【Redis】发布订阅模型 —— Pub/Sub 原理、消息队列、聊天系统实战

📞Redis 发布订阅模型 ------ Pub/Sub 原理、消息队列、聊天系统实战

🎯 引言

嘿，各位小伙伴，欢迎回到老曹的 Redis课堂！今天我们要聊的是一个非常有趣也非常实用的功能------发布订阅模型（Pub/Sub）。如果你觉得 Redis 只能用来做缓存和存储数据，那你可就太小看它的潜力了！

在这节课中，我们将深入探讨 Redis 的 Pub/Sub 模型是如何工作的，如何用它构建轻量级的消息队列，甚至动手做一个简易的聊天室系统。废话不多说，Let's go！

🎯 学习目标

理解 Redis Pub/Sub 的基本概念与工作机制
掌握 PUBLISH、SUBSCRIBE、PSUBSCRIBE 等核心命令
实现基于 Redis 的消息队列（Message Queue）
动手搭建一个多用户的实时聊天系统
探讨 Pub/Sub 在生产环境中的优缺点及替代方案

🔍 一、Redis Pub/Sub 基础知识

1.1 什么是发布订阅模式？

发布订阅是一种消息通信范式，允许发送者（Publisher）将消息广播给多个接收者（Subscriber）。这种模式类似于微信公众号：作者发布一篇文章，所有关注该公众号的人都能收到推送。

在 Redis 中：

频道（Channel）：相当于"公众号名称"
订阅者（Subscriber）：即关注者
发布者（Publisher）：就是那个发文章的人

1.2 核心命令一览

命令	作用
`SUBSCRIBE channel [channel...]`	订阅指定频道
`UNSUBSCRIBE [channel [channel...]]`	取消订阅
`PUBLISH channel message`	向频道发送消息
`PSUBSCRIBE pattern [pattern...]`	按模式匹配订阅多个频道
`PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern...]]`	取消按模式订阅

📌 示例演示：

bash 复制代码

# 客户端 A（订阅者）
127.0.0.1:6379> SUBSCRIBE news
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)
1) "subscribe"
2) "news"
3) (integer) 1

# 客户端 B（发布者）
127.0.0.1:6379> PUBLISH news "Hello World!"
(integer) 1

# 客户端 A 收到消息
1) "message"
2) "news"
3) "Hello World!"

🧠 二、工作原理解析（Mermaid 流程图）

下面是 Redis Pub/Sub 的内部流转过程：
Yes
No
Publish 发送消息
Redis Server
是否有订阅者?
转发至所有订阅者
丢弃消息
Client 1
Client 2
Client N...

🔍 关键点：

消息是即时传递的，不会持久化保存。
如果某个客户端断开连接后再重连，默认不会补发之前的消息。
Redis 使用内部结构维护频道与订阅者的映射关系。

🧪 三、实战项目①：简易消息队列

虽然 Redis Pub/Sub 不适合做严格意义上的消息队列（缺乏确认机制和持久化），但我们依然可以用它快速实现一个 demo 版 MQ。

步骤说明：

Step 1：创建消费者（Consumer）

python 复制代码

import redis

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def consume_messages(channel):
    pubsub = r.pubsub()
    pubsub.subscribe(channel)
    
    print(f"Listening on channel '{channel}'...")
    for msg in pubsub.listen():
        if msg['type'] == 'message':
            print(f"[Received]: {msg['data'].decode()}")

consume_messages('tasks')

Step 2：创建生产者（Producer）

python 复制代码

import redis
import time

r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

for i in range(5):
    task = f"Task #{i+1}"
    r.publish('tasks', task)
    print(f"[Sent]: {task}")
    time.sleep(1)

🚀 运行效果：

shell 复制代码

[Listening on channel 'tasks'...]
[Sent]: Task #1
[Received]: Task #1
[Sent]: Task #2
[Received]: Task #2
...

🎯 小贴士：

这种方法非常适合临时性的异步通知场景，比如邮件提醒、日志收集等。

💬 四、实战项目②：多人在线聊天室

现在我们升级一下难度，尝试做一个支持多用户实时交流的聊天室系统！

架构设计

使用 WebSocket 协议建立长连接
后端采用 Python + Flask-SocketIO
利用 Redis Pub/Sub 实现实时广播

核心代码片段

服务端（Flask + SocketIO）

python 复制代码

from flask import Flask, render_template
from flask_socketio import SocketIO, emit, join_room, leave_room
import redis

app = Flask(__name__)
app.config['SECRET_KEY'] = 'secret!'
socketio = SocketIO(app)
r = redis.Redis()

@app.route('/')
def index():
    return render_template('chat.html')

@socketio.on('join')
def handle_join(data):
    username = data['username']
    room = data['room']
    join_room(room)
    emit('status', {'msg': f'{username} has entered the room.'}, room=room)

@socketio.on('send_message')
def handle_send_message(data):
    room = data['room']
    msg = data['msg']
    r.publish(f'room:{room}', msg)  # 广播到 Redis 频道
    emit('receive_message', {'msg': msg}, room=room)

if __name__ == '__main__':
    socketio.run(app, debug=True)

前端页面（HTML + JS）

html 复制代码

<!-- chat.html -->
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/socket.io/4.0.0/socket.io.js"></script>
<script>
const socket = io();

document.getElementById('joinBtn').onclick = () => {
    const username = prompt("Enter your name:");
    const room = prompt("Enter room ID:");
    socket.emit('join', { username, room });
};

document.getElementById('sendBtn').onclick = () => {
    const input = document.getElementById('messageInput');
    socket.emit('send_message', {
        room: currentRoom,
        msg: input.value
    });
    input.value = '';
};
</script>

💡 效果预览：

当你打开多个浏览器窗口分别输入不同用户名进入同一房间时，就能看到文字实时跳动的效果啦！

⚠️ 五、Pub/Sub 的局限性和改进方向

5.1 主要缺陷

缺陷项	描述
❌ 无持久化	断线期间的消息丢失
❌ 无 ACK 机制	无法确认消息是否送达
❌ 内存占用高	大量活跃订阅会影响性能

5.2 生产环境推荐做法

对可靠性要求高的场景 → 使用 RabbitMQ/Kafka
需要历史消息追溯 → 自行扩展 Redis，记录每条消息到数据库
控制订阅数量 → 添加权限校验和限流措施

📊 六、高频面试题汇总

序号	问题	回答要点
Q1	Redis Pub/Sub 与普通 List 实现消息队列有何区别？	Pub/Sub 是广播式，List 是拉取式
Q2	是否可以使用通配符订阅多个频道？	可以，使用 PSUBSCRIBE 命令
Q3	如何优雅地关闭一个订阅连接？	调用 UNSUBSCRIBE 或直接断开连接
Q4	消费速度跟不上生产速度会怎样？	新消息覆盖旧消息，容易导致积压
Q5	Redis Pub/Sub 最大支持多少并发订阅？	理论上受操作系统文件句柄限制
Q6	能否在一个客户端同时既是发布者又是订阅者？	当然可以
Q7	消息是否会重复投递？	不会，除非网络抖动造成重试
Q8	如何检测某频道是否存在订阅者？	使用 PUBSUB NUMSUB 命令
Q9	Redis 集群环境下 Pub/Sub 行为如何变化？	所有节点共享全局订阅状态
Q10	是否可以在 Lua 脚本中调用 PUBLISH？	不建议这么做，可能导致阻塞

🎉 七、结语 & 下一步预告

今天我们完成了 Redis Pub/Sub 的全面学习，从基础理论到实战演练应有尽有。相信你现在对这个功能已经有了深刻的理解！

下一节我们将聚焦于 Pipeline 技术，教你如何大幅提升 Redis 的吞吐量。记得准时回来哦～