ZeroMQ入门

概述

ZeroMQ（也称为 ØMQ，0MQ 或 zmq）是一个可嵌入的网络通讯库（对 Socket 进行了封装）。 它提供了携带跨越多种传输协议（如：进程内，进程间，TCP 和多播）的原子消息的 sockets 。 有了ZeroMQ，我们可以通过发布-订阅、任务分发、和请求-回复等模式来建立 N-N 的 socket 连接。 ZeroMQ 的异步 I / O 模型为我们提供可扩展的基于异步消息处理任务的多核应用程序。 它有一系列语言API（几乎囊括所有编程语言），并能够在大多数操作系统上运行。

传统的 TCP Socket 的连接是1对1的，可以认为“1个 socket = 1个连接”，每一个线程独立维护一个 socket 。但是 ZMQ 摒弃了这种1对1的模式，ZMQ的 Socket 可以很轻松地实现1对N和N对N的连接模式，一个 ZMQ 的 socket 可以自动地维护一组连接，用户无法操作这些连接，用户只能操作套接字而不是连接本身。所以说在 ZMQ 的世界里，连接是私有的。

三种基本模型

ZMQ 提供了三种基本的通信模型，分别是 Request-Reply 、Publish-Subscribe 和 Parallel Pipeline ，接下来举例说明三种模型并给出相应的代码实现。

Request-Reply（请求-回复）

以 “Hello World” 为例。客户端发起请求，并等待服务端回应请求。客户端发送一个简单的 “Hello”，服务端则回应一个 “World”。可以有 N 个客户端，一个服务端，因此是 1-N 连接。

Request-Reply

服务端代码如下：

  • hwserver.java
import org.zeromq.ZMQ;
public class hwserver {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ZMQ.Context context = ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket responder = context.socket(ZMQ.REP);
        responder.bind("tcp://*:5555");
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            byte[] request = responder.recv(0);
            System.out.println("Received" + new String(request));
            Thread.sleep(1000);
            String reply = "World";
            responder.send(reply.getBytes(),0);
        }
        responder.close();
        context.term();
    }
}
  • hwserver.py
import time
import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.REP)
socket.bind("tcp://*:5555")
while True:
    message = socket.recv()
    print("Received request: %s" % message)
    # Do some 'work'
    time.sleep(1)
    socket.send(b"World")

客户端代码如下：

  • hwclient.java
import org.zeromq.ZMQ;
public class hwclient {
    public static void main(String[] args) {
        ZMQ.Context context = ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket requester = context.socket(ZMQ.REQ);
        requester.connect("tcp://localhost:5555");
        for (int requestNbr = 0; requestNbr != 10; requestNbr++) {
            String request = "Hello";
            System.out.println("Sending Hello" + requestNbr);
            requester.send(request.getBytes(),0);
            byte[] reply = requester.recv(0);
            System.out.println("Reveived " + new String(reply) + " " + requestNbr);
        }
        requester.close();
        context.term();
    }
}
  • hwclient.py
import zmq
context = zmq.Context()
print("Connecting to hello world server...")
socket = context.socket(zmq.REQ)
socket.connect("tcp://localhost:5555")
for request in range(10):
    print("Sending request %s ..." % request)
    socket.send(b"Hello")
    message = socket.recv()
    print("Received reply %s [ %s ]" % (request,message))

从以上的过程，我们可以了解到使用 ZMQ 写基本的程序的方法，需要注意的是：

  1. 服务端和客户端无论谁先启动，效果是相同的，这点不同于 Socket。
  2. 在服务端收到信息以前，程序是阻塞的，会一直等待客户端连接上来。
  3. 服务端收到信息后，会发送一个 “World” 给客户端。值得注意的是一定是客户端连接上来以后，发消息给服务端，服务端接受消息然后响应客户端，这样一问一答。
  4. ZMQ 的通信单元是消息，它只知道消息的长度，并不关心消息格式。因此，你可以使用任何你觉得好用的数据格式，如 Xml、Protocol Buffers、Thrift、json 等等。

Publish-Subscribe（发布-订阅）

下面以一个天气预报的例子来介绍该模式。

服务端不断地更新各个城市的天气，客户端可以订阅自己感兴趣（通过一个过滤器）的城市的天气信息。

Publish-Subscribe

服务端代码如下：

  • wuserver.java
import org.zeromq.ZMQ;
import java.util.Random;
public class wuserver {
    public static void main(String[] args) {
        ZMQ.Context context = ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket publisher = context.socket(ZMQ.PUB);
        publisher.bind("tcp://*:5556");
        publisher.bind("icp://weather");
        Random srandom = new Random(System.currentTimeMillis());
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            int zipcode, temperature, relhumidity;
            zipcode = 10000 + srandom.nextInt(10000);
            temperature = srandom.nextInt(215) - 80 + 1;
            relhumidity = srandom.nextInt(50) + 10 + 1;
            String update = String.format("%05d %d %d", zipcode, temperature, relhumidity);
        }
        publisher.close();
        context.term();
    }
}
  • wuserver.py
from random import randrange
import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.PUB)
socket.bind("tcp://*:5556")
while True:
    zipcode = randrange(1, 100000)
    temperature = randrange(-80, 135)
    relhumidity = randrange(10, 60)
    socket.send_string("%i %i %i" % (zipcode, temperature, relhumidity))

客户端代码如下：

  • wuclient.java
import org.zeromq.ZMQ;
import java.util.StringTokenizer;
public class wuclient {
    public static void main(String[] args) {
        ZMQ.Context context = ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket suscriber = context.socket(ZMQ.SUB);
        suscriber.connect("tcp://localhost:5556");
        String filter = (args.length > 0) ? args[0] : "10001";
        suscriber.suscribe(filter.getBytes());  //过滤条件
        int update_nbr;
        long total_temp = 0;
        for (update_nbr = 0; update_nbr < 100; update_nbr++) {
            String string = suscriber.recvStr(0).trim();
            StringTokenizer sscanf = new StringTokenizer(string, " ");
            int zipcode = Integer.valueOf(sscanf.nextToken());
            int temperature = Integer.valueOf(sscanf.nextToken());
            int relhumidity = Integer.valueOf(sscanf.nextToken());
            total_temp += temperature;
        }
        System.out.println("Average temperature for zipcode '" + filter + "' was " + (int) (total_temp / update_nbr));
        suscriber.close();
        context.term();
    }
}
  • wuclient.py
import sys
import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.SUB)
print("Collecting updates from weather server...")
socket.connect("tcp://localhost:5556")
zip_filter = sys.argv[1] if len(sys.argv) > 1 else "10001"
if isinstance(zip_filter, bytes):
    zip_filter = zip_filter.decode('ascii')
socket.setsockopt_string(zmq.SUBSCRIBE, zip_filter)
total_temp = 0
for update_nbr in range(5):
    string = socket.recv_string()
    zipcode, temperature, relhumidity = string.split()
    total_temp += int(temperature)
print("Average temperature for zipcode '%s' was %dF" % (zip_filter, total_temp / (update_nbr + 1)))

服务器端生成随机数 zipcode、temperature、relhumidity 分别代表城市代码、温度值和湿度值，然后不断地广播信息。而客户端通过设置过滤参数，接受特定城市代码的信息，最终将收集到的温度求平均值。

需要注意的是：

  1. 与 “Hello World” 例子不同的是，Socket 的类型变成 ZMQ.PUB 和 ZMQ.SUB 。
  2. 客户端需要设置一个过滤条件，接收自己感兴趣的消息。
  3. 发布者一直不断地发布新消息，如果中途有订阅者退出，其他均不受影响。当订阅者再连接上来的时候，收到的就是后来发送的消息了。这样比较晚加入的或者是中途离开的订阅者必然会丢失掉一部分信息。这是该模式的一个问题，即所谓的 "Slow joiner" 。

Parallel Pipeline

Parallel Pipeline 处理模式如下：

  • ventilator 分发任务到各个 worker
  • 每个 worker 执行分配到的任务
  • 最后由 sink 收集从 worker 发来的结果
Parallel Pipeline
  • taskvent.java
import org.zeromq.ZMQ;
import java.io.IOException;
import java.util.Random;
import java.util.StringTokenizer;
public class taskvent {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ZMQ.Context context = new ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket sender = context.socket(ZMQ.PUSH);
        sender.bind("tcp://*:5557");
        ZMQ.Socket sink = context.socket(ZMQ.PUSH);
        sink.connect("tcp://localhost:5558");
        System.out.println("Please enter when the workers are ready: ");
        System.in.read();
        System.out.println("Sending task to workes\n");
        sink.send("0",0);
        Random srandom = new Random(System.currentTimeMillis());
        int task_nbr;
        int total_msec = 0;
        for (task_nbr = 0; task_nbr < 100; task_nbr++) {
            int workload;
            workload = srandom.nextInt(100) + 1;
            total_msec += workload;
            System.out.print(workload + ".");
            String string = String.format("%d", workload);
            sender.send(string, 0);
        }
        System.out.println("Total expected cost: " + total_msec + " msec");
        sink.close();
        sender.close();
        context.term();
    }
}
  • taskvent.py
import zmq
import time
import random
try:
    raw_input
except NameError:
    raw_input = input
context = zmq.Context()
sender = context.socket(zmq.PUSH)
sender.bind("tcp://*:5557")
sink = context.socket(zmq.PUSH)
sink.connect("tcp://localhost:5558")
print("Please enter when workers are ready: ")
_ = raw_input()
print("Sending tasks to workers...")
sink.send(b'0')
random.seed()
total_msec = 0
for task_nbr in range(100):
    workload = random.randint(1, 100)
    total_msec += workload
    sender.send_string(u'%i' % workload)
print("Total expected cost: %s msec" % total_msec)
time.sleep(1)
  • taskwork.java
import org.zeromq.ZMQ;
public class taskwork {
    public static void main(String[] args) {
        ZMQ.Context context = ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket receiver = context.socket(ZMQ.PULL);
        receiver.connect("tcp://localhost:5557");
        ZMQ.Socket sender = context.socket(ZMQ.PUSH);
        sender.connect("tcp://localhost:5558");
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            String string = receiver.recv(0).trim();
            Long mesc = Long.parseLong(string);
            System.out.flush();
            System.out.print(string + ".");
            Sleep(mesc);
            sender.send("".getBytes(), 0);
        }
        sender.close();
        receiver.close();
        context.term();
    }
}
  • taskwork.py
import zmq
import time
import sys
context = zmq.Context()
receiver = context.socket(zmq.PULL)
receiver.connect("tcp://localhost:5557")
sender = context.socket(zmq.PUSH)
sender.connect("tcp://localhost:5558")
while True:
    s = receiver.recv()
    sys.stdout.write('.')
    sys.stdout.flush()
    time.sleep(int(s) * 0.001)
    sender.send(b'')
  • tasksink.java
import org.zeromq.ZMQ;
public class tasksink {
    public static void main(String[] args) {
        ZMQ.Context context = ZMQ.context(1);
        ZMQ.Socket receiver = context.socket(ZMQ.PULL);
        receiver.bind("tcp://*:5558");
        String string = new String(receiver.recv(0));
        long tstart = System.currentTimeMillis();
        int task_nbr;
        int total_mesc = 0;
        for (task_nbr = 0; task_nbr < 100; task_nbr++) {
            string = new String(receiver.recv(0).trim());
            if ((task_nbr / 10) * 10 == task_nbr) {
                System.out.print(":");
            } else {
                System.out.print(".");
            }
        }
        long tend = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("\nTotal elapsed time: " + (tend - tstart) + "msec");
        receiver.close();
        context.term();
    }
}
  • tasksink.py
import time
import zmq
import sys
context = zmq.Context()
receiver = context.socket(zmq.PULL)
receiver.bind("tcp://*:5558")
s = receiver.recv()
tstart = time.time()
for task_nbr in range(1, 100):
    s = receiver.recv()
    if task_nbr % 10 == 0:
        sys.stdout.write(':')
    else:
        sys.stdout.write('.')
    sys.stdout.flush()
tend = time.time()
print("Total elapsed time: %d msec" % ((tend - tstart) * 1000))

以下两点需要注意：

  1. ventilator 使用 ZMQ.PUSH 来分发任务；worker 用 ZMQ.PULL 来接收任务，用 ZMQ.PUSH 来发送结果；sink 用 ZMQ.PULL 来接收 worker 发来的结果。
  2. ventilator 既是服务端，也是客户端（此时服务端是 sink）；worker 在两个过程中都是客户端；sink 也一直都是服务端。

参考资料

linbingdong.com

欢迎进入博客 ：linbingdong.com 获取最新文章哦~

FullStackPlan

欢迎关注公众号: FullStackPlan 获取更多干货哦~

最后编辑于 ：
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 158,847评论 4赞 362
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 67,208评论 1赞 292
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 108,587评论 0赞 243
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 43,942评论 0赞 205
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 52,332评论 3赞 287
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 40,587评论 1赞 218
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 31,853评论 2赞 312
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 30,568评论 0赞 198
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 34,273评论 1赞 242
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,542评论 2赞 246
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 32,033评论 1赞 260
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 28,373评论 2赞 253
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 33,031评论 3赞 236
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 26,073评论 0赞 8
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,830评论 0赞 195
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,628评论 2赞 274
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,537评论 2赞 269

推荐阅读更多精彩内容

  • ZeroMQ指南：第一章——基础
    拯救世界 略 开始的假设 我们假设你使用ZeroMQ 3.2以上的版本。我们假设你使用Linux或者类似的操作系统...
    lakerszhy阅读 11,067评论 1赞 14
  • ZeroMQ分享-part2
    ZeroMQ API Reference 创建一个ZMQ的上下文环境，是ZMQ一切的开始。 线程安全，不需要自己加...
    分享放大价值阅读 2,911评论 0赞 3
  • Spring Cloud
    Spring Cloud为开发人员提供了快速构建分布式系统中一些常见模式的工具（例如配置管理，服务发现，断路器，智...
    卡卡罗2017阅读 134,100评论 18赞 139
  • zeromq 入门
    1 Install ubuntu 16.10上安装zeroMQ：(1) 下载zeromqwget https://...
    ColdRomantic阅读 908评论 0赞 1
  • 遇到真爱时，脾气和种族都不是问题
    小琪去男朋友阿泽家，阿泽妈妈对小琪说：“阿泽以前脾气很坏，常发火。跟他爸相处超过半个月，指不定就要打起来。跟你一起...
    萱小蕾阅读 225评论 0赞 0