进程间通信组件ZeroMQ详解

在一些复杂的项目中，往往会由不同功能的程序组成，且在程序运行期间，各个程序还需要进行互相通信，实现进程间通信的方式有很多种，最常用的就是通过消息中间件，比如RabbitMQ，Kafka，以及ZeroMQ等，而RabbitMQ和Kafka这两款中间件往往都需要独立安装步骤才能使用，ZeroMQ却不需要独立安装部署，而是作为动态库直接在程序中引用即可。今天以一个简单的小例子，简述ZeroMQ的常见用法，仅供学习分享使用，如有不足之处，还请指正。

ZeroMQ （又被称为 ØMQ, 0MQ, or zmq），虽然看起来像是可嵌入的网络组件，实际上却是一款并发框架。ZeroMQ作为一款开源通用消息组件，通过Socket可以将原子消息通过不同协议（进程内，进程间，TCP和广播等）进行传输。基于ZeroMQ，可以由多种模式进行选择，如：fan-out，发布-订阅，任务分发，请求-应答等，并且支持1-N，N-N等多端通信。对于C#开发人员，ZeroMQ有两种方式可供选择，1. NetMQ，提供一个端口给C#；2. clrzmq4通过C#绑定到libzmq。而NetMQ正是ZeroMQ推荐的使用方式

ZeroMQ通信模式

 

ZeroMQ提供了多种通信模式，主要有以下几种：

• 请求应答（Request-Response）模式，此模式是ZeroMQ所有通信方式中最简单的一种模式，当客户端发出请求时，期望得到应答，且必须得到应答，才算一个完整的通信。

• 发布订阅（Publish-Subscriber）模式，此模式发送者并不直接发送消息给接收者，而是将要发送的消息进行分类，接收者根据分类只接收自己感兴趣的消息，这就是发布订阅模式。这里提及的消息分类，通常被称为主题（topic）或过滤器（filter）。ZeroMQ通过多种信息来表达主题内容，以字节数组或者字符串的形式表示。
• 生产者-消费者（Push-Pull）模式，此模式是一个消息分发机制，主要用于任务并发和并行处理场景，正常情况下，一个或者多个生产者发送消息，而一个或多个消费者接收并处理这些消息，这种模式特别适合于需要高效任务分发的场景，如分布式计算，大数据处理等。
• 路由经销商（Router-Dealer）模式，此种模式是请求回复模式的一种升级，当Router收到消息的时候，会自动在消息的前面添加一帧，用来识别发送端的地址。当发送一个消息的时候，需要先发送一帧对端的地址，然后再发送消息，如果目的地址指向的对端不存在了，这个消息就会被丢弃。对端的地址默认情况下由ZMQ来产生一个唯一标识UUID。DEALER可以任意读写，不需要额外的地址帧，当有多个对端的时候，循环给单个对端发送消息。（注意：不是群发消息，与PUB不同）。
• 多发布订阅（XPub-XSub），通常情况下，发布订阅模式适用于一个发布者，多个订阅者的场景。如果需要多个消息发布者，那XPub-XSub模式将会比较适用。

本文主要讲解请求应答模式和发布订阅模式，其他通信模式，如果感兴趣可以参考官方文档。

请求应答

请求应答（Request-Response），此模式是ZeroMQ所有通信方式中最简单的一种模式，当客户端发出请求时，期望得到应答，且必须得到应答，才算一个完整的通信。请求应答模式是同步阻塞模式，如果发送消息顺序错误，会抛出异常。正确的请求应答顺序如下：

1. 请求端（RequestSocket）发送一个消息
2. 响应端（ResponseSocket）阅读请求消息
3. 响应端（ResponseSocket）发送响应信息
4. 请求端（RequestSocket）接收响应端（ResponseSocket）发送的信息。

请求应答模式，主要由RequestSocket和ResponseSocket组成，实现消息的请求和应答。

请求端发送消息之前，需要先进行连接Connect，然后才能发送消息。示例代码如下所示：

public class ZeroMQRequest:IDisposable
{public Action<string> Received;public Action<string> Sended;private string url = string.Empty;private RequestSocket request;public ZeroMQRequest(string url){this.request = new RequestSocket();this.url = url;}public void Connect(){request.Connect(this.url);}public void BeginReceive(){string msg = this.request.ReceiveFrameString();Received?.Invoke(msg);}public void SendMsg(string msg){this.request.SendFrame(msg);if (Sended != null){Sended.Invoke(msg);}}public void Disconnect(){request.Disconnect(this.url);}public void Dispose(){request.Close();request.Dispose();}
}

响应端接收消息之前，需要先进行绑定（Bind）到对应的网络端口，然后才能接收消息。示例代码如下所示：

public class ZeroMQResponse:IDisposable
{public Action<string> Received;public Action<string> Sended;private string url = string.Empty;private ResponseSocket response;public ZeroMQResponse(string url){this.url = url;this.response = new ResponseSocket();this.response.Bind(this.url);}public void BeginReceive(){Task.Run(() =>{while (true){string msg = this.response.ReceiveFrameString();Received?.Invoke(msg);//收到回复Send("Ok");}});}public void Send(string msg){this.response.SendFrame(msg);if (Sended != null){Sended.Invoke(msg);}}public void Dispose(){this.response.Dispose();}
}

上述代码是将ReuqestSocket和ResponseSocket进行封装，并通过委托Action公开了接收和发送后响应接口，在使用时进行调用即可。

请求应答模式示例截图如下所示：

由于请求应答模式是阻塞模式，如果没有发送就调用接收方法，或连续调用接收方法，或连续发送（发送没有响应就再次发送），则会抛出异常。

连续两次发送，异常信息如下所示：

连续两次接收，异常信息如下所示：

发布订阅

发布订阅模式，将要发送的信息按照主题（Topic）进行分类，哪个接收端订阅了这个主题，就接收对应的消息，而不是直接发发送给接收者，这样有助于对消息进行分类处理。所以发布订阅模式并非阻塞模式，也不是一对一的请求响应，而是按需分类，异步响应模式。此模式主要有PublisherSocket和SubscriberSocket两个类，分别用于处理消息的发布和订阅。正确的发布订阅顺序，如下所示：

1. 发送端：定义PubliserSocket对象，并绑定（Bind）到指定端口。然后发送主题和消息。
2. 接收端：定义SubscriberSocket对象，连接到指定端口，订阅主题，接收指定主题的消息。

消息发布类（PublisherSocket），在消息发送之前，首先绑定一个端口，然后才能发送主题和消息，示例代码如下所示：

public class ZeroMQPublisher : IDisposable
{private string url=string.Empty;private PublisherSocket publisher;public Action<string> Sended;public ZeroMQPublisher(string url){this.url = url;this.publisher = new PublisherSocket();this.publisher.Bind(url);}public void Send(string topic,string msg){this.publisher.SendMoreFrame(topic);this.publisher.SendFrame(msg);if(Sended != null){Sended.Invoke($"send msg,topic:{topic},msg:{msg},time is {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")}");}}public void Dispose(){this.publisher.Close();this.publisher.Dispose();}
}

消息订阅类（SubscriberSocket），在消息接收之前，首先连接端口，订阅主题（Subscribe方法），然后才能进行消息的接收，示例代码如下所示：

public class ZeroMQSubscriber : IDisposable
{private string url=string.Empty;private SubscriberSocket subscriber;public Action<string> Received;private bool isRunning = false;public ZeroMQSubscriber(string url){this.url = url;this.subscriber = new SubscriberSocket();this.subscriber.Connect(url);this.subscriber.Subscribe(string.Empty);this.isRunning = true;}public void BeginReceive(){Task.Run(() =>{while(isRunning){var topic = this.subscriber.ReceiveFrameString();var msg = this.subscriber.ReceiveFrameString();if(Received != null){Received.Invoke($"received msg,topic:{topic},msg:{msg},time is {DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")}");}}});}public void DisConnect(){isRunning = false;this.subscriber.Disconnect(this.url);}public void Dispose(){this.isRunning=false;this.subscriber.Close();this.subscriber?.Dispose();}
}

注意，发布订阅模式是单向触发的，即消息发布者，不可以接收消息；消息接收者，也不可以发布消息。接收端在调用Subscribe方法时，如果主题为空，则表示可以订阅任何主题。

发布订阅模式示例截图如下所示：

源码下载

关注老码识途公众号，回复关键字ZeroMQ，即可获取示例源码，如下图所示：

以上就是《进程间通信组件库ZeroMQ详解》的全部内容。