前言

介绍

[NetMQ](https://github.com/zeromq/netmq.git)是ZeroMQ的C#移植版本,它是对标准socket接口的扩展。它提供了一种异步消息队列,多消息模式,消息过滤(订阅),对多种传输协议的无缝访问。
当前有2个版本正在维护,版本3最新版为3.3.4,版本4最新版本为4.0.1。本文档是对4.0.1分支代码进行分析。

zeromq的英文文档
NetMQ的英文文档

目的

对NetMQ的源码进行学习并分析理解,因此写下该系列文章,本系列文章暂定编写计划如下:

  1. 消息队列NetMQ 原理分析1-Context和ZObject

  2. 消息队列NetMQ 原理分析2-IO线程和完成端口

  3. 消息队列NetMQ 原理分析3-命令产生/处理、创建Socket和回收线程

  4. 消息队列NetMQ 原理分析4-Socket、Session、Option和Pipe

  5. 消息队列NetMQ 原理分析5-Engine,Encord和Decord

  6. 消息队列NetMQ 原理分析6-TCP和Inpoc实现

  7. 消息队列NetMQ 原理分析7-Device

  8. 消息队列NetMQ 原理分析8-不同类型的Socket

  9. 消息队列NetMQ 原理分析9-实战

友情提示: 看本系列文章时最好获取源码,更有助于理解。


Socket

上一章最后我们简单介绍了SocketBaseSessionBase的创建和回收,这一张我们详细介绍SocketBaseSessionBase
首先SocketBase继承自Own,即也是ZObject对象,同时由于SocketBase需要进行消息的传输,因此它实现了一些结构,包括IPollEventsPipe.IPipeEvents

接口实现

internal abstract class SocketBase : Own, IPollEvents, Pipe.IPipeEvents{
    ...
}
  • IPollEvents事件上一章回收线程已经介绍过,这里不再做过多说明了,简单讲SocketBase实现该事件只有在回收线程回收Socket的时候会触发。

  • Pipe.IPipeEvents:是管道事件,它的签名如下

    public interface IPipeEvents{void ReadActivated([NotNull] Pipe pipe);void WriteActivated([NotNull] Pipe pipe);void Hiccuped([NotNull] Pipe pipe);void Terminated([NotNull] Pipe pipe);
    }
  • ReadActivated:表示管道可读,管道实际调用SocketBaseSessionBaseReadActivated方法,而SocketBase实际会调用XReadActivated方法。

  • WriteActivated:表示管道可写,管道实际调用SocketBaseSessionBaseWriteActivated方法,而SocketBase实际会调用XWriteActivated方法。

  • Hiccuped:当连接突然中断时会调用此方法。

  • WriteActivated:表示管道终止。

内部结构

SocketBase的内部维护着一个字段,用于存放连接/绑定地址和它的管道(若当前SocketBaseTCPListener,则无需初始化管道,管道为空)。

private readonly Dictionary<string, Endpoint> m_endpoints = new Dictionary<string, Endpoint>();private readonly Dictionary<string, Pipe> m_inprocs = new Dictionary<string, Pipe>();

Endpoint对象用于存放SessionBasePipeListener的引用

private class Endpoint{    public Endpoint(Own own, Pipe pipe)    {
        Own = own;
        Pipe = pipe;
    }    public Own Own { get; }    public Pipe Pipe { get; }
}

SocketBase连接或绑定最后会向将Endpoint保存到字典中

private void AddEndpoint([NotNull] string address, [NotNull] Own endpoint, Pipe pipe){
    LaunchChild(endpoint);
    m_endpoints[address] = new Endpoint(endpoint, pipe);
}

SocketBase断开连接时会移除它

public void TermEndpoint([NotNull] string addr){
    ...    if (protocol == Address.InProcProtocol)
    {
        ...
        m_inprocs.Remove(addr);
    }    else
    {
        ...
        m_endpoints.Remove(addr);
    }
}

m_inprocs也是一个字典用于存放inproc协议的连接。
第一章创建SocketBase我们介绍了Context创建SocketBase所做的一些工作,初始化SocketBase时,会创建MailBox,用于传输Command

protected SocketBase([NotNull] Ctx parent, int threadId, int socketId)
    : base(parent, threadId){
    m_options.SocketId = socketId;
    m_mailbox = new Mailbox("socket-" + socketId);
}

每个SocketBase的命令处理实际都是在工作线程中进行。因此理论上(忽略线程上下文切换时造成的性能损失)线程数越多,NetMQ的IO吞吐量和工作线程数成正比关系。
Context创建SocketBase会根据Create静态方法根据不同类型创建不同的SocketBase

public static SocketBase Create(ZmqSocketType type, [NotNull] Ctx parent, int threadId, int socketId)
{    switch (type)
    {        case ZmqSocketType.Pair:
            return new Pair(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Pub:
            return new Pub(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Sub:
            return new Sub(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Req:
            return new Req(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Rep:
            return new Rep(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Dealer:
            return new Dealer(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Router:
            return new Router(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Pull:
            return new Pull(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Push:
            return new Push(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Xpub:
            return new XPub(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Xsub:
            return new XSub(parent, threadId, socketId);        case ZmqSocketType.Stream:
            return new Stream(parent, threadId, socketId);        default:
            throw new InvalidException("SocketBase.Create called with invalid type of " + type);
    }
}

具体创建SocketBase的工作在上一章已经做了详细的介绍,这里不再复述。

Session

首先和SocketBase一样,SessionBase也继承自Own,即也是ZObject对象,同时由于SessionBaseSocketBase存在消息传输,所以它也实现了IPipeEvents接口,同时它实现了IProactorEvents接口,在消息收发是会接收到通知。SessionBase一端和SocketBase进行消息的通讯,另一端和Engine存在消息通讯,它实现了IMsgSinkIMsgSource接口和Engine进行消息传输。

 internal class SessionBase : Own,        Pipe.IPipeEvents, IProactorEvents,        IMsgSink, IMsgSource{

        }
internal interface IMsgSink{    /// <summary>
    /// 传输消息.成功时返回true.
    /// </summary>
    /// <param name="msg">将msg消息写入到管道中</param>
    bool PushMsg(ref Msg msg);
}
internal interface IMsgSource{    /// <summary>
    /// 取一个消息。成功时返回,从管道获取消息写入msg参数中;若失败则返回false,将null写入到msg参数中。
    /// </summary>
    /// <param name="msg">从管道获取消息写入Msg中</param>
    /// <returns>true if successful - and writes the message to the msg argument</returns>
    bool PullMsg(ref Msg msg);
}

万码学堂,电脑培训,计算机培训,Java培训,JavaEE开发培训,青岛软件培训,软件工程师培训

SocketBase将消息写入到写管道时,对应的SessionBase会从读管道读到SocketBase写入的数据,然后将数据从管道取出生成一个Msg,Engine会和AsyncSocket交互传输数据,关于Engine下一章再做介绍。

Option

option参数如下

  1. Affinity
    表示哪个线程是可用的,默认为0,表示所有线程在负载均衡都可使用。

  2. Backlog
    最大Socket待连接数

  3. DelayAttachOnConnect
    在创建连接时,延迟在SocketSession之间创建双向的管道,默认创建连接时立即创建管道

  4. DelayOnClose
    若为true,则在Socket关闭时Session先从管道接收所有消息发送出去。
    否则直接关闭,默认为true

  5. DelayOnDisconnect
    若为true,则在Pipe通知我们中断时Socket先将接收所有入队管道消息。
    否则直接中断管道。默认为true.

  6. Endianness
    字节序,数据在内存中是高到低排还是低到高排。

  7. Identity
    响应的Identity,每个Identity用于查找SocketIdentiy是一个重复的随机32位整形数字,转换为字节5位字节数组。每个消息的第一部分是Identity,

  8. IdentitySize
    1个字节用于保存Identity的长度。

  9. IPv4Only

  10. Linger
    当Socket关闭时,是否延迟一段时间等待数据发送完毕后再关闭管道

  11. MaxMessageSize
    每个消息包最大消息大小

  12. RawSocket
    若设置为true,RouterSocket可以接收非NetMQ发送来的tcp连接。
    默认是false,Stream在构造函数时会设置为true,设置为true时会将RecvIdentity修改为false(用NetMQ接收其他系统发送来的Socket请求应该用StreamSocekt,否则由于应用层协议不一样可能会导致一些问题。)

  13. RecvIdentity
    若为true,Identity转发给Socket

  14. ReconnectIvl
    设置最小重连时间间隔,单位ms。默认100ms

  15. ReconnectIvlMax
    设置最大重连时间间隔,单位ms。默认0(无用)

  16. RecoveryIvl
    PgmSocket用的

  17. SendBuffer
    发送缓存大小,设置底层传输Socket的发送缓存大小,初始为0

  18. ReceiveBuffer
    接收缓存大小,设置底层传输Socket的接收缓存大小,初始为0

  19. SendHighWatermark
    Socket发送的管道的最大消息数,当发送水位达到最大时会阻塞发送。

  20. ReceiveHighWatermark
    Socket接收管道的最大消息数

  21. SendLowWatermark
    Socket发送低水位,消息的最小数量单位,每次达到多少消息数量才向Session管道才激活写事件。默认1000

  22. ReceiveLowWatermark
    Socket接收低水位,消息的最小数量单位,每次达到多少消息数量Session管道才激活读事件。默认1000

  23. SendTimeout
    Socket发送操作超时时间

  24. TcpKeepalive
    TCP保持连接设置,默认-1不修改配置

  25. TcpKeepaliveIdle
    TCP心跳包在空闲时的时间间隔,默认-1不修改配置

  26. TcpKeepaliveIntvl
    TCP心跳包时间间隔,默认-1不修改配置

  27. DisableTimeWait
    客户端断开连接时禁用TIME_WAIT TCP状态

Pipe

上一章我们讲到过在SocketBaseSessionBase是通过2条单向管道进行消息传输,传输的消息单位是Msg,消息管道是YPipe<Msg>类型,那么YPipe<>又是什么呢?

YPipe

Ypipe内部实际维护这一个YQueue类型的先进先出队列,YPipe向外暴露了一下方法:

  1. TryRead
    该方法用于判断当前队列是否可读,可读的话第一个对象出队

    public bool TryRead(out T value){if (!CheckRead())
    {    value = default(T);    return false;
    }value = m_queue.Pop();return true;
    }
  2. Unwrite
    取消写入消息

    public bool Unwrite(ref T value){if (m_flushToIndex == m_queue.BackPos)    return false;value = m_queue.Unpush();return true;
    }
  3. 写入消息
    将消息写入到队列中,若写入未完成则当前消息的指针索引指向当前队列块的后一位。

    public void Write(ref T value, bool incomplete){
    m_queue.Push(ref value);// Move the "flush up to here" pointer.if (!incomplete)
    {
        m_flushToIndex = m_queue.BackPos;
    }
    }
  4. 完成写入
    当该部分消息写完时,则会调用Flush完成写入并通知另一个管道消息可读

    public void Flush(){if (m_state == State.Terminating)    return;if (m_outboundPipe != null && !m_outboundPipe.Flush())
        SendActivateRead(m_peer);
    }

Msg

写入的消息单位是Msg,它实现了多条数据的存储,当每次数据写完还有数据带写入时通过将Flag标记为More表示消息还没写入完。

YQueue

YQueue是由一个个trunk组成的,每个trunk就是一个消息块,每个消息块可能包含多个Msg,主要由写入消息时是否还有更多消息带写入(Flag)决定。trunk是一个双向循环链表,内部维护着一个数组用于存放数据,每个数据会有2个指针,分别指向前一个块和后一个块,每个块还有一个索引,表示当前块在队列中的位置。

private sealed class Chunk{    public Chunk(int size, int globalIndex)    {
        Values = new T[size];
        GlobalOffset = globalIndex;
        Debug.Assert(Values != null);
    }    
    /// <summary>数据</summary>
    public T[] Values { get; }    
    /// <summary>当前块在队列中的位置</summary>
    public int GlobalOffset { get; }    /// <summary>前一个块</summary>
    [CanBeNull]    public Chunk Previous { get; set; }    /// <summary>下一个块</summary>
    [CanBeNull]    public Chunk Next { get; set; }
}

每个chunk默认最多可保存256个部分。
由于每次向SocketBase写入的Msg可能有多个部分,因此消息会写入到数组中,所有消息写完后指向trunk的指针才会后移一位。
YQueue有以下字段

//用于记录当前块消息的个数,默认为256private readonly int m_chunkSize;// 当队列是空的时,下一个块指向null,首尾块都指向初始化的一个块,开始位置的块仅用于队列的读取(front/pop),最后位置的仅用于队列的写入(back/push)。// 开始位置private volatile Chunk m_beginChunk;//chunk的当前可读位置索引private int m_beginPositionInChunk;//指向后一个块private Chunk m_backChunk;//chunk的最后一个可读位置索引private int m_backPositionInChunk;//指向后一个块private Chunk m_endChunk;//chunk的下一个可写位置索引private int m_endPosition;//当达到最大Msg数量时,扩展一个chunk,最大为256个块private Chunk m_spareChunk;

当前trunk头部在整个队列中的的索引位置private int m_nextGlobalIndex;

YPipe写入Msg实际是向YQueue入队

public void Push(ref T val){
    m_backChunk.Values[m_backPositionInChunk] = val;    //指向后一个块
    m_backChunk = m_endChunk;    //索引更新到最后可读位置
    m_backPositionInChunk = m_endPosition;    //下一个可写位置向后移动一位
    m_endPosition++;    if (m_endPosition != m_chunkSize)        return;    //到达最后一个位置则需要扩充一个块
    Chunk sc = m_spareChunk;    if (sc != m_beginChunk)
    {        //已经扩充了块则更新下一个块的位置
        m_spareChunk = m_spareChunk.Next;
        m_endChunk.Next = sc;
        sc.Previous = m_endChunk;
    }    else
    {        //新建一个块,并更新索引位置
        m_endChunk.Next = new Chunk(m_chunkSize, m_nextGlobalIndex);
        m_nextGlobalIndex += m_chunkSize;
        m_endChunk.Next.Previous = m_endCh

http://www.cnblogs.com/Jack-Blog/p/7117798.html