前言

上一篇介绍了 Redis 是如何进行通信的。这节开始介绍一个常见的具体通信例子：消息队列。

消息队列（Message Queue）是一种常见的通信方式，它是一种异步通信模式，主要由发送者（也称生产者）、消息队列、接收者（也称消费者）组成，发送者负责将消息发送到消息队列中，消息队列负责对消息进行存储，接收者负责从消息队列中取出消息并进行处理。

乍一看好像很简单，但是想要实现一个稳定的消息队列，有很多细节都需要保证，比如以下三个基本要求：

• 消息保序：消费者需要按照生产者发送消息的顺序来处理信息；
• 处理重复消息：如果因为网络堵塞而出现消息重传，对于重复的消息只能处理一次；
• 保证消息可靠性：如果因为故障导致消息没有处理完成，需要保证消息可靠性执行；

除此之外，还需要有很多扩展功能以应对不同的应用场景，所以小小的一个消息队列实现起来就成了一个小系统了。

市面上有很多成熟的消息队列系统，RabbitMQ、Kafka、ActiveMQ 等，Redis 也提供了三种消息队列的实现方式，来应对不同的场景。接下来我将简单介绍一下这三种实现方式：基于链表实现、发布订阅机制、Stream。

基于链表实现

参考消息队列的工作模式，最简单的实现方式就是使用链表来实现了，只需要用一个链表来存储数据，然后发送者在链表一端添加数据，而消费者在另一端取出数据即可。

为了解决重复消息的问题，可以给每一个数据添加一个全局唯一标识，来判断该消息是否已经处理过；为了保证消息的可靠性，可以开启 Redis 的持久化（后面会细说）。

可见，基于链表实现消息队列非常方便，而且可以满足于许多简单的应用场景。但是还有几个明显的问题：

• 多个消费者不能消费同一条消息，一个消息消费完就会被删除；
• 如果生产者消息发送很快，而消费者处理消息的速度比较慢，这就导致链表中的消息越积越多，给内存带来很大压力。

发布/订阅机制

为了解决上述提到的两个问题，Redis 实现了发布/订阅（pub/sub）机制，允许多个客户端通过订阅特定的频道来接收消息。

Redis 的 SUBSCRIBE 命令可以让客户端订阅任意数量的频道， 每当有新信息发送到被订阅的频道时， 信息就会被发送给所有订阅指定频道的客户端。

一旦客户端订阅了某个频道，它就会一直监听该频道，直到取消订阅或连接断开。在这个过程中，Redis 实例和客户端会保持一个 TCP 长连接用于传递消息。

基于频道的发布/订阅

发布者可以向指定的频道（channel）送消息；订阅者可以订阅一个或者多个频道，所有订阅此频道的订阅者都会收到此消息。

发布者发布消息的命令是 publish，用法是 publish channel message，该命令的返回值表示接收这条消息的订阅者数量。

订阅频道的命令是 subscribe，用法是 subscribe channel1 [channel2 …]，客户端进入订阅状态后，只能使用 subscribe、unsubscribe、psubscribe、punsubscribe 这四个属于"发布/订阅"的命令，否则会报错。

subscribe 订阅的频道只能通过 unsubscribe 取消订阅；unsubscribe 如果没有参数会取消订阅所有频道；

psubscribe/punsubscribe 表示订阅/取消“订阅模式”，也就是下文将会介绍的基于模式的发布/订阅；

进入订阅状态后客户端可能收到 3 种类型的回复，每种类型的回复都包含 3 个值：

• subscribe：表示订阅成功的反馈信息。第二个值是订阅成功的频道名称，第三个是当前客户端订阅的频道数量。
• message：表示接收到的消息，第二个值表示产生消息的频道名称，第三个值是消息的内容。
• unsubscribe：表示成功取消订阅某个频道。第二个值是对应的频道名称，第三个值是当前客户端订阅的频道数量，当此值为0时客户端会退出订阅状态，之后就可以执行其他非"发布/订阅"模式的命令了。

具体如下所示：

127.0.0.1:6379> subscribe test
1) "subscribe"		#订阅成功
2) "test"			#订阅成功的频道
3) (integer) 1		#当前客户端订阅的频道数量#当发布者发布消息 publish test Hello，订阅者读取到的消息如下
1) "message"		#收到消息
2) "test"			#产生消息的频道
3) "Hello"			#消息内容

实现

底层是通过字典实现的，这个字典（pubsub_channels）就用于保存订阅频道的信息：字典的键为正在被订阅的频道， 而字典的值则是一个链表， 链表中保存了所有订阅这个频道的客户端。

频道订阅：订阅频道时先检查字段内部是否存在；不存在则为当前频道创建一个字典且创建一个链表存储客户端 ID；否则直接将客户端 ID 插入到链表中。

取消频道订阅：取消时将客户端 ID 从对应的链表中删除；如果删除之后链表已经是空链表了，则将会把这个频道从字典中删除。

发送数据：频道接收到消息后，会遍历链表，然后将消息推送给所有订阅该频道的客户端。

基于模式的发布/订阅

除了按照频道名订阅频道外，发布/订阅机制还支持基于模式的发布/订阅，即允许消费者通过指定一个模式来订阅多个频道。模式可以匹配通配符，例如 “?” 表示 1 个占位符，“*” 表示任意个占位符，“?*” 表示 1 个以上占位符。

具体使用方法与订阅频道时类似，只是命令前面加上了 p，如 psubscribe/punsubscribe 表示订阅/取消订阅频道。

使用 psubscribe 命令可以重复订阅同一个频道，如客户端执行了 psubscribe c? c?*。这时向 c1 发布消息客户端会接受到两条消息。同样的，如果有另一个客户端执行了 subscribe c1 和 psubscribe c?* 的话，向 c1 发送一条消息该客户顿也会受到两条消息（但是是两种类型：message 和 pmessage）同时 publish 命令也返回 2。

通过订阅模式接收到的信息， 和通过订阅频道接收到的信息的格式不太一样：

• pmessage ：表示接收到的信息，第二个值表示被匹配的频道的名字，第三个值表示信息的实际内容。

实现

底层是 pubsubPattern 节点的链表。

typedef struct pubsubPattern {redisClient *client;	//订阅模式的客户端robj *pattern;			//被订阅的模式
} pubsubPattern;

模式订阅：新增一个 pubsubPattern 数据结构添加到链表的最后尾部，同时保存客户端 ID。

取消模式订阅：从当前的链表 pubsubPatterns 结构中删除需要取消的模式订阅。

发送数据：当发布者发送消息时，会遍历所有的订阅模式进行模式匹配，再向匹配的客户端发送数据。如果订阅的模式数量很多，会耗费很多的计算资源，降低性能。

Redis 的发布/订阅机制，相较于链表实现，有以下优点：

• 实现了多对多的消息传递：一个消息可以被多个订阅者接收，一个订阅者也可以订阅多个频道；
• 推送消息：Redis 实现的推送消息，可以让订阅者不用轮询等待消息，避免了不必要的开销；

但是仍然存在着一些缺陷：依靠 Redis 自身的持久化不可靠、无法重复消费消息、无法实现历史消息、无法保证消息的传递等等。

Stream

之前在 Redis 的九大数据类型中就介绍过 Stream，是专门为消息队列设计的数据结构，具体的就不在这里再赘述了，总得来说就是 Stream 支持消息的持久化、自动生成全局唯一 ID、ack 确认消息的模式、消费组模式等，让消息队列更加的稳定和可靠。

但是 Stream 实现的消息队列与 Kafka、RabbitMQ 等专业的消息队列系统相比，仍然有一些缺陷：无法解决消息堆积的问题、无法保证消息的可靠性、不能支持一些如消息转发、过滤等高级功能。

但是，任何实现方式都有其优点和缺点，我们应该根据实际的业务场景来选择最合适的实现方式。

最后

本文介绍了 Redis 中的三种实现消息队列的方式。下一节将介绍 Redis 是如何实现数据可靠性的，即 Redis 的持久化。