[笔记]ZeroMQ官方文档第1章

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ZeroMQ官方文档第1章 – 基础知识

0 准备工作

在Linux中安装libzmq和czmq：参考链接

sudo apt update
sudo apt install -y 
    git build-essential libtool 
    pkg-config autotools-dev autoconf automake cmake 
    uuid-dev libpcre3-dev valgrind

git clone https://github.com/zeromq/libzmq.git
cd libzmq
./autogen.sh
./configure
make check
sudo make install
sudo ldconfig
cd ..

git clone https://github.com/zeromq/czmq.git
cd czmq
./autogen.sh && ./configure && make check
sudo make install
sudo ldconfig
cd ..

将zguide下载下来：

git clone --depth=1 https://github.com/imatix/zguide.git

之后如果写程序，可在程序中包含czmq.h，以如下命令编译链接：

gcc myapp.c -o myapp -lczmq -lzmq

1 Ask and Ye Shall Receive(基础例程)

本小节分析hwserver和hwclient程序(hw表示helloworld)：

cd zguide/examples/C
./build hwserver
./build hwclient

开2个终端分别运行./hwserver和./hwclient以测试。原理如下图所示：

[笔记]ZeroMQ官方文档第1章

Server和Client在send()之后转入recv()状态，等待接收对方发来的信息。

2 A Minor Note on Strings(C字符串处理)

下面给出函数s_recv，将socket中接收的ZMQ字符串转为C字符串(无接收时返回NULL，字符串过长时截断，添加尾0)：

static char *
s_recv (void *socket) {
    char buffer [256];
    int size = zmq_recv (socket, buffer, 255, 0);
    if (size == -1)
        return NULL;
    if (size > 255)
        size = 255;
    buffer [size] = '';
    /* use strndup(buffer, sizeof(buffer)-1) in *nix */
    return strdup (buffer);
}

同理可以有s_send函数，这些都在zhelpers.h中(还有s_sendmore函数等)，C语言开发者可以直接调用，更为方便。

3 Getting the Message Out(发布-订阅模式)

[笔记]ZeroMQ官方文档第1章

发布-订阅模式是异步的，可能会有消息漏接收的情况(第2章有方法解决)。即使启动了订阅者，稍等片刻，然后启动发布者，订阅者也始终会错过发布者发送的第一条消息。这是因为当订阅者连接到发布者时（这需要一小段时间，但非零时间），发布者可能已经在发送消息。示例代码在wuserver.c和wuclient.c中。

关于发布-订阅（pub-sub）模式的一些要点：

一个订阅者可以连接多个发布者，每次使用一个连接调用。然后，数据将到达并交错排列（”公平排队”），这样就不会因为一个发布者而淹没其他发布者。

如果一个发布者没有连接的订阅者，那么它就会直接丢弃所有信息。

如果使用的是 TCP，而订阅者的速度很慢，那么信息就会在发布者上排队。我们稍后将讨论如何使用 “高水位线 “来保护发布者。

从 ZeroMQ v3.x 开始，当使用连接协议（tcp:@<>@ 或 ipc:@<>@）时，过滤发生在发布者端。

4 Divide and Conquer (PUSH-PULL模式)

[笔记]ZeroMQ官方文档第1章

该流水线模式也存在”慢速加入者”综合征，即当其中1个PULL socket的加入速度比其他socket更快时，会比其他工作线程获得更多的来自上游消息，导致不能正确负载均衡(在第3章中有方法解决)。

Programming with ZeroMQ

Getting the Context Right

上下文是单个进程中所有套接字的容器。在进程开始时调用 zmq_ctx_new（）一次，在进程结束时调用 zmq_ctx_destroy（）一次。

Making a Clean Exit

如果可以，请使用 zmq_send() 和 zmq_recv()，因为这样可以避免使用 zmq_msg_t 对象。

如果确实使用了 zmq_msg_recv()，请务必在使用完毕后立即调用 zmq_msg_close()，以释放接收到的消息。

如果你正在打开和关闭大量的套接字，这可能表明需要重新设计你的应用程序。在某些情况下，套接字句柄在您销毁上下文之前不会被释放。

退出程序时，关闭套接字，然后调用 zmq_ctx_destroy()。这将销毁上下文。

此外，还有一些多线程下的clean事项，下一章将详细介绍。

Why We Needed ZeroMQ

TCP消息传递面临的典型问题：

我们如何处理 I/O？是阻塞应用程序，还是在后台处理 I/O？这是一个关键的设计决策。阻塞 I/O 会导致架构不能很好地扩展。但后台 I/O 也很难做得很好。
我们如何处理动态组件，即暂时消失的组件？我们是否要正式将组件分为 “客户端 “和 “服务器”，并规定服务器不能消失？如果我们要将服务器连接到服务器，又该怎么办？我们是否每隔几秒钟就尝试重新连接一次？
我们如何在线路上表示信息？我们如何构建数据框架，使其易于写入和读取、避免缓冲区溢出、高效处理小型信息，同时又足以处理最大的戴着派对帽的跳舞猫视频？
我们如何处理无法立即发送的信息？尤其是在等待某个组件重新上线的情况下？我们是丢弃消息、将其存入数据库还是存入内存队列？
消息队列存放在哪里？如果从队列中读取信息的组件非常慢，导致队列堆积，该怎么办？我们的策略是什么？
我们如何处理丢失的消息？是等待新数据、请求重新发送，还是建立某种可靠性层来确保消息不会丢失？如果可靠性层本身崩溃了怎么办？
如果我们需要使用不同的网络传输方式怎么办？比如，用组播代替 TCP 单播？或者 IPv6？我们需要重写应用程序，还是在某个层中抽象传输？
我们如何路由信息？我们能否将同一信息发送给多个对等体？能否将回复发送回原始请求者？
如何为另一种语言编写应用程序接口？是重新实现一个线级协议，还是重新打包一个库？如果是前者，我们如何保证高效稳定的堆栈？如果是后者，我们如何保证互操作性？
我们如何表示数据以便在不同架构之间读取？我们要为数据类型强制执行特定的编码吗？这在多大程度上是消息传递系统而不是更高层的工作？
我们如何处理网络错误？是等待并重试，还是默默忽略，抑或终止？

我们需要的是一种能完成消息传递工作的软件，但它必须简单、廉价，能在任何应用程序中使用，成本几乎为零。它应该是一个只需链接即可使用的库，没有任何其他依赖性。没有额外的移动部件，因此没有额外的风险。它应能在任何操作系统上运行，并能与任何编程语言配合使用。

这就是 ZeroMQ：一个高效的、可嵌入的库，它能解决应用程序所需的大部分问题，使其在网络上具有很好的弹性，而无需太多成本。具体来说：

它在后台线程中异步处理 I/O。这些线程使用无锁数据结构与应用程序线程通信，因此并发的 ZeroMQ 应用程序不需要锁、信号灯或其他等待状态。
组件可以动态来去，ZeroMQ 会自动重新连接。这意味着您可以按任何顺序启动组件。您可以创建 “面向服务的架构”（SOA），其中的服务可以随时加入或离开网络。
它能在需要时自动将信息排成队列。它能智能地完成这项工作，在排队之前尽可能将信息推送到接收方附近。
它有办法处理过满的队列（称为 “高水位线”）。当队列已满时，ZeroMQ 会自动阻止发送者或丢弃消息，具体取决于你正在进行的消息传递类型（即所谓的 “模式”）。
ZeroMQ 允许应用程序通过任意传输方式相互通信： TCP、组播、进程内、进程间。您无需修改代码即可使用不同的传输方式。
它能根据消息传递模式使用不同的策略，安全地处理缓慢/阻塞的读取器。
它允许你使用各种模式（如请求-回复和发布-从属）路由信息。这些模式是创建网络拓扑结构的方法。
您只需一次调用，就能创建代理来排队、转发或捕获信息。代理可以降低网络互连的复杂性。
它通过在线路上进行简单的构架，将整个报文原封不动地发送出去。如果你写了一条 10k 报文，你将收到一条 10k 报文。
它不对报文施加任何格式。它们是大小从零到千兆字节不等的 blob。当你想表示数据时，你可以在上面选择其他产品，如 msgpack、谷歌的协议缓冲区等。
它能智能处理网络错误，在合理的情况下自动重试。
它能降低功耗。用更少的 CPU 做更多的事情，这意味着服务器耗电更少，而且你可以让旧服务器使用更长时间。