Redis 发布订阅，小功能大用处，真没那么废材！

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发布于: 2020 年 09 月 23 日
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今天小黑哥来跟大家介绍一下 Redis 发布/订阅功能。
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也许有的小伙伴对这个功能比较陌生，不太清楚这个功能是干什么的，没关系小黑哥先来举个例子。
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假设我们有这么一个业务场景，在网站下单支付以后，需要通知库存服务进行发货处理。
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上面业务实现不难，我们只要让库存服务提供给相关的给口，下单支付之后只要调用库存服务即可。
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后面如果又有新的业务，比如说积分服务，他需要获取下单支付的结果，然后增加用户的积分。
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这个实现也不难，让积分服务同样提供一个接口，下单支付之后只要调用库存服务即可。
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如果就两个业务需要获取下单支付的结果，那也还好，程序改造也快。可是随着业务不断的发展，越来越多的新业务说是要下单支付的结果。
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这时我们会发现上面这样的系统架构存在很多问题：
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第一，下单支付业务与其他业务重度耦合，每当有个新业务需要支付结果，就需要改动下单支付的业务。
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第二，如果调用业务过多，会导致下单支付接口响应时间变长。另外，如果有任一下游接口响应变慢，就会同步导致下单支付接口响应也变长。
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第三，如果任一下游接口失败，可能导致数据不一致的情况。比如说下图，先调用 A，成功之后再调用 B，最后再调用 C。
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如果在调用 B 接口的发生异常，此时可能就导致下单支付接口返回失败，但是此时 A 接口其实已经调用成功，这就代表它内部已经处理下单支付成功的结果。
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这样就会导致 A，B，C 三个下游接口，A 获取成功获取支付结果，但是 B，C 没有拿到，导致三者系统数据不一致的情况。
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其实我们仔细想一下，对于下单支付业务来讲，它其实不需要关心下游调用结果，只要有某种机制通知能通知到他们就可以了。
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讲到这里，这就需要引入今天需要介绍发布订阅机制。
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Redis 发布与订阅﻿
Redis 提供了基于「发布/订阅」模式的消息机制，在这种模式下，消息发布者与订阅者不需要进行直接通信。
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如上图所示，消息发布者只需要想指定的频道发布消息，订阅该频道的每个客户端都可以接受到到这个消息。
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使用 Redis 发布订阅这种机制，对于上面业务，下单支付业务只需要向支付结果这个频道发送消息，其他下游业务订阅支付结果这个频道，就能收相应消息，然后做出业务处理即可。
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这样就可以解耦系统上下游之间调用关系。
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接下来我们来看下，我们来看下如何使用 Redis 发布订阅功能。
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Redis 中提供了一组命令，可以用于发布消息，订阅频道，取消订阅以及按照模式订阅。
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首先我们来看下如何发布一条消息，其实很简单只要使用 publish 指令:
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publish channel message
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上图中，我们使用 publish 指令向 pay_result 这个频道发送了一条消息。我们可以看到 redis 向我们返回 0 ，这其实代表当前订阅者个数，由于此时没有订阅，所以返回结果为 0 。
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接下来我们使用 subscribe 订阅一个或多个频道
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subscribe channel [channel ...]
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如上图所示，我们订阅 pay_result 这个频道，当有其他客户端往这个频道发送消息，
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当前订阅者就会收到消息。
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我们子在使用订阅命令，需要主要几点：
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第一，客户端执行订阅指令之后，就会进入订阅状态，之后就只能接收 subscribe、*psubscribe*、unsubscribe、*punsubscribe* 这四个命令。
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第二，新订阅的客户端，是无法收到这个频道之前的消息，这是因为 Redis 并不会对发布的消息持久化的。
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 相比于很多专业 MQ，比如 kafka、rocketmq 来说，  redis 发布订阅功能就显得有点简陋了。不过 redis 发布订阅功能胜在简单，如果当前场景可以容忍这些缺点，还是可以选择使用的。
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除了上面的功能以外的，Redis 还支持模式匹配的订阅方式。简单来说，客户端可以订阅一个带 * 号的模式，如果某些频道的名字与这个模式匹配，那么当其他客户端发送给消息给这些频道时，订阅这个模式的客户端也将会到收到消息。
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使用 Redis 订阅模式，我们需要使用一个新的指令 psubscribe。 
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我们执行下面这个指令：
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psubscribe pay.*
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那么一旦有其他客户端往  pay 开头的频道，比如 pay_result、pay_xxx，我们都可以收到消息。
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如果需要取消订阅模式，我们需要使用相应punsubscribe 指令，比如取消上面订阅的模式： 
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punsubscribe pay.*
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 Redis 客户端发布订阅使用方式﻿
基于 Jedis 开发发布/订阅﻿
聊完 Redis 发布订阅指令，我们来看下 Java Redis 客户端如何使用发布订阅。
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下面的例子主要基于 Jedis，maven 版本为：
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```xml
<dependency>
 <groupId>redis.clients</groupId>
 <artifactId>jedis</artifactId>
 <version>3.1.0</version>
</dependency>
```
>
其他 Redis 客户端大同小异。
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jedis 发布代码比较简单，只需要调用 Jedis 类的 publish 方法。
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// 生产环境千万不要这么使用哦，推荐使用 JedisPool 线程池的方式 
Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
jedis.auth("xxxxx");
jedis.publish("pay_result", "hello world");
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订阅的代码就相对复杂了，我们需要继承 JedisPubSub 实现里面的相关方法，一旦有其他客户端往订阅的频道上发送消息，将会调用 JedisPubSub  相应的方法。
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private static class MyListener extends JedisPubSub {
    @Override
    public void onMessage(String channel, String message) {
        System.out.println("收到订阅频道：" + channel + " 消息：" + message);
    }
    @Override
    public void onPMessage(String pattern, String channel, String message) {
        System.out.println("收到具体订阅频道：" + channel + "订阅模式：" + pattern + " 消息：" + message);
    }
}
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其次我们需要调用 Jedis 类的 subscribe 方法：
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Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
jedis.auth("xxx");
jedis.subscribe(new MyListener(), "pay_result");
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当有其他客户端往 pay_result频道发送消息时，订阅将会收到消息。
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不过需要注意的是，jedis#subscribe 是一个阻塞方法，调用之后将会阻塞主线程的，所以如果需要在正式项目使用需要使用异步线程运行，这里就不演示具体的代码了。
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基于 Spring-Data-Redis 开发发布订阅﻿
原生 jedis 发布订阅操作，相对来说还是有点复杂。现在我们很多应用已经基于 SpringBoot 开发，使用 spring-boot-starter-data-redis ，可以简化发布订阅开发。
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首先我们需要引入相应的 startter 依赖：
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<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <artifactId>lettuce-core</artifactId>
            <groupId>io.lettuce</groupId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
</dependency>
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这里我们使用 Jedis 当做底层连接客户端，所以需要排除 lettuce，然后引入 Jedis 依赖。
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然后我们需要创建一个消息接收类，里面需要有方法消费消息：
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@Slf4j
public class Receiver {
    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger();
    public void receiveMessage(String message) {
        log.info("Received <" + message + ">");
        counter.incrementAndGet();
    }
    public int getCount() {
        return counter.get();
    }
}
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接着我们只需要注入 Spring- Redis 相关 Bean，比如：
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StringRedisTemplate，用来操作 Redis 命令
MessageListenerAdapter ，消息监听器，可以在这个类注入我们上面创建消息接受类 Receiver
RedisConnectionFactory, 创建 Redis 底层连接
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@Configuration
public class MessageConfiguration {
    @Bean
    RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory,
                                            MessageListenerAdapter listenerAdapter) {
        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(connectionFactory);
        // 订阅指定频道使用 ChannelTopic
        // 订阅模式使用 PatternTopic
        container.addMessageListener(listenerAdapter, new ChannelTopic("pay_result"));
        return container;
    }
    @Bean
    MessageListenerAdapter listenerAdapter(Receiver receiver) {
        // 注入 Receiver，指定类中的接受方法
        return new MessageListenerAdapter(receiver, "receiveMessage");
    }
    @Bean
    Receiver receiver() {
        return new Receiver();
    }
    @Bean
    StringRedisTemplate template(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        return new StringRedisTemplate(connectionFactory);
    }
}
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最后我们使用 StringRedisTemplate#convertAndSend 发送消息，同时 Receiver 将会收到一条消息。
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@SpringBootApplication
public class MessagingRedisApplication {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ApplicationContext ctx = SpringApplication.run(MessagingRedisApplication.class, args);
        StringRedisTemplate template = ctx.getBean(StringRedisTemplate.class);
        Receiver receiver = ctx.getBean(Receiver.class);
        while (receiver.getCount() == 0) {
            template.convertAndSend("pay_result", "Hello from Redis!");
            Thread.sleep(500L);
        }
        System.exit(0);
    }
}
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 Redis 发布订阅实际应用﻿
Redis Sentinel 节点发现﻿
Redis Sentinel 是 Redis 一套高可用方案，可以在主节点故障的时候，自动将从节点提升为主节点，从而转移故障。
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今天这里我们不详细解释 Redis Sentinel 详细原理，主要来看下 Redis Sentinel 如何使用发布订阅机制。
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 Redis Sentinel  节点主要使用发布订阅机制，实现新节点的发现，以及交换主节点的之间的状态。
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如下所示，每一个  Sentinel  节点将会定时向 _sentinel_:hello 频道发送消息，并且每个 Sentinel 都会订阅这个节点。
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这样一旦有节点往这个频道发送消息，其他节点就可以立刻收到消息。
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这样一旦有的新节点加入，它往这个频道发送消息，其他节点收到之后，判断本地列表并没有这个节点，于是就可以当做新的节点加入本地节点列表。
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除此之外，每次往这个频道发送消息内容可以包含节点的状态信息，这样可以作为后面 Sentinel 领导者选举的依据。
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以上都是对于 Redis 服务端来讲，对于客户端来讲，我们也可以用到发布订阅机制。
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当  Redis Sentinel 进行主节点故障转移，这个过程各个阶段会通过发布订阅对外提供。
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对于我们客户端来讲，比较关心切换之后的主节点，这样我们及时切换主节点的连接（旧节点此时已故障，不能再接受操作指令），
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客户端可以订阅 +switch-master频道，一旦  Redis Sentinel  结束了对主节点的故障转移就会发布主节点的的消息。
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redission 分布式锁﻿
redission 开源框架提供一些便捷操作 Redis 的方法，其中比较出名的 redission  基于 Redis 的实现分布式锁。
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今天我们来看下 Redis 的实现分布式锁中如何使用 Redis 发布订阅机制，提高加锁的性能。
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PS:redission  分布式锁实现原理，可以参考之前写过的文章:
>
1. 可重入分布式锁的实现方式
2. Redis 分布式锁，看似简单，其实真不简单
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首先我们来看下 redission   加锁的方法：
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Redisson redisson = ....
RLock redissonLock = redisson.getLock("xxxx");
redissonLock.lock();
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RLock 继承自 Java 标准的 Lock 接口,调用 lock 方法,如果当前锁已被其他客户端获取，那么当前加锁的线程将会被阻塞，直到其他客户端释放这把锁。
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这里其实有个问题，当前阻塞的线程如何感知分布式锁已被释放呢？
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这里其实有两种实现方法：
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第一钟，定时查询分布时锁的状态，一旦查到锁已被释放（Redis 中不存在这个键值），那么就去加锁。
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实现伪码如下：
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while (true) {
  boolean result=lock();
  if (!result) {
    Thread.sleep(N);
  }
}
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这种方式实现起来起来简单，不过缺点也比较多。
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如果定时任务时间过短，将会导致查询次数过多，其实这些都是无效查询。
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如果定时任务休眠时间过长，那又会导致加锁时间过长，导致加锁性能不好。
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那么第二种实现方案，就是采用服务通知的机制，当分布式锁被释放之后，客户端可以收到锁释放的消息，然后第一时间再去加锁。
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这个服务通知的机制我们可以使用 Redis 发布订阅模式。
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当线程加锁失败之后，线程将会订阅 redisson_lock__channel_xxx（xx 代表锁的名称） 频道，使用异步线程监听消息，然后利用 Java 中 Semaphore 使当前线程进入阻塞。
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一旦其他客户端进行解锁，redission  就会往这个redisson_lock__channel_xxx 发送解锁消息。
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等异步线程收到消息，将会调用 Semaphore 释放信号量，从而让当前被阻塞的线程唤醒去加锁。
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ps：这里只是简单描述了 redission  加锁部分原理，出于篇幅，这里就不再消息解析源码。
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感兴趣的小伙伴可以自己看下 redission   加锁的源码。
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通过发布订阅机制，被阻塞的线程可以及时被唤醒，减少无效的空转的查询，有效的提高的加锁的效率。
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ps: 这种方式，性能确实提高，但是实现起来的复杂度也很高，这部分源码有点东西，快看晕了。
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总结﻿
今天我们主要介绍 Redis 发布订阅功能，主要对应的 Redis 命令为:
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subscribe channel [channel ...]  订阅一个或多个频道
unsubscribe channel  退订指定频道
publish channel message 发送消息
psubscribe pattern  订阅指定模式
punsubscribe pattern  退订指定模式
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我们可以利用 Redis  发布订阅功能，实现的简单 MQ 功能，实现上下游的解耦。
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不过需要注意了，由于 Redis 发布的消息不会被持久化，这就会导致新订阅的客户端将不会收到历史消息。
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所以，如果当前的业务场景不能容忍这些缺点，那还是用专业 MQ 吧。
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最后介绍了两个使用 Redis 发布订阅功能使用场景供大家参考。
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