CN105740337A - 一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法，包括以下步骤：1、建立事件多级索引树和订阅多级索引树；2、用户将订阅请求或发布事件发送给事件匹配节点；3、事件匹配节点将接收到的发布事件插入到事件多级索引树中；4、根据事件多级索引树对订阅表达式进行简化处理，将得到的简化后的谓词插入订阅多级索引树中；5、针对接收到的订阅请求或者发布事件，找到与之匹配的事件或者订阅候选集合，然后进行逐一匹配；6、完成匹配之后，事件匹配节点将事件按照一定的路由协议发送给对应的订阅者。本发明在保证匹配准确性的同时，支持对复杂逻辑表达式的处理，而且既可以对新出现的事件消息快速找出合适的接收者，也可以对新的订阅请求快速找出对应的发布事件。

Description

一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法

技术领域

本发明涉及计算机网络中的发布订阅技术领域，特别涉及一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法。

背景技术

发布订阅是一种消息传播模式，消息的发布者将消息按照不同类别进行分类或描述，而不需要对消息的接收者有所了解；消息的接收者对属于某个类别或符合特定条件的消息提出订阅请求，只接收自身所感兴趣的信息，而不需要对发布者有所了解。发布订阅系统为信息交换和分布式工作流，提供了时间和空间上的解耦以及规模可扩展的通信基础架构。通常情况下，发布订阅系统包含三个模块——发布者、订阅者以及中间件(事件匹配节点)，中间件接收发布者的发布事件和订阅者的订阅请求，进行匹配之后将事件发送给所需的订阅者。

发布订阅系统具有异步性、松耦合和多点通信等特点，通过事件模型和订阅模型通常可将发布订阅模型分为基于主题和基于内容两种模式。其中基于内容的发布订阅系统表达能力较强，能够更细粒度地表达用户所感兴趣的事件，只有当消息的属性或内容满足订阅者定义的条件时，消息才会被投递到相应的订阅者。

在基于内容的发布订阅系统中，事件是发布者发布的信息，每个事件有一个唯一ID，同时包含一个或者多个(属性，值)二元组，用于描述该事件。不同的二元组之间的关系是逻辑与。而订阅者可根据自身感兴趣的内容提出订阅请求，每条订阅请求有一个唯一ID，同时包含一个或者多个谓词，每个谓词是一个三元组(属性，操作符，值)，用于表达用户所希望的属性和值之间所满足的约束关系。

在现有的事件匹配方案中，订阅条件大多只能支持单纯的逻辑与，极少数支持简单的逻辑或，对于大规模的复杂逻辑表达式则无能为力。此外，当前多数发布订阅系统只进行事件对大量订阅的匹配，只将新的事件发布给需要的用户。然而在某些情况下，尤其是在新型的内容中心网络中，用户会希望提出新的订阅请求后，能够立即收到满足该订阅条件的历史事件，而不仅仅是新发生的事件，因此还需要进行订阅请求对大量事件的匹配。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种事件快速匹配方法，能够实现对复杂逻辑表达式的进行处理，同时具有单订阅多事件和单事件多订阅两种模式，在保证匹配准确性的同时，既可以对新出现的事件消息快速找出合适的接收者，也可以对新的订阅请求快速找出对应的发布事件。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法，包括以下步骤：

步骤一：事件匹配节点根据自身已有信息预先建立并维护事件多级索引树和订阅多级索引树；通过事件多级索引树和订阅多级索引树，既可以对新的事件消息快速找到合适的接收者，也可以对新的订阅请求快速找到匹配的历史事件。

步骤二：用户在本地对数据进行编码和排序，并将订阅请求或发布事件发送给事件匹配节点；本发明中的事件匹配节点可以不直接存储消息正文，而事件描述信息和订阅请求所占空间都很小，因此只要有良好的网络数据传输能力和一定的计算能力，一般的PC甚至手机终端也可以成为事件匹配节点。

步骤三：事件匹配节点将接收到的发布事件插入到事件多级索引树中；

步骤四：根据事件多级索引树对订阅表达式进行简化处理，将得到的简化后的谓词插入订阅多级索引树中；

步骤五：针对接收到的订阅请求或者发布事件，找到与之匹配的事件或者订阅候选集合，然后进行直接匹配；

步骤六：完成匹配之后，事件匹配节点将事件按照路由协议发送给对应的订阅者。

其中，步骤一中建立事件多级索引树的具体步骤如下：事件匹配节点根据事件描述信息建立事件多级索引树，事件多级索引树各级分别为数据类型、属性、值和事件ID；其中对数值类型中的每个值，需要计算当前属性内小于等于该值的事件数量。类似地，步骤一中订阅多级索引树各级分别为操作符、属性名称、属性值和订阅ID。

其中，步骤二中用户在本地对数据进行编码的具体步骤为：使用哈希函数将值域为数值类型的属性名编码成正整数，值域为字符串类型的属性名编码成负整数。

其中，步骤四中根据事件多级索引树对订阅表达式进行简化处理的具体步骤如下：

步骤1：使用一个操作数栈、一个运算符栈和一个链表对中缀表达式进行处理，操作数栈中存储对应集合的元素个数，运算符栈存储出现过的运算符，链表对表达式进行逐步简化处理，计算逻辑或时不做变化，计算逻辑与时则只保留元素个数少的集合，具体处理步骤如下：

步骤1.1：按顺序读取中缀表达式的每一个字符，并根据字符的不同做出对应的处理，预先设置一个计数器，初始值为-1；

步骤1.2：若字符为‘#’，则计数器的值加1，表示对应的谓词在谓词数组中的下标，使用头插法将计数器的值插入链表。计算能够满足该谓词的事件ID个数，将结果压入操作数栈；

若字符为‘(’，则直接压入运算符栈并插入链表头部；

若字符为‘∧’或‘∨’，则首先将该字符插入链表头部；如果运算符栈是空栈或者其栈顶元素优先级数值小于当前字符，则将当前字符压入栈，否则弹出栈顶运算符，并从操作数栈中弹出两个操作数，根据运算符进行运算，将结果压入操作数栈；重复该过程直到运算符栈为空栈，或者其栈顶元素优先级小于当前字符，然后将当前字符压入运算符栈；

若字符为‘)’，则将‘)’插入链表头部，取出栈顶运算符，若栈顶运算符不是‘(’，则从操作数栈中弹出两个操作数，根据运算符进行运算，并将结果压入操作数栈，重复该过程直到遇到‘(’结束；

步骤1.3：若扫描结束，则检查操作符栈，如果该栈非空，取出栈顶元素，并从操作数栈中弹出两个操作数，根据步骤2中的运算符进行运算，重复步骤2直至清空操作符栈；

步骤2：在步骤1中出现运算时，如果运算符是‘∨’，将两个集合的元素个数之和近似代替它们并集的元素个数，如果运算符是‘∧’，将两个集合中元素个数较少的一个近似代替它们交集的元素个数，同时删除链表中对应的逻辑与运算符以及元素个数较多的集合；所有的逻辑与两端会有一端被删除，最后只剩逻辑或；对表达式中的逻辑与和逻辑或运算做了特殊处理，避开了求集合交集或并集这种时间开销更大的方式，在算法处理过程中使用栈和链表对订阅表达式进行处理，尽可能地缩小待匹配的集合，具有更快的匹配速度。

步骤3：将链表中的逻辑符号以及括号全部删除，得到订阅条件的简化谓词集合，其中谓词之间关系为逻辑或；任何发布事件必须至少满足该集合中的一个谓词，才有可能满足该订阅条件。

其中，步骤五中发布事件和订阅请求直接匹配的方法如下：逐步读取订阅表达式中的每一个字符，设置一个括号计数器，初始化为0，遇到左括号则加1，遇到右括号则减1。遇到‘#’时，提取相应的谓词，根据需要检查该谓词是否能够匹配发布事件；遇到‘∨’时，如果前面的表达式结果为真，对同一个括号内后方的表达式都不需要再计算；遇到‘∧’时，如果前面的表达式结果为假，其后方直接相邻的子表达式也不需要计算。若最后得到的结果为真，则说明该事件与订阅请求匹配。

与一般发布订阅系统不同的是，在本发明中不同谓词之间的关系可以是逻辑与，也可以是逻辑或，逻辑与的优先级高于逻辑或，用户可以利用括号运算符输入复杂的订阅请求。

如果一条发布事件能够使一条订阅表达式的结果为真，说明该事件和订阅相匹配。例如：事件(地点，南京)(类型，体育)，能够匹配订阅(地点＝南京)∧(类型＝体育∨类型＝音乐)，因为该表达式计算结果为1∧(1∨0)＝1。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明采用基于内容的发布订阅系统，并允许用户输入复杂的逻辑表达式，因而具有比一般的发布订阅系统更强的表达能力。

2)本发明设计了两种索引结构，既可以对新的事件消息快速找到合适的接收者，也可以对新的订阅请求快速找到匹配的历史事件。

3)本发明对表达式中的逻辑与和逻辑或运算做了特殊处理，避开了求集合交集或并集这种时间开销更大的方式，在算法处理过程中使用栈和链表对订阅表达式进行处理，尽可能地缩小待匹配的集合，具有较快的匹配速度。

4)本发明便于用户使用。实际上本发明中的事件匹配节点可以不直接存储消息正文，而事件描述信息和订阅请求所占空间都很小，因此只要有良好的网络数据传输能力和一定的计算能力，一般的PC甚至手机终端也可以成为事件匹配节点。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是图1中事件多级索引树的结构示意图；

图3是图1中订阅多级索引树的结构示意图；

图4是实施例1中基于中心服务器的发布订阅场景示意图；

图5是实施例2中内容中心网络下的发布订阅场景示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图，对发明做进一步的说明。

实施例1：基于中心服务器的发布订阅

在这种场景下，事件匹配节点一般是固定的、专设的服务器，服务器本身可以存储事件正文，也可以只存储对应事件的描述信息。图4中的实线表示发布者和订阅者将自身想要发布和订阅的信息发送给服务器，虚线表示服务器直接将事件发送给订阅者，点划线则表示服务器没有存储事件内容，于是通知发布方，由发布方直接将事件信息传送给订阅者。

步骤1，信息发布。每个订阅用户填写自己的订阅请求信息，发送给服务器；每个发布用户填写需要发布的事件信息，将信息发送给服务器；事件ID和订阅ID根据用户ID、发布时间和描述信息生成。

步骤2，服务器根据接收到的信息，分别建立订阅ID和事件ID到用户ID的索引，同时将事件信息或订阅请求加入事件多级索引树和订阅多级索引树。当出现订阅或事件消息的增删时，对索引进行相应的增删。增加时按照之前加入索引树的方法，删除则是根据其ID、属性和值找到索引树中对应的节点，将其删除即可。为了提高效率，当事件信息的变化数量较少时，事件索引树中维护的事件数量信息可以暂不更新，数值出现少量误差并不影响结果的正确性，只对查找和匹配时间略有影响。

步骤3，对于新出现的订阅，事件匹配节点利用事件索引树和本发明提出的方法快速找到匹配的事件；对于新出现的事件，利用订阅索引树和本发明提出的方法快速找到相匹配的订阅。

步骤4，在匹配完成后，如果服务器本身拥有对应的事件正文，则将相应正文发送给对应的订阅者；如果服务器本身不存储事件正文，而只存储对应的事件描述信息，则将事件ID和订阅用户的ID发送给事件发布者，由原始发布者通过一定的网络传输协议将事件发送给对应的订阅用户。

步骤5，订阅用户接收到事件消息后，发送确认消息给服务器，表示成功接收到该信息。

实施例2：内容中心网络下的发布订阅

在内容中心网络的场景下，每个中间节点都可能维护发布事件和订阅请求信息，甚至缓存事件内容并向外提供服务，事件匹配可能发生在每一个网络中间节点，也可能发生在专设的服务器上。图5是内容中心网络的场景示意图，在该图中发布者和订阅者向周围邻近的中间节点发送自身想要发布或者订阅的消息，中间节点继续将消息向外扩散，如果某个中间节点检测到已接收的某个事件与某个订阅相匹配，则将事件信息按照一定的路径发送给对应的订阅者。

步骤1，信息发布。每个订阅用户填写自己的订阅请求信息，发送给周围节点(可以是其他用户或者路由器等)，同时为了防止接收到重复的事件，还要将自身已有的事件ID列表发送给周围的节点；每个发布用户填写需要发布的事件信息，并发送给周围节点。

步骤2，周围的中间节点在接收到消息后，将接收到的订阅请求和发布事件分别进行整合，同时根据本发明提出的方法加入事件多级索引树和订阅多级索引树，快速完成事件和订阅之间的匹配。然后按步骤3进行事件传输，并在一定时间间隔后继续将发布消息和订阅消息往外扩散。其余中间节点接收到消息后同样进行步骤2。

步骤3，在匹配完成后，中间节点首先检查事件ID是否是订阅者已有的，如果是，则不需要进行传输。否则优先将事件沿着订阅消息到来的路径发送给对应的订阅者，若传输失败则考虑选择其他路径进行重传。

步骤4，订阅用户接收到事件消息后，更新自身已有的事件ID列表，并将更新信息向外扩散传播。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：事件匹配节点建立事件多级索引树和订阅多级索引树；

步骤二：用户在本地对数据进行编码和排序，并将订阅请求或发布事件发送给事件匹配节点；

步骤三：事件匹配节点将接收到的发布事件插入到事件多级索引树中；

步骤四：根据事件多级索引树对订阅表达式进行简化处理，将得到的简化后的谓词插入订阅多级索引树中；

步骤五：针对接收到的订阅请求或者发布事件，找到与之匹配的事件或者订阅候选集合，然后进行直接匹配；

步骤六：完成匹配之后，事件匹配节点将事件按照路由协议发送给对应的订阅者。

2.根据权利要求1所述的一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法，其特征在于，步骤一中建立事件多级索引树的具体步骤如下：事件匹配节点根据事件描述信息建立事件多级索引树，事件多级索引树各级分别为数据类型、属性、值和事件ID；其中对数值类型中的每个值，需要计算当前属性内小于等于该值的事件数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法，其特征在于，步骤一中订阅多级索引树各级分别为操作符、属性名称、属性值和订阅ID。

4.根据权利要求1所述的一种基于内容的发布订阅系统中的事件快速匹配方法，其特征在于，步骤四中根据事件多级索引树对订阅表达式进行简化处理的具体步骤如下：

步骤1：使用一个操作数栈、一个运算符栈和一个链表对中缀表达式进行处理，操作数栈中存储对应集合的元素个数，运算符栈存储出现过的运算符，链表对表达式进行逐步简化处理，计算逻辑或时不做变化，计算逻辑与时则只保留元素个数少的集合，具体处理步骤如下：

步骤1.1：按顺序读取中缀表达式的每一个字符，并根据字符的不同做出对应的处理，预先设置一个计数器，初始值为-1；

步骤1.2：若字符为‘#’，则计数器的值加1，表示对应的谓词在谓词数组中的下标，使用头插法将计数器的值插入链表。计算能够满足该谓词的事件ID个数，将结果压入操作数栈；

若字符为‘(’，则直接压入运算符栈并插入链表头部；

若字符为‘∧’或‘∨’，则首先将该字符插入链表头部；如果运算符栈是空栈或者其栈顶元素优先级数值小于当前字符，则将当前字符压入栈，否则弹出栈顶运算符，并从操作数栈中弹出两个操作数，根据运算符进行运算，将结果压入操作数栈；重复该过程直到运算符栈为空栈，或者其栈顶元素优先级小于当前字符，然后将当前字符压入运算符栈；

若字符为‘)’，则将‘)’插入链表头部，取出栈顶运算符，若栈顶运算符不是‘(’，则从操作数栈中弹出两个操作数，根据运算符进行运算，并将结果压入操作数栈，重复该过程直到遇到‘(’结束；

步骤1.3：若扫描结束，则检查操作符栈，如果该栈非空，取出栈顶元素，并从操作数栈中弹出两个操作数，根据运算符进行运算，重复此步骤直至清空操作符栈；

步骤2：在步骤1中出现运算时，如果运算符是‘∨’，将两个集合的元素个数之和近似代替它们并集的元素个数，如果运算符是‘∧’，将两个集合中元素个数较少的一个近似代替它们交集的元素个数，同时删除链表中对应的逻辑与运算符以及元素个数较多的集合；

步骤3：将链表中的逻辑符号以及括号全部删除，得到订阅条件的简化谓词集合。