Redis | 第8章发布订阅与事务《Redis设计与实现》

2022-08-02 21:12:31

前言
1. 发布订阅
2. 事务
最后

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.csdn.net/dlhjw1412/article/details/119713214

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：

struct 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：

struct 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：

typedef 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：

typedef 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：

typedef 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：

typedef 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 BGSAVE
AOF 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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