c++进程间通信--zeromq

ZeroMQ（也写作 ØMQ、0MQ 或 zmq）是一个高性能的异步消息队列库，提供了一种灵活的方式来实现进程间通信（IPC）以及网络通信。在C++中使用ZeroMQ进行进程间通信非常直观和高效。zmq的通信模式如下：

下面先说明请求响应模式的特点和建立过程。

1.特点

REQ-REP模式是一种同步的、基于请求-响应的通信方式，适用于需要明确请求和响应的场景，比如RPC（远程过程调用）。

2.建立过程

请求响应模式（Request-Reply Pattern）是ZeroMQ提供的一个基本通信模式，用于实现客户端与服务器之间的同步交互，其中客户端发送请求并等待服务器的响应。下面是该模式的详细工作过程：

2.1. 初始化套接字

服务器端（REP）：创建并绑定一个ZMQ_REP类型的套接字到一个指定的地址（可以是TCP端口或IPC路径）。

void *context = zmq_ctx_new();
void *socket = zmq_socket(context, ZMQ_REP);
int rc = zmq_bind(socket, "tcp://*:5555"); // 绑定到端口555

客户端（REQ）：创建并连接一个ZMQ_REQ类型的套接字到服务器的地址。

void *context = zmq_ctx_new();
void *socket = zmq_socket(context, ZMQ_REQ);
int rc = zmq_connect(socket, "tcp://localhost:5555"); // 连接到服务器的5555端口

2.2. 请求发送和响应接收

客户端（REQ）：

发送请求：客户端通过zmq_send()发送一个请求消息到服务器。

zmq_send(socket, "Request Data", strlen("Request Data"), 0);

等待响应：客户端调用zmq_recv()阻塞等待服务器的响应。

char buffer[1024];
zmq_recv(socket, buffer, 1024, 0);
std::cout << "Received: " << buffer << std::endl;

服务器端（REP）

接收请求：服务器通过zmq_recv()阻塞等待客户端的请求。

char buffer[1024];
zmq_recv(socket, buffer, 1024, 0);
std::cout << "Received Request: " << buffer << std::endl;

处理请求并发送响应：服服务器处理请求后，通过zmq_send()发送响应消息给客户端。

zmq_send(socket, "Response Data", strlen("Response Data"), 0);

3.顺序和匹配

ZeroMQ确保请求与响应的顺序对应，即客户端发送的每个请求都将对应于从服务器接收的下一个响应。

4.几点说明

同步性：请求响应模式是同步的，客户端在接收到响应前会阻塞。
REP套接字行为：服务器的REP套接字在发送完响应后会自动进入等待下一个请求的状态，不允许连续发送两个响应而没有收到新的请求。
错误处理：如果任何一方关闭连接，另一方在尝试读写时可能会遇到错误，需要适当处理。

5.完整sample

5.1 linux zmq安装：

sudo apt-get install libzmq3-dev
sudo apt-get install czmq-dev
git clone https://github.com/zeromq/cppzmq.git
cd cppzmq
mkdir build && cd build
cmake ..
make
sudo make install

5.2 服务器

#include <zmq.hpp>
#include <iostream>
#include <string>int main() {zmq::context_t context(1);zmq::socket_t socket(context, ZMQ_REP);socket.bind("tcp://*:5555");while (true) {zmq::message_t request;socket.recv(&request);std::string request_str = std::string(static_cast<char*>(request.data()), request.size());std::cout << "Received request: " << request_str << std::endl;std::string response = "Response: " + request_str;zmq::message_t reply(response.size());memcpy((void*)reply.data(), response.c_str(), response.size());socket.send(reply);}return 0;
}

5.3 客户端

#include <zmq.hpp>
#include <iostream>
#include <string>int main() {zmq::context_t context(1);zmq::socket_t socket(context, ZMQ_REQ);socket.connect("tcp://localhost:5555");for (int request_nbr = 0; request_nbr != 5; ++request_nbr) {zmq::message_t request(std::to_string(request_nbr));socket.send(request, ZMQ_NOBLOCK);zmq::message_t reply;socket.recv(&reply);std::string reply_str = std::string(static_cast<char*>(reply.data()), reply.size());std::cout << "Received reply " << request_nbr << ": " << reply_str << std::endl;}return 0;
}

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下面说明下zmq发布订阅方式的建立过程。

1.发布订阅模式

ZeroMQ的发布订阅（Pub-Sub）模式是一种一对多的消息传递模式，适用于消息广播场景。在这个模式中，一个或多个发布者（Publisher）发送消息到特定的主题上，而一个或多个订阅者（Subscriber）可以选择订阅这些主题以接收消息。

2.发布订阅模式建立过程

2.1. 初始化Context

在ZeroMQ中，所有的套接字都关联到一个唯一的上下文（Context）。首先，创建一个上下文对象：

#include <zmq.hpp>zmq::context_t context(1); // 参数1表示Io线程的数量，默认为1

2.2. 创建并配置发布者套接字

发布者创建一个ZMQ_PUB类型的套接字，并将其绑定到一个地址。这个地址可以是TCP端口或IPC通道，允许订阅者连接。

zmq::socket_t publisher(context, ZMQ_PUB);
publisher.bind("tcp://*:5555"); // 绑定到所有可用IP的5555端口
// 或使用IPC
// publisher.bind("ipc:///tmp/pubsub.ipc");

2.3. 创建并配置订阅者套接字

订阅者创建一个ZMQ_SUB类型的套接字，并连接到发布者的地址。
订阅者还需要订阅至少一个主题，如果不订阅任何主题，默认情况下不会接收到任何消息。主题可以是空字符串，表示订阅所有主题。

zmq::socket_t subscriber(context, ZMQ_SUB);
subscriber.connect("tcp://localhost:5555"); // 连接到发布者的5555端口
// 或使用IPC
// subscriber.connect("ipc:///tmp/pubsub.ipc");// 订阅主题，这里订阅名为"weather"的主题
subscriber.setsockopt(ZMQ_SUBSCRIBE, "weather", strlen("weather"));
// 若要订阅所有主题，可以设置空字符串
// subscriber.setsockopt(ZMQ_SUBSCRIBE, "", 0);

2.4.发布消息

发布者通过zmq_send()或相应的ZeroMQ API发送消息到一个主题。消息由主题和数据组成，主题通常是消息的前缀。

std::string topic = "weather";
std::string data = "It's sunny today.";
zmq::message_t msg(data.size());
memcpy(msg.data(), data.data(), data.size());
publisher.send(msg, ZMQ_SNDMORE); // 发送主题
publisher.send(topic);

注意：在某些版本的ZeroMQ中，可能需要手动拼接主题和消息内容，或者使用特定的API来一次性发送带有主题的消息。

2.5.接收消息

订阅者使用zmq_recv()或相应的API接收消息。ZeroMQ会自动过滤掉未订阅主题的消息。

zmq::message_t received;
subscriber.recv(&received);
std::string receivedData(reinterpret_cast<char*>(received.data()), received.size());
std::cout << "Received: " << receivedData << std::endl;

3.总结

发布订阅模式在ZeroMQ中的建立过程涉及创建上下文、发布者和订阅者套接字，绑定和连接到指定的地址，设置订阅主题，以及发送和接收消息。这种模式支持动态添加和移除订阅者，且发布者无需了解订阅者的具体信息，提高了系统的可扩展性和灵活性。附录:完整Demo

发布者

#include <zmq.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h> // for sleepint main() {zmq::context_t context(1);zmq::socket_t publisher(context, ZMQ_PUB);publisher.bind("tcp://*:5555"); // 绑定到所有可用IP的5555端口std::cout << "Publisher is up and running..." << std::endl;while (true) {std::string message = "Current temperature: 22 C";std::string topic = "weather";// 发布消息，ZeroMQ不直接支持在消息前加主题，需手动拼接zmq::message_t msg(topic.size() + message.size() + 1); // +1是为了添加分隔符memcpy(msg.data(), topic.data(), topic.size());memcpy(static_cast<char*>(msg.data()) + topic.size() + 1, message.data(), message.size()); // +1跳过分隔符位置publisher.send(msg, ZMQ_DONTWAIT);std::cout << "Sent: " << message << std::endl;usleep(1000000); // 每秒发送一次}return 0;
}

订阅者

#include <zmq.hpp>
#include <iostream>
#include <string>int main() {zmq::context_t context(1);zmq::socket_t subscriber(context, ZMQ_SUB);subscriber.connect("tcp://localhost:5555"); // 连接到发布者的5555端口subscriber.setsockopt(ZMQ_SUBSCRIBE, "weather", 7); // 订阅主题"weather"std::cout << "Subscriber is connected and subscribed to 'weather'." << std::endl;while (true) {zmq::message_t message;subscriber.recv(&message);// 假设消息格式为 主题+分隔符+内容，这里直接处理消息内容std::string received = std::string(static_cast<char*>(message.data()));std::cout << "Received: " << received.substr(8) << std::endl; // 去掉前8个字符（"weather "）}return 0;
}