性：可以轻松地添加更多的订阅者。

缺点

• 消息无持久化：Redis不会存储发布的消息，如果订阅者不在线，将错过消息；
• 资源消耗：每个订阅者都需要维护一个与Redis服务器的连接，可能会导致资源消耗；
• 缺乏高级功能：与专业的分布式消息队列系统相比，缺乏消息确认、持久化、事务、死信队列等高级功能。

总结

Redis的发布订阅模式是一种轻量级的消息传递机制，适用于需要快速、简单消息传递的场景。然而，对于需要高可靠性、高吞吐量和复杂消息处理能力的场景，可能需要考虑使用专业的分布式消息队列系统。