手写发布订阅模式：面试核心技能与实战解析

一、面试考察的核心：为什么问发布订阅？

发布订阅模式（Publish-Subscribe Pattern）是解决松耦合通信的经典设计，在面试中常被用来考察候选人对系统解耦、事件驱动架构和设计模式的理解。面试官可能通过以下问题切入：

1. 基础问题：解释发布订阅模式的核心思想，与观察者模式的区别？
2. 代码实现：手写一个简单的发布订阅实现，支持多主题、多订阅者。
3. 场景设计：如何用发布订阅实现消息队列、实时日志系统或前端事件总线？
4. 优化挑战：如何解决重复消费、消息顺序、性能瓶颈等问题？

这些问题不仅考察编码能力，更关注候选人对系统扩展性、异常处理和性能优化的深入思考。

二、发布订阅模式的核心设计

1. 模式定义与角色

发布订阅模式包含三个核心角色：

• Publisher（发布者）：生成事件并发送到指定主题（Topic）。
• Subscriber（订阅者）：监听特定主题，接收并处理事件。
• Event Bus（事件总线）：管理主题与订阅者的映射关系，负责消息路由。

2. 关键设计原则

• 主题隔离：不同主题的消息互不干扰，支持动态增减。
• 异步通信：发布者与订阅者无需同步等待，提升系统吞吐量。
• 解耦性：发布者和订阅者无需直接引用对方，仅通过事件总线交互。

三、手写实现：从零构建发布订阅系统

1. 基础版本实现（TypeScript示例）

class EventBus {
  private subscribers: Map<string, Function[]> = new Map();
  // 订阅主题
  subscribe(topic: string, callback: Function) {
    if (!this.subscribers.has(topic)) {
      this.subscribers.set(topic, []);
    }
    this.subscribers.get(topic)!.push(callback);
  }
  // 发布消息
  publish(topic: string, data: any) {
    const callbacks = this.subscribers.get(topic);
    if (callbacks) {
      callbacks.forEach(callback => callback(data));
    }
  }
  // 取消订阅
  unsubscribe(topic: string, callback: Function) {
    const callbacks = this.subscribers.get(topic);
    if (callbacks) {
      const index = callbacks.indexOf(callback);
      if (index !== -1) {
        callbacks.splice(index, 1);
      }
    }
  }
}
// 使用示例
const bus = new EventBus();
// 订阅者A
bus.subscribe('login', (user) => {
  console.log('Subscriber A:', user);
});
// 订阅者B
bus.subscribe('login', (user) => {
  console.log('Subscriber B:', user.id);
});
// 发布者
bus.publish('login', { id: 123, name: 'Alice' });

2. 关键代码解析

• subscribers映射：使用Map存储主题与回调函数的对应关系，支持动态主题。
• 发布逻辑：遍历主题下的所有回调函数，触发异步执行。
• 取消订阅：通过回调函数引用精准移除订阅者。

四、面试中的进阶问题与解决方案

1. 问题1：如何支持通配符主题（如user.*）？

解决方案：引入主题匹配规则，例如：

class WildcardEventBus extends EventBus {
  publish(topic: string, data: any) {
    // 遍历所有主题，匹配通配符
    this.subscribers.forEach((callbacks, pattern) => {
      if (this.matchTopic(pattern, topic)) {
        callbacks.forEach(callback => callback(data));
      }
    });
  }
  private matchTopic(pattern: string, topic: string): boolean {
    // 实现通配符匹配逻辑（如*匹配任意字符）
    return true; // 简化示例
  }
}

2. 问题2：如何避免消息丢失或重复消费？

优化策略：

• 持久化：将未处理的消息存入数据库或缓存（如Redis）。
• 确认机制：订阅者处理完成后返回ACK，超时未确认则重发。
• 去重标识：为每条消息生成唯一ID，订阅者记录已处理ID。

3. 问题3：如何提升高并发下的性能？

优化方向：

• 批量发布：合并短时间内同一主题的多个消息。
• 并行处理：使用Worker线程或集群模式分发消息。
• 限流策略：控制订阅者的处理速率，避免雪崩。

五、实际应用场景与代码扩展

1. 场景1：前端事件总线

在React/Vue中实现跨组件通信：

const uiBus = new EventBus();
// 组件A（发布者）
uiBus.publish('theme-change', 'dark');
// 组件B（订阅者）
uiBus.subscribe('theme-change', (theme) => {
  document.body.className = theme;
});

2. 场景2：后端消息队列

模拟Kafka的简化版：

class KafkaLikeBus {
  private partitions: Map<string, { offset: number; messages: any[] }[]> = new Map();
  produce(topic: string, message: any) {
    if (!this.partitions.has(topic)) {
      this.partitions.set(topic, Array(3).fill(null).map(() => ({ offset: 0, messages: [] })));
    }
    const partition = Math.floor(Math.random() * 3);
    this.partitions.get(topic)![partition].messages.push(message);
  }
  consume(topic: string, partition: number, callback: Function) {
    const part = this.partitions.get(topic)?.[partition];
    if (part) {
      while (part.messages.length > 0) {
        callback(part.messages.shift());
      }
    }
  }
}

六、面试应对建议

1. 明确需求：先确认面试官对发布订阅的具体要求（如是否需要持久化、通配符等）。
2. 分步实现：从基础版本开始，逐步添加功能（如错误处理、异步支持）。
3. 边界思考：主动讨论异常场景（如空主题、回调函数报错）的解决方案。
4. 对比优劣：指出发布订阅与观察者模式、消息队列的区别与适用场景。

通过系统化的设计与代码实现，候选人不仅能展示技术深度，更能体现对系统架构的全局思考能力。