Redis 发布订阅,小功能大用处,真没那么废材!

    科技2022-07-31  110

    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 「subscribe」、「psubscribe」、「unsubscribe」、「punsubscribe」 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。看到这里是不是感觉这个功能挺废材的,不要急,往下看,适合的场景还是有大用处的~

    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_result、pay_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。

    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。

    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。

    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。

    有道无术,术可成;有术无道,止于术

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    好文章,我在看❤️

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