一篇讲完ZeroMQ七大模式demo (python + c)

一、ZeroMQ模式七大模式

ZeroMQ支持七种通信模式，这些模式分别是：

REQ/REP模式：

这是最简单的模式，客户端向服务端发送请求，服务端收到请求并发送响应。这个模式是同步的，客户端必须等待服务端的响应。

PUB/SUB模式：

这个模式用于广播消息。发布者将消息广播给所有订阅者，订阅者可以选择接收感兴趣的消息。

PUSH/PULL模式：

这个模式用于任务分发和负载均衡。任务由PUSH端发送到多个PULL端，PULL端可以竞争任务并执行。

DEALER/ROUTER模式：

这个模式支持异步的双向通信。DEALER端和ROUTER端可以互相发送消息，而不需要等待对方的响应。

REP/REQ模式：

这个模式是REQ/REP模式的反向。服务端向客户端发送请求，客户端收到请求并发送响应。

ROUTER/DEALER模式：

这个模式是DEALER/ROUTER模式的反向。ROUTER端与多个DEALER端通信，可以在多个DEALER端之间进行负载均衡。

XPUB/XSUB模式：

这个模式支持高级的消息路由。XPUB端发布消息，XSUB端订阅消息，并可以根据自己的需要进行筛选和路由。

这些模式可以组合使用，以适应不同的应用场景。例如，可以使用REP/REQ模式与PUSH/PULL模式结合使用，以实现异步的负载均衡。

另外，还有两种常见的模式：

客户端/服务器模式：

这个模式类似于Req/Rep模式，但客户端可以发送多个请求而不需要等待服务端的响应。这个模式常用于支持多个客户端同时连接到服务器。

广播盘模式：

这个模式类似于Pub/Sub模式，但是消息不是广播给所有订阅者，而是只发送给一个随机的订阅者。这个模式常用于负载均衡和任务分发。

二、请求-响应模式

“请求-响应模型”支持的套接字类型有4种：

• ZMQ_REP
• ZMQ_REQ
• ZMQ_DEALER
• ZMQ_ROUTER

PUB/SUB模式

这个是最简单的模式
c语言实现服务器

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
// 向socket发送数据, 数据为string
static int s_send(void *socket, char *string);
// 从socket接收数据, 并将数据以字符串的形式返回
static char *s_recv(void *socket);
 
int main()
{
    // 1.创建上下文
    void *context = zmq_ctx_new();
 
    // 2.创建、绑定套接字
    void *responder = zmq_socket(context, ZMQ_REP);
    zmq_bind(responder, "tcp://*:5555");
 
    int rc;
    // 3.循环接收数据、发送数据
    while(1)
    {
        // 4.接收数据
        char *request = s_recv(responder);
        assert(request != NULL);
        printf("Request: %s\n", request);
        free(request);
 
        // 休眠1秒再继续回复
        sleep(1);
 
        // 5.回送数据
        char *reply = "World";
        rc = s_send(responder, reply);
        assert(rc > 0);
    }
 
    // 6.关闭套接字、销毁上下文
    zmq_close(responder);
    zmq_ctx_destroy(context);
 
    return 0;
}
 
static int s_send(void *socket, char *string)
{
    int rc;
    
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init_size(&msg, 5);
    memcpy(zmq_msg_data(&msg), string, strlen(string));
    
    rc = zmq_msg_send(&msg, socket, 0);
    zmq_msg_close(&msg);
 
    return rc;
}
 
static char *s_recv(void *socket)
{
    int rc;
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init(&msg);
    
    rc = zmq_msg_recv(&msg, socket, 0);
    if(rc == -1)
        return NULL;
    
    char *string = (char*)malloc(rc + 1);
    memcpy(string, zmq_msg_data(&msg), rc);
    zmq_msg_close(&msg);
    
    string[rc] = 0;
    return string;
}

客户端

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
// 向socket发送数据, 数据为string
static int s_send(void *socket, char *string);
// 从socket接收数据, 并将数据以字符串的形式返回
static char *s_recv(void *socket);
 
int main()
{
    // 1.创建上下文
    void *context = zmq_ctx_new();
 
    // 2.创建套接字、连接服务器
    void *requester = zmq_socket(context, ZMQ_REQ);
    zmq_connect(requester, "tcp://localhost:5555");
 
    int rc;
    // 3.循环发送数据、接收数据
    while(1)
    {
        // 4.发送数据
        char *request = "Hello";
        rc = s_send(requester, request);
        assert(rc > 0);
 
        // 5.接收回复数据
        char *reply = s_recv(requester);
        assert(reply != NULL);
        printf("Reply: %s\n", reply);
        free(reply);
    }
 
    // 6.关闭套接字、销毁上下文
    zmq_close(requester);
    zmq_ctx_destroy(context);
 
    return 0;
}
 
static int s_send(void *socket, char *string)
{
    int rc;
    
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init_size(&msg, 5);
    memcpy(zmq_msg_data(&msg), string, strlen(string));
    
    rc = zmq_msg_send(&msg, socket, 0);
    zmq_msg_close(&msg);
 
    return rc;
}
 
static char *s_recv(void *socket)
{
    int rc;
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init(&msg);
    
    rc = zmq_msg_recv(&msg, socket, 0);
    if(rc == -1)
        return NULL;
    
    char *string = (char*)malloc(rc + 1);
    memcpy(string, zmq_msg_data(&msg), rc);
    zmq_msg_close(&msg);
    
    string[rc] = 0;
    return string;
}

这个模式就类似于同步io阻塞的socker,只能处理一个连接这肯定是不够用的，这就会想到io多路复用epoll
在Dealer/Router模式中，Dealer端可以使用zmq.POLLIN来监听Router端是否有消息到来，这类似于Epoll中监听文件描述符的读事件。在Pub/Sub模式中，订阅者可以使用zmq.POLLIN来监听发布者是否发送了新的消息，这也类似于Epoll中监听读事件。

Dealer/Router模式

python实现
服务器

import zmq

context = zmq.Context()
router_socket = context.socket(zmq.ROUTER)
router_socket.bind("tcp://127.0.0.1:5555")

while True:
    identity, message = router_socket.recv_multipart()
    print(f"Received message from {identity}: {message}")
    router_socket.send_multipart([identity, b"ACK"])

客户端

import zmq

context = zmq.Context()
dealer_socket = context.socket(zmq.DEALER)
dealer_socket.identity = b"client1"
dealer_socket.connect("tcp://127.0.0.1:5555")

for i in range(5):
    message = f"Hello, this is message {i}"
    dealer_socket.send_string(message)
    response = dealer_socket.recv()
    print(f"Received response: {response}")

Dealer/Router模式还有一种更加高级的用法,用来支持多端之间通信

这里的多端通信就是中间有个Dealer/Router模式作为代理层,代理请求相应,类似于负载均衡,一个客户端不知道自己连的是哪个服务器
这种模式可以运用到日志处理中,通信不使用TCP使用IPC,节省带宽
客户端

#include 
#include 
#include 
#include 
 
// 向socket发送数据, 数据为string
static int s_send(void *socket, char *string);
// 从socket接收数据, 并将数据以字符串的形式返回
static char *s_recv(void *socket);
 
int main()
{
    int rc;
    // 1.初始化上下文
    void *context = zmq_ctx_new();
 
    // 2.创建套接字、连接代理的ROUTER端
    void *requester = zmq_socket(context, ZMQ_REQ);
    rc = zmq_connect(requester, "tcp://localhost:5559");
    if(rc == -1)
    {
        perror("zmq_connect");
        zmq_close(requester);
        zmq_ctx_destroy(context);
        return -1;
    }
 
    // 3.循环发送、接收数据(10次)
    int request_nbr;
    for(request_nbr = 0; request_nbr < 10; request_nbr++)
    {
        // 4.先发送数据
        rc = s_send(requester, "Hello");
        if(rc < 0)
        {
            perror("s_send");
            zmq_close(requester);
            zmq_ctx_destroy(context);
            return -1;
        }
        
        // 5.等待响应
        char *reply = s_recv(requester);
        if(reply == NULL)
        {
            perror("s_recv");
            free(reply);
            zmq_close(requester);
            zmq_ctx_destroy(context);
            return -1;
        }
        printf("Reply[%d]: %s\n", request_nbr + 1, reply);
        free(reply);
    }
 
    // 6.关闭套接字、销毁上下文
    zmq_close(requester);
    zmq_ctx_destroy(context);
 
    return 0;
}
 
static int s_send(void *socket, char *string)
{
    int rc;
    
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init_size(&msg, 5);
    memcpy(zmq_msg_data(&msg), string, strlen(string));
    
    rc = zmq_msg_send(&msg, socket, 0);
    zmq_msg_close(&msg);
 
    return rc;
}
 
static char *s_recv(void *socket)
{
    int rc;
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init(&msg);
    
    rc = zmq_msg_recv(&msg, socket, 0);
    if(rc == -1)
        return NULL;
    
    char *string = (char*)malloc(rc + 1);
    memcpy(string, zmq_msg_data(&msg), rc);
    zmq_msg_close(&msg);
    
    string[rc] = 0;
    return string;
}

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
// 向socket发送数据, 数据为string
static int s_send(void *socket, char *string);
// 从socket接收数据, 并将数据以字符串的形式返回
static char *s_recv(void *socket);
 
int main()
{
    int rc;
    // 1.初始化上下文
    void *context = zmq_ctx_new();
 
    // 2.创建套接字、连接代理的DEALER端
    void *responder = zmq_socket(context, ZMQ_REP);
    rc = zmq_connect(responder, "tcp://localhost:5560");
    if(rc == -1)
    {
        perror("zmq_connect");
        zmq_close(responder);
        zmq_ctx_destroy(context);
        return -1;
    }
 
    // 3.循环接收、响应
    while(1)
    {
        // 4.先等待接收数据
        char *request = s_recv(responder);
        if(request == NULL)
        {
            perror("s_recv");
            free(request);
            zmq_close(responder);
            zmq_ctx_destroy(context);
            return -1;
        }
        printf("Request: %s\n", request);
        free(request);
 
        // 休眠1秒再进行响应
        sleep(1);
        
        // 5.响应
        rc = s_send(responder, "World");
        if(rc < 0)
        {
            perror("s_send");
            zmq_close(responder);
            zmq_ctx_destroy(context);
            return -1;
        }
    }
 
    // 6.关闭套接字、销毁上下文
    zmq_close(responder);
    zmq_ctx_destroy(context);
 
    return 0;
}
 
static int s_send(void *socket, char *string)
{
    int rc;
    
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init_size(&msg, 5);
    memcpy(zmq_msg_data(&msg), string, strlen(string));
    
    rc = zmq_msg_send(&msg, socket, 0);
    zmq_msg_close(&msg);
 
    return rc;
}
 
static char *s_recv(void *socket)
{
    int rc;
    zmq_msg_t msg;
    zmq_msg_init(&msg);
    
    rc = zmq_msg_recv(&msg, socket, 0);
    if(rc == -1)
        return NULL;
    
    char *string = (char*)malloc(rc + 1);
    memcpy(string, zmq_msg_data(&msg), rc);
    zmq_msg_close(&msg);
    
    string[rc] = 0;
    return string;
}

// rrbroker.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
int main()
{
    int rc;
    // 1.初始化上下文
    void *context = zmq_ctx_new();
 
    // 2.创建、绑定套接字
    void *frontend = zmq_socket(context, ZMQ_ROUTER);
    void *backend = zmq_socket(context, ZMQ_DEALER);
    // ZMQ_ROUTER绑定到5559, 接收客户端的请求
    rc = zmq_bind(frontend, "tcp://*:5559");
    if(rc == -1)
    {
        perror("zmq_bind");
        zmq_close(frontend);
        zmq_close(backend);
        zmq_ctx_destroy(context);
        return -1;
    }
    // ZMQ_DEALER绑定到5560, 接收服务端的回复
    rc = zmq_bind(backend, "tcp://*:5560");
    if(rc == -1)
    {
        perror("zmq_bind");
        zmq_close(frontend);
        zmq_close(backend);
        zmq_ctx_destroy(context);
        return -1;
    }
    // 3.初始化轮询集合
    zmq_pollitem_t items[] = {
        { frontend, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
        { backend, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
    };
 
    // 4.在套接字上切换消息
    while(1)
    {
        zmq_msg_t msg;
        //多部分消息检测
        int more;     
 
        // 5.调用zmq_poll轮询消息
        rc = zmq_poll(items, 2, -1);
        //zmq_poll出错
        if(rc == -1)     
        {
             perror("zmq_poll");
            zmq_close(frontend);
            zmq_close(backend);
            zmq_ctx_destroy(context);
            return -1;
        }
        //zmq_poll超时
        else if(rc == 0) 
            continue;
        else
        {
            // 6.如果ROUTER套接字有数据来
            if(items[0].revents & ZMQ_POLLIN)
            {
                while(1)
                {
                    // 从ROUTER上接收数据, 这么数据是客户端发送过来的"Hello"
                    zmq_msg_init(&msg);
                    zmq_msg_recv(&msg, frontend, 0);
 
                    // 查看是否是接收多部分消息, 如果后面还有数据要接收, 那么more会被置为1
                    size_t more_size = sizeof(more);
                    zmq_getsockopt(frontend, ZMQ_RCVMORE, &more, &more_size);
 
                    // 接收"Hello"之后, 将数据发送到DEALER上, DEALER会将"Hello"发送给服务端
                    zmq_msg_send(&msg, backend, more ? ZMQ_SNDMORE : 0);
                    zmq_msg_close(&msg);
 
                    // 如果没有多部分数据可以接收了, 那么退出循环
                    if(!more)
                        break;
                }
            }
            // 7.如果DEALER套接字有数据来
            if(items[1].revents & ZMQ_POLLIN)
            {
                
                while(1)
                {
                    // 接收服务端的响应"World"
                    zmq_msg_init(&msg);
                    zmq_msg_recv(&msg, backend, 0);
 
                    // 查看是否是接收多部分消息, 如果后面还有数据要接收, 那么more会被置为1
                    size_t more_size = sizeof(more);
                    zmq_getsockopt(backend, ZMQ_RCVMORE, &more, &more_size);
 
                    // 接收"World"之后, 将数据发送到ROUTER上, ROUTER会将"World"发送给客户端
                    zmq_msg_send(&msg, frontend, more ? ZMQ_SNDMORE : 0);
                    zmq_msg_close(&msg);
 
                    // 如果没有多部分数据可以接收了, 那么退出循环
                    if(!more)
                        break;
                }
            }
        }
    }
 
    // 8.关闭套接字、销毁上下文
    zmq_close(frontend);
    zmq_close(backend);
    zmq_ctx_destroy(context);
    
    return 0;
}