深入理解 Redis Pub/Sub：一篇完整的介绍与使用指南

Redis 是一个广受欢迎的内存数据结构存储系统，它不仅仅是一个简单的键值对数据库。除了高性能的缓存、队列、集合等功能外，Redis 还提供了一个强大但经常被误解的特性：发布/订阅（Pub/Sub）。

本文将带你深入了解 Redis Pub/Sub 的工作原理、核心概念、使用方法，并探讨其优缺点和适用场景。

什么是发布/订阅（Pub/Sub）？

发布/订阅是一种消息通信模式，它包含两个核心角色：

发布者（Publisher）: 消息的发送方。发布者将消息发送到特定的“频道”（Channel），但它不关心谁会接收这些消息。
订阅者（Subscriber）: 消息的接收方。订阅者可以对一个或多个频道表现出兴趣，并“订阅”它们。当有消息被发布到这些频道时，所有订阅了该频道的订阅者都会收到这个消息的副本。

这种模式最大的特点是解耦（Decoupling）。发布者和订阅者之间没有直接的联系，它们通过一个中介——频道——进行通信。发布者不需要知道订阅者的存在，订阅者也不需要知道发布者的信息。

(图片来源: redis.io)

Redis Pub/Sub 的核心机制

在 Redis 中，Pub/Sub 机制允许客户端订阅任意数量的频道，从而实现实时的消息传递。

关键命令

Redis Pub/Sub 的实现主要依赖以下几个命令：

PUBLISH channel message: 将 message 发布到指定的 channel。任何订阅了该频道的客户端都会收到此消息。返回值为接收到此消息的订阅者数量。
SUBSCRIBE channel [channel ...]: 订阅一个或多个指定的频道。一旦客户端进入订阅状态，它就只能接收与 Pub/Sub 相关的消息，不能执行其他命令（除了 UNSUBSCRIBE 和 PSUBSCRIBE 等）。
UNSUBSCRIBE [channel [channel ...]]: 退订一个或多个频道。如果没有指定频道，则退订所有已订阅的频道。
PSUBSCRIBE pattern [pattern ...]: 订阅一个或多个与 pattern 匹配的频道。这里的模式支持 * 通配符，例如 news.* 可以匹配 news.tech、news.sports 等所有以 news. 开头的频道。
PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern ...]]: 退订指定的模式。

工作流程

一个或多个 Redis 客户端（订阅者）执行 SUBSCRIBE 或 PSUBSCRIBE 命令，开始监听特定的频道或模式。
另一个 Redis 客户端（发布者）执行 PUBLISH 命令，向某个频道发送消息。
Redis 服务器接收到消息后，会立即将其转发给所有订阅了该频道的客户端。
这个过程是“即发即弃”（Fire and Forget）的。如果消息发布时没有任何订阅者，那么这条消息就会丢失，不会被存储或保留。

使用指南：Python 实战示例

下面我们通过 Python 的 redis-py 库来演示如何使用 Redis Pub/Sub。首先，请确保你已经安装了该库：

bash pip install redis

1. 发布者 (publisher.py)

发布者负责向频道发送消息。代码非常简单：

“`python
import redis
import time

连接到 Redis

decode_responses=True 会将从 Redis 接收的二进制数据自动解码为 UTF-8 字符串

r = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379, decode_responses=True)

channel_name = ‘news_channel’

print(f”开始向频道 ‘{channel_name}’ 发布消息…”)

for i in range(5):
message = f”这是第 {i+1} 条新闻！”
print(f”发布: ‘{message}'”)
# PUBLISH 命令返回接收到消息的订阅者数量
subscriber_count = r.publish(channel_name, message)
print(f” (有 {subscriber_count} 个订阅者接收到了此消息)”)
time.sleep(2)

发布一条结束消息

r.publish(channel_name, ‘STOP’)
print(“发布结束。”)
“`

2. 订阅者 (subscriber.py)

订阅者会持续监听频道，直到收到特定的停止信号。

“`python
import redis

连接到 Redis

r = redis.Redis(host=’localhost’, port=6379, decode_responses=True)

channel_name = ‘news_channel’

创建一个 PubSub 对象

p = r.pubsub()

订阅频道

p.subscribe(channel_name)

print(f”已订阅频道 ‘{channel_name}’，等待消息…”)

持续监听消息

for message in p.listen():
# message 是一个字典，包含 type, channel, data 等键
# 刚订阅时会收到一个 ‘subscribe’ 类型的消息
if message[‘type’] == ‘message’:
print(f”收到消息: ‘{message[‘data’]}'”)

    # 如果收到 'STOP' 消息，则退出循环
    if message['data'] == 'STOP':
        print("收到停止信号，取消订阅。")
        break

取消订阅并关闭连接

p.unsubscribe()
p.close()
print(“订阅已结束。”)
“`

如何运行

打开一个终端，运行订阅者脚本：python subscriber.py
打开另一个终端，运行发布者脚本：python publisher.py

你将看到，当发布者发送消息时，订阅者的终端会几乎同时打印出接收到的消息。

优点与局限性

优点

实时性: 消息的发布和接收几乎没有延迟，非常适合需要实时通信的场景。
简单易用: API 非常简单，只有几个核心命令，上手快。
完全解耦: 发布者和订阅者相互独立，系统灵活性和可扩展性高。你可以随时增加或减少发布者和订阅者，而无需修改其他部分的代码。

局限性

消息不保证送达（At-Most-Once Delivery）: 这是 Redis Pub/Sub 最重要的一个特性。如果订阅者在消息发布时掉线或尚未连接，它将永远不会收到这条消息。Redis 不会为离线的订阅者保留消息。
无消息持久化: 消息是即时发送的，不会在 Redis 中存储。如果需要持久化、有历史消息追溯能力，Pub/Sub 并不适合。
订阅者状态: SUBSCRIBE 是一个阻塞命令。一旦客户端进入订阅状态，它就不能执行其他非 Pub/Sub 命令，通常需要为订阅者创建独立的连接。
无消息确认机制: 发布者不知道消息是否被订阅者成功处理。

何时使用 Redis Pub/Sub？

基于其优缺点，Redis Pub/Sub 特别适用于以下场景：

实时通知系统: 例如，当一个新用户注册时，向所有管理员客户端发送通知。
实时聊天室/弹幕: 多个用户订阅同一个聊天室频道，用户发送的消息被发布到该频道，所有订阅者都能收到。
数据分发: 将数据（如股价、系统指标）实时分发给多个客户端或服务进行处理。
触发器: 当某个事件发生时（如缓存失效），通过 Pub/Sub 通知其他进程进行相应操作（如更新缓存）。

替代方案：Redis Streams

如果你发现 Redis Pub/Sub 的“消息不持久化”和“不保证送达”的特性无法满足你的需求，那么你应该考虑使用 Redis 5.0 之后引入的 Redis Streams。

Redis Streams 是一个功能更强大的消息队列系统，它提供了：

消息持久化: 消息会被保存在内存中。
消费组（Consumer Groups）: 允许多个消费者协作处理同一个流中的消息，实现负载均衡和故障转移。
消息确认（ACK）: 确保消息被成功处理。
历史消息查询: 可以从任意位置开始读取消息。

简而言之，当可靠性比实时性更重要时，Redis Streams 是更好的选择。

总结

Redis Pub/Sub 是一个轻量级、高性能的实时消息传递系统。它的核心优势在于简单和快速，通过解耦发布者和订阅者，极大地提高了系统的灵活性。然而，它“即发即弃”的特性也决定了它不适用于需要高可靠性、消息持久化和复杂消息处理的场景。

在选择是否使用 Redis Pub/Sub 时，请务必仔细评估你的业务需求：如果你需要一个简单的实时通知机制，并且可以容忍偶尔的消息丢失，那么它是一个绝佳的选择。否则，功能更完备的 Redis Streams 或其他专业的消息队列（如 RabbitMQ, Kafka）可能更适合你。