Redis | 第8章 发布订阅与事务《Redis设计与实现》#yyds干货盘点#

飞奔的炮台

@[TOC](第8章 发布订阅与事务)
前言
参考资料：《Redis设计与实现 第二版》；
第三部分为独立功能的实现，主要由以下模块组成：发布订阅、事务、Lua 脚本、排序、二进制位数组、慢查询日志、监视器；
本篇将介绍 Redis 的发布订阅与事务。Redis 提供了频道与模式的订阅与退订，支持对频道发送消息。Redis 的事务机制支持一次性、按顺序执行多个命令，以及事务的 ACID 性质；
与本章相关的 Redis 命令总结在下篇文章，欢迎点击收藏，本篇将不再重复：
《Redis常用命令及示例总结（API）》：https://blog.51cto.com/dlhjw/4744855
1. 发布订阅

1.1 频道的订阅与退订

• 客户端使用 SUBSCRIBE 命令订阅某个或某些频道；
  
• 客户端使用 UNSUBSCRIBE 命令退订频道；
  
• Redis 将所有频道的订阅关系保存在服务器状态的 pubsub_challens 字典里：

  redisService{
    //...
    //保存所有频道的订阅关系
    dict *pubsub_channels;
  };

• 频道订阅的情况：
  
  
  
  • 频道已有其他订阅者，则将客户端添加到订阅者链表末端；
    
  • 反之，字典里没有该频道，则创建一个键值对项；
    
  
  
• 频道退订的情况：
  
  
  
  • 找到频道对应链表，删除客户端信息；
    
  • 若删除后链表长度为0，则删除键；
    
  
  

1.2 模式的订阅与退订

• 客户端使用 PSUBSCRIBE 命令订阅某个或某些模式；
  
• 客户端使用 PUNSUBSCRIBE 命令退订模式；
  
• Redis 将所有模式的订阅关系保存在服务器状态的 pubsub_patterns 链表里：

  redisServer{
    //...
    //保存所有模式订阅关系，记录被订阅的模式
    list *pubsub_patterns;
  };

• pubsub_patterns 链表保存的结构体如下：

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

• 客户端在订阅模式时，会创建一个 pubsubPattern 结构体，并添加到链表尾部；
  
• 客户端在退订模式时，遍历链表删除对应模式；
  

1.3 发送消息

• 客户端执行 PUBLISH channel message 命令将 message 消息发送给 channel 频道，然后服务器将消息发送给频道与模式订阅者；
  
• 将消息发送给频道订阅者：
  
  
  
  • 在 pubsub_channels 字典里找到频道 channel 的所有订阅者名单（链表），然后将消息发送给名单上的所有客户端；
    
  
  
• 将消息发送给模式订阅者：
  
  
  
  • 遍历 pubsub_patterns 链表，查找与 channel 频道相匹配的模式，然后将消息发送给订阅了这些模式的客户端；
    
  
  

1.4 查看订阅消息

• 客户端使用 PUBSUB 命令查看频道或模式的相关信息；
  
• PUBSUB CHANNELS [pattern] 命令用于返回服务器当前被订阅的频道；
  
• PUBSUB NUMSUB [channel ...] 命令接受任意多个频道作为输入参数，返回这些频道的订阅者数量。通过查询 pubsub_channels 字典中对应频道键的链表值的长度；
  
• PUBSUB NUMPAT 命令用于返回服务器当前被订阅模式的数量。通过查询 pubsub_patterns 链表的长度；
  

2. 事务

• 事务提供一种将多个命令打包，然后一次性、按顺序执行多个命令的机制；
  
• 并且在事务执行期间，服务器不会中断事务而改去执行其他客户端的命令请求；
  

2.1 事务的实现

• 事务开始：
  
  
  
  • 使用 MULTI 命令；
    
  • 通过修改客户端状态中 flags 属性为 REDIS_MULTI 实现；
    
  
  
• 命令入队：
  
  
  
  • 当客户端切换到事务模式时，会根据命令不同采取不同的操作；
    
  • 与事务相关的命令有：EXEC、DISCARD、WATCH、MULTI；
    
    
  
  
• 事务队列：
  
  
  
  • Redis 客户端里有事务状态属性 mstate：
    

  struct redisClient{
    //...
    //事务状态
    multiState mstate;
  } redisClient;

  
  
  • multiState 事务状态结构，包含事务队列与计数器：
    

  struct multiState{
    //事务队列，FIFO排序
    multiCmd *commands;
    //已入队命令计数
    int count;
  } multiState;

  
  
  
  
• 执行事务：
  
  
  
  • 处于事务状态的客户端向服务器发送 EXEC 命令时，会执行事务；
    
  • 服务器遍历客户端的事务队列，执行队列中保存的所有命令，将执行结果返回给客户端；
    
  
  

2.2 WATCH 命令的实现

• WATCH 命令是一个乐观锁；
  
• 在执行 EXEC 命令前：监视任意数量的数据库建；
  
• 在执行 EXEC 命令时：检查被监视的键是否至少有一个已经被修改，是则拒绝执行事务，返回错误；
  
• Redis 数据库保存一个 watched_keys 字典：

  struct redisDb{
    //...
    // 字典，键表示被 WATCH 命令监视的数据库键；值为链表，记录监视该键的客户  端
    dict *watched_keys;
  } redisDb;

• 所有对数据库进行修改的命令，在执行后都会调用 multi.c/touchWatchKey 函数对 watched_keys 字典进行检查：
  
  
  
  • 如果有客户端监视被修改的键，则将客户端的 REDIS_DIRTY_CAS 标识打开，表示客户端的事务安全性被破坏；
    
  
  
• 服务器接收到 EXEC 命令时，会根据客户端是否打开 REDIS_DIRTY_CAS 标识决定是否执行事务：
  
  
  
  • 如果打开，说明本次提交不安全，服务器会拒绝执行客户端提交的事务；
    
  • 否则说明事务安全，可以提交；
    
  
  

2.3 事务的 ACID 性质

• Redis 数据库的事务具有原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)、耐久性(Durability)；
  
• 原子性：
  
  
  
  • 事务队列要么全部执行，要么一个都不执行；
    
  • Redis 不支持事务回滚机制(rollback)，事务队列中某个命令在执行期间出现错误，后续事务也会继续执行；
    
  
  
• 一致性：
  
  
  
  • 一致指：数据符合数据库本身的定义和要求，没有包含非法或无效的错误数据；
    
  • 数据库在执行事务之前是一致的，在执行事务之后，无论事务是否成功，数据库也应该是一致的；
    
  • Redis 的一致性有：入队错误、执行错误、服务器停机；
    
  
  
• 隔离性：
  
  
  
  • 数据库中多个事务并发执行，各个事务之间不会互相影响，并且与串行执行的结果相同；
    
  • 原因：Redis 使用单线程方式执行事务以及事务队列中的命令，且服务器保证在事务执行期间不会对事务中断；
    
  
  
• 耐久性：
  
  
  
  • 当一个事务执行完毕，执行事务所得的结果会被保存到永久性存储介质；
    
  • Redis 的事务耐久性由持久化模式支持：
    
  服务器的持久化模式事务的耐久性说明无持久化模式不具有RDB 持久化模式不具有服务器只会在特定条件下执行 BGSAVEAOF 持久化模式，且appendfsync 的值为 always具有程序总在执行命令后调用同步函数AOF 持久化模式，且appendfsync 的值为 everysec不具有程序每秒同步一次命令数据到硬盘AOF 持久化模式，且appendfsync 的值为 no不具有同步操作由操作系统决定服务器打开了 no-appendfsync-on-rewrite 选项不具有该选项打开时，服务器在执行 BGSAVE 或 BGREWRITEAOF 命令时，会暂时停止对 AOF 文件进行同步（尽可能减少 I/O 阻塞）
  
  
  
  • 不管 Redis 在上面模式下运行，在事务最后加上 SAVE 命令总可以保证事务的耐久性。但因为效率低，不具有实用性；
    
  
  

最后
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