ZeroMQ学习(1)
1 ZeroMQ概述
ZeroMQ是一种基于消息队列的多线程网络库，其对套接字类型、连接处理、帧、甚至路由的底层细节进行抽象，提供跨越多种传输协议的套接字。ZeroMQ是网络通信中新的一层，介于应用层和传输层之间（按照TCP/IP划分），其是一个可伸缩层，可并行运行，分散在分布式系统间。
2 系统架构
2.1总体架构
ZeroMQ几乎所有的I/O操作都是异步的，主线程不会被阻塞。ZeroMQ会根据用户调用zmq_init函数时传入的接口参数，创建对应数量的I/O Thread。每个I/O Thread都有与之绑定的Poller，Poller采用经典的Reactor模式实现，Poller根据不同操作系统平台使用不同的网络I/O模型（select、poll、epoll、devpoll、kequeue等）。主线程与I/O线程通过Mail Box传递消息来进行通信。Server开始监听或者Client发起连接时，在主线程中创建zmq_connecter或zmq_listener，通过Mail Box发消息的形式将其绑定到I/O线程，I/O线程会把zmq_connecter或zmq_listener添加到Poller中用以侦听读/写事件。Server与Client在第一次通信时，会创建zmq_init来发送identity，用以进行认证。认证结束后，双方会为此次连接创建Session，以后双方就通过Session进行通信。每个Session都会关联到相应的读/写管道， 主线程收发消息只是分别从管道中读/写数据。Session并不实际跟kernel交换I/O数据，而是通过plugin到Session中的Engine来与kernel交换I/O数据。
2.3消息模型
ZeroMQ将消息通信分成4种模型，分别是一对一结对模型（Exclusive-Pair）、请求回应模型（Request-Reply）、发布订阅模型（Publish-Subscribe）、推拉模型（Push-Pull）。这4种模型总结出了通用的网络通信模型，在实际中可以根据应用需要，组合其中的2种或多种模型来形成自己的解决方案。
2.3.1 一对一结对模型
最简单的1:1消息通信模型，可以认为是一个TCP Connection，但是TCP Server只能接受一个连接。数据可以双向流动，这点不同于后面的请求回应模型。
2.3.2 请求回应模型
由请求端发起请求，然后等待回应端应答。一个请求必须对应一个回应，从请求端的角度来看是发-收配对，从回应端的角度是收-发对。跟一对一结对模型的区别在于请求端可以是1~N个。该模型主要用于远程调用及任务分配等。Echo服务就是这种经典模型的应用。
图3请求回应模型
2.3.3 发布订阅模型
发布端单向分发数据，且不关心是否把全部信息发送给订阅端。如果发布端开始发布信息时，订阅端尚未连接上来，则这些信息会被直接丢弃。订阅端未连接导致信息丢失的问题，可以通过与请求回应模型组合来解决。订阅端只负责接收，而不能反馈，且在订阅端消费速度慢于发布端的情况下，会在订阅端堆积数据。该模型主要用于数据分发。天气预报、微博明星粉丝可以应用这种经典模型。
图4发布订阅模型
2.3.4 推拉模型
Server端作为Push端，而Client端作为Pull端，如果有多个Client端同时连接到Server端，则Server端会在内部做一个负载均衡，采用平均分配的算法，将所有消息均衡发布到Client端上。与发布订阅模型相比，推拉模型在没有消费者的情况下，发布的消息不会被消耗掉；在消费者能力不够的情况下，能够提供多消费者并行消费解决方案。该模型主要用于多任务并行。
图5 推拉模型
2.4通信协议
提供进程内、进程间、机器间、广播等四种通信协议。通信协议配置简单，用类似于URL形式的字符串指定即可，格式分别为inproc://、ipc://、tcp://、pgm://。ZeroMQ会自动根据指定的字符串解析出协议、地址、端口号等信息。
3 工作流程
图6 基本流
4 ZMQ交互对象
序列图有助于理解对象状态变迁，下图描述的是客户端的对象状态变迁。zmq_socket以ZMQ_REQ模式实例化，用以进行tcp通信：
void *requester = zmq_socket (context, ZMQ_REQ); zmq_connect (requester, "tcp://localhost:5555");
5 ZMQ 类层次
①、object_t，主要用于发送命令和处理命令，所有继承object_t的子类都具备该类的功能
②、io_thread_t，内含一个poller，可监听句柄的读、写、异常状态，继承自object_t，具有接收命令、处理命令、发送命令的功能
③、io_object_t，可以获取一个io_thread_t的poller，从而具备poller功能，所有继承自该类的子类都具有pollere功能，可监听句柄的读、写、异常状态
④、reaper_t，zmq的回收线程
⑤、own_t，zmq的对象树结点，或者说多叉树的结点，其主要用于对象的销毁，可以想到，对象的销毁就是这棵树的销毁过程，必须要使用深度优先的算法来销毁。关于zmq对象树在Internal Architecture of libzmq有详细讲解
⑥、tcp_connector_t，zmq_socket的连接器，使用她来建立tcp连接
⑦、tcp_listener_t，zmq_socket的监听器
⑧、stream_engine，负责处理io事件中的一种----网络事件，把网络字节流转换成zeromq的msg_t消息传递给session_base_t。另外一些和版本兼容相关的杂务也stream_engine处理的。stream_engine_t处理完杂务，到session_base_t就只看见msg_t了。
⑨、session_base_t，管理zmq_socket的连接和通信，主要与engine进行交换
⑩、socket_base_t，zeromq的socket，在zmq中，被当成一种特殊的”线程“，具有收发命令的功能
参考资料
Internal Architecture of libzmq
