Redis 发布订阅,小功能大用处,真没那么废材!

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今天小黑哥来跟大家介绍一下 Redis 发布/订阅功能。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

这时我们会发现上面这样的系统架构存在很多问题:

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。

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。

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。

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。

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。

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。

讲到这里,这就需要引入今天需要介绍发布订阅机制。

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。

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。

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。

这样就可以解耦系统上下游之间调用关系。

接下来我们来看下,我们来看下如何使用 Redis 发布订阅功能。

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。

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:

publish channel message

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 。

接下来我们使用 subscribe 订阅一个或多个频道

subscribe channel [channel ...]

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,

当前订阅者就会收到消息。

我们子在使用订阅命令,需要主要几点:

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 subscribepsubscribeunsubscribepunsubscribe 这四个命令。

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。

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。

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。

使用 Redis 订阅模式,我们需要使用一个新的指令 psubscribe

我们执行下面这个指令:

psubscribe pay.*

那么一旦有其他客户端往 pay 开头的频道,比如 pay_resultpay_xxx,我们都可以收到消息。

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:

punsubscribe pay.*

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。

下面的例子主要基于 Jedis,maven 版本为:

<dependency>
 <groupId>redis.clients</groupId>
 <artifactId>jedis</artifactId>
 <version>3.1.0</version>
</dependency>

其他 Redis 客户端大同小异。

jedis 发布代码比较简单,只需要调用 Jedis 类的 publish 方法。

// 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");

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。

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);
    }

}

其次我们需要调用 Jedis 类的 subscribe 方法:

Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
jedis.auth("xxx");
jedis.subscribe(new MyListener(), "pay_result");

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。

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。

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。

首先我们需要引入相应的 startter 依赖:

<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>

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。

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:

@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();
    }
}

接着我们只需要注入 Spring- Redis 相关 Bean,比如:

  • 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
@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);
    }

}

最后我们使用 StringRedisTemplate#convertAndSend 发送消息,同时 Receiver 将会收到一条消息。

@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);
    }
}

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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),

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。

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。

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。

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

首先我们来看下 redission 加锁的方法:

Redisson redisson = ....
RLock redissonLock = redisson.getLock("xxxx");
redissonLock.lock();

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。

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?

这里其实有两种实现方法:

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。

实现伪码如下:

while (true) {
  boolean result=lock();
  if (!result) {
    Thread.sleep(N);
  }
}

这种方式实现起来起来简单,不过缺点也比较多。

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。

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。

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。

这个服务通知的机制我们可以使用 Redis 发布订阅模式。

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。

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。

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。

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。

感兴趣的小伙伴可以自己看下 redission 加锁的源码。

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。

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。

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:

  • 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

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。

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。

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。

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。


本文首发于: https://studyidea.cn/redis-subpub

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