Redis 如何实现发布、订阅？

Redis 如何实现发布、订阅？

面试考察点

面试官提出这个问题，通常意在考察以下几个方面：

1. 对 Redis 核心功能的掌握：你是否了解 Redis 除了缓存之外，还提供了哪些高级特性。
2. 对发布/订阅模式的理解：你能否清晰地解释这种经典的消息通信模式，并说明它与消息队列（如 RabbitMQ, Kafka）的异同。
3. 对机制与局限性的认识：你是否理解其非持久化、无消息堆积能力、消息“即发即弃” 等关键特性，这决定了你是否能为其选择正确的应用场景。

核心答案

Redis 通过内置的 PUBLISH、SUBSCRIBE、PSUBSCRIBE 等命令实现了一个轻量级、高性能但非持久化的发布/订阅（Pub/Sub）消息系统。

其核心机制是：服务器维护一个 pubsub_channels 字典来记录频道与订阅者（客户端）的映射关系。当客户端订阅（SUBSCRIBE）某个频道时，它就会被添加到对应频道的订阅者列表中。当有消息发布（PUBLISH）到该频道时，Redis 服务器会遍历这个列表，将消息推送给所有在线的订阅者。此外，还支持通过 PSUBSCRIBE 命令进行模式订阅，使用 pubsub_patterns 链表来实现全局模式匹配。

技术深度解析

原理/机制

1. 数据结构：
   • pubsub_channels：一个字典，键是频道名，值是一个链表，链表中保存了所有订阅了该频道的客户端引用。
   • pubsub_patterns：一个链表，其中每个节点保存了一个模式字符串和订阅了该模式的客户端。
2. 工作流程：
   • 订阅：执行 SUBSCRIBE news.java，客户端 client-1 会被添加到 pubsub_channels[“news.java”] 链表中。
   • 发布：执行 PUBLISH news.java “Hello”，Redis 会： a. 从 pubsub_channels 中找到键为 “news.java” 的链表，将消息 “Hello” 依次发送给链表中的所有客户端。 b. 遍历 pubsub_patterns 链表，检查 “news.java” 是否匹配任何模式（如 news.*），如果匹配，则同样将消息发送给对应的客户端。
   • 退订：执行 UNSUBSCRIBE 会将客户端从相应的链表或字典中移除。

代码示例

以下是一段示例代码：

// 1. 发布者
@Component
public class RedisMessagePublisher {
    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;
    
    public void publishMessage(String channel, String message) {
        // 核心发布方法
        redisTemplate.convertAndSend(channel, message);
    }
}

// 2. 订阅者（消息监听器）
@Component
public class RedisMessageSubscriber implements MessageListener {
    // 当有消息到达订阅的频道时，此方法被自动回调
    @Override
    public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
        String channel = new String(message.getChannel());
        String body = new String(message.getBody());
        System.out.println(String.format("收到来自频道 [%s] 的消息：%s", channel, body));
    }
}

// 3. 配置类（关键）：将监听器绑定到指定的频道
@Configuration
public class RedisPubSubConfig {
    @Autowired
    private RedisConnectionFactory connectionFactory;
    @Autowired
    private RedisMessageSubscriber messageSubscriber;
    
    @Bean
    public ChannelTopic topic() {
        // 定义监听的频道名
        return new ChannelTopic("news.java");
    }
    
    @Bean
    public RedisMessageListenerContainer messageListenerContainer() {
        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(connectionFactory);
        // 将 messageSubscriber 与 “news.java” 频道绑定
        container.addMessageListener(messageSubscriber, topic());
        return container;
    }
}

对比分析与最佳实践

• Pub/Sub vs 消息队列：这是最重要的区分。
  • Pub/Sub：是广播模式。一条消息会被所有当前在线的订阅者收到。如果订阅者中途下线，将错过下线期间发布的消息（无持久化）。
  • 消息队列（如 List 结构实现）：是负载均衡/Worker 模式。一条消息只会被一个消费者取出并处理。消息可以持久化存储在 Redis 的 List 中，直到被消费。
• 最佳实践与适用场景：
  • 适用：实时通知、聊天室、配置热更新、微服务间的轻量级事件广播（对消息可靠性要求不高）。
  • 不适用：需要保证消息必达、顺序性、有大量消息积压、或需要复杂路由（如延迟队列、死信队列）的业务场景。这类场景应选用专业的消息中间件。
• 常见误区：
  1. 误用作持久化消息队列：这是最常见的错误。Redis Pub/Sub 的设计目标就是实时推送，不是可靠存储。
  2. 忽略客户端断连问题：网络不稳定或客户端重启会导致消息丢失，生产环境必须设计重连和状态恢复机制。
  3. 混淆 PSUBSCRIBE 和 SUBSCRIBE：模式订阅更灵活，但性能开销略高于精确频道订阅，在频道数极多时需注意。

总结

Redis 发布订阅是一个基于内存、高性能的轻量级消息通信方案，通过内部字典和链表高效管理频道与订阅者关系，非常适合对实时性要求高、允许少量消息丢失的广播场景，但在需要高可靠、可堆积的消息通信时，应选择专业的消息中间件。