ZMQ 模式学习

发布订阅模式:

PUB发送,send。SUB接收，recv。和PUSH-PULL模式不同，PUB将消息同时发给和他建立的链接，类似于广播。另外发布订阅模式也可以使用订阅过滤来实现只接收特定的消息。订阅过滤是在服务器上进行过滤的，如果一个订阅者设定了过滤，那么发布者将只发布满足他订阅条件的消息。
这个就是广播和收听的关系。PUB-SUB模式虽然没有使用网络的广播功能，但是它内部是异步的。也就是一次发送没有结束立刻开始下一次发送。
广播所有client，没有队列缓存，断开连接数据将永远丢失。client可以进行数据过滤。
server:

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "zmq_helper.h"

int main(void)
{
    void * context = zmq_ctx_new();
    void * socket = zmq_socket(context, ZMQ_PUB);
    zmq_bind(socket, "tcp://*:5556");

    srandom((unsigned)time(NULL));

    while(1)
    {
        int zipcode = randof(100000);   // 邮编: 0 ~ 99999
        int temp = randof(84) - 42;     // 温度: -42 ~ 41
        int relhumidity = randof(50) + 10;  // 相对湿度: 10 ~ 59

        char msg[20];
        snprintf(msg, sizeof(msg), "%5d %d %d", zipcode, temp, relhumidity);
        s_send(socket, msg);
    }

    zmq_close(socket);
    zmq_ctx_destroy(context);

    return 0;

}

client:

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include "zmq_helper.h"

int main(void)
{
    void * context = zmq_ctx_new();
    void * socket = zmq_socket(context, ZMQ_SUB);
    zmq_connect(socket, "tcp://localhost:5556");

    char * zipcode = "10001";
    zmq_setsockopt(socket, ZMQ_SUBSCRIBE, zipcode, strlen(zipcode));

    for(int i = 0; i < 50; ++i)
    {
        char * string = s_recv(socket);
        printf("[Subscriber] Received weather report msg: %s\n", string);
        free(string);
    }

    zmq_close(socket);
    zmq_ctx_destroy(context);
    
    return 0;
}

1. ZMQ_PUB类型的socket, 如果没有任何client与其相连, 其所有消息都将被简单就地抛弃
2. ZMQ_SUB类型的socket, 即是client, 可以与多个ZMQ_PUB类型的socket相连, 即村民可以同时收听多个msg 但必须为每个msg都设置过滤器. 否则默认情况下, zmq认为client不关心msg里的所有内容.
3. 当一个cline收听多个时, 接收消息采用公平队列策略
4. 如果存在至少一个clint在收听, 那么这个消息就不会被随意抛弃: 这句话的意思是, 当消息过多, 而client的消化能力比较低的话, 未发送的消息会缓存在msg里.
5. 在ZMQ大版本号在3以上的版本里, 当msg与client的速度不匹配时. 若使用的传输层协议是tcp或ipc这种面向连接的协议, 则堆积的消息缓存在里, 当使用epgm这种协议时, 堆积的消息缓存了client里. 在ZMQ 大版本号为2的版本中, 所有情况下, 消息都将堆积在clinet里

 

Parallel Pipeline模式：

由三部分组成，push进行数据推送，work进行数据缓存，pull进行数据竞争获取处理。区别于Publish-Subscribe存在一个数据缓存和处理负载。

当连接被断开，数据不会丢失，重连后数据继续发送到对端。

分治套路里有三个角色:

1. Ventilator. 包工头, 向手下各个工程队分派任务. 一个.
2. Worker. 工程队, 从包工头里接收任务, 干活. 多个.
3. Sink. 甲方监理, 工程队干完活后, 向甲方监理报告. 所以工程队的活干完之后, 监理统一收集所有工程队的成果. 一个.

包工头代码:

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include "zmq_helper.h"

int main(void)
{
    void * context = zmq_ctx_new();
    void * socket_to_sink = zmq_socket(context, ZMQ_PUSH);
    void * socket_to_worker = zmq_socket(context, ZMQ_PUSH);
    zmq_connect(socket_to_sink, "tcp://localhost:5558");
    zmq_bind(socket_to_worker, "tcp://*:5557");

    printf("Press Enter when all workers get ready:");
    getchar();
    printf("Sending tasks to workers...\n");

    s_send(socket_to_sink, "Get ur ass up");    // 通知监理, 干活了

    srandom((unsigned)time(NULL));

    int total_ms = 0;
    for(int i = 0; i < 100; ++i)
    {
        int workload = randof(100) + 1;     // 工作需要的耗时, 单位ms
        total_ms += workload;
        char string[10];
        snprintf(string, sizeof(string), "%d", workload);
        s_send(socket_to_worker, string);   // 将工作分派给工程队
    }

    printf("Total expected cost: %d ms\n", total_ms);

    zmq_close(socket_to_sink);
    zmq_close(socket_to_worker);
    zmq_ctx_destroy(context);

    return 0;
}

工程队代码:

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include "zmq_helper.h"

int main(void)
{
    void * context = zmq_ctx_new();
    void * socket_to_ventilator = zmq_socket(context, ZMQ_PULL);
    void * socket_to_sink = zmq_socket(context, ZMQ_PUSH);
    zmq_connect(socket_to_ventilator, "tcp://localhost:5557");
    zmq_connect(socket_to_sink, "tcp://localhost:5558");

    while(1)
    {
        char * msg = s_recv(socket_to_ventilator);
        printf("Received msg: %s\n", msg);
        fflush(stdout);
        s_sleep(atoi(msg));     // 干活, 即睡眠指定毫秒
        free(msg);
        s_send(socket_to_sink, "DONE"); // 活干完了通知监理
    }

    zmq_close(socket_to_ventilator);
    zmq_close(socket_to_sink);
    zmq_ctx_destroy(context);

    return 0;
}

监理代码:

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include "zmq_helper.h"

int main(void)
{
    void * context = zmq_ctx_new();
    void * socket_to_worker_and_ventilator = zmq_socket(context, ZMQ_PULL);
    zmq_bind(socket_to_worker_and_ventilator, "tcp://*:5558");

    char * msg = s_recv(socket_to_worker_and_ventilator);
    printf("Received msg: %s", msg);    // 接收来自包工头的开始干活的消息
    free(msg);

    int64_t start_time = s_clock();

    for(int i = 0; i < 100; ++i)
    {
        // 接收100个worker干完活的消息
        char * msg = s_recv(socket_to_worker_and_ventilator);
        free(msg);

        if(i / 10 * 10 == i)
            printf(":");
        else
            printf(".");
        fflush(stdout);
    }

    printf("Total elapsed time: %d ms]\n", (int)(s_clock() - start_time));

    zmq_close(socket_to_worker_and_ventilator);
    zmq_ctx_destroy(context);

    return 0;
}

这个示例程序的逻辑流程是这样的:

1. 包工头向两个角色发送消息: 向工程队发送共计100个任务, 向监理发送消息, 通知监理开始干活
2. 工程队接收来自包工头的消息, 并按消息里的数值, 睡眠指定毫秒. 每个任务结束后都通知监理.
3. 监理先是接收来自包工头的消息, 开始计时. 然后统计来自工程队的消息, 当收集到100个任务完成的消息后, 计算实际耗时.

包工头里输出的预计耗时是100个任务的共计耗时, 在监理那里统计的实际耗时则是由多个工程队并行处理100个任务实际的耗时.

这里个例子中需要注意的点有:

1. 这个例子中使用了ZMQ_PULL与ZMQ_PUSH两种socket. 分别供消息分发方与消息接收方使用. 看起来略微有点类似于发布-订阅套路, 具体之间的区别后续章节会讲到.
2. 工程队上接包工头, 下接监理. 在任务执行过程中, 你可以随意的增加工程队的数量.
3. 我们通过让包工头通知监理, 以及手动输入enter来启动任务分发的方式, 手动同步了工程队/包工头/监理. PUSH/PULL模式虽然和PUB/SUB不一样, 不会丢失消息. 但如果不手动同步的话, 最先建立连接的工程队将几乎把所有任务都接收到手, 导致后续完成连接的工程队拿不到任务, 任务分配不平衡.
4. 包工头分派任务使用的是轮流/平均分配的方式.这是一种简单的负载均衡
5. 监理接收多个工程队的消息, 使用的是公平队列策略.

正确的处理context

你大致注意到了, 在上面的所有示例代码中, 每次都以zmq_ctx_new()函数创建出一个名为context的变量, 目前你不需要了解它的细节, 这只是ZMQ库的标准套路. 甚至于你将来都不需要了解这个context里面到底是什么. 但你必须要遵循zmq中关于这个context的一些编程规定:

1. 在一个进程起始时调用zmq_ctx_new()创建context
2. 在进程结束之前调用zmq_ctx_destroy()销毁掉它

每个进程, 应该持有, 且应该只持有, 一个context. 当然, 目前来说, 你这样理解就行了, 后续章节或许我们会深入探索一下context, 但目前, 请谨记, one context per process.

如果你在代码中调用了fork系统调用, 那么请在子进程代码区的开始处调用zmq_ctx_new(), 为子进程创建自己的context