第三章 高级请求-应答模式

在第二章中我们通过开发一系列的小应用来熟悉ØMQ的基本使用方法，每个应用会引入一些新的特性。本章会沿用这种方式，来探索更多建立在ØMQ请求-应答模式之上的高级工作模式。

本章涉及的内容有：

  • 在请求-应答模式中创建和使用消息信封
  • 使用REQ、REP、DEALER和ROUTER套接字
  • 使用标识来手工指定应答目标
  • 使用自定义离散路由模式
  • 使用自定义最近最少使用路由模式
  • 构建高层消息封装类
  • 构建基本的请求应答代理
  • 合理命名套接字
  • 模拟client-worker集群
  • 构建可扩展的请求-应答集群云
  • 使用管道套接字监控线程

Request-Reply Envelopes

在请求-应答模式中，信封里保存了应答目标的位置。这就是为什么ØMQ网络虽然是无状态的，但仍能完成请求-应答的过程。

在一般使用过程中，你并不需要知道请求-应答信封的工作原理。使用REQ、REP时，ØMQ会自动处理消息信封。下一章讲到的装置（device），使用时也只需保证读取和写入所有的信息即可。ØMQ使用多段消息的方式来存储信封，所以在复制消息时也会复制信封。

然而，在使用高级请求-应答模式之前是需要了解信封这一机制的，以下是信封机制在ROUTER中的工作原理：

  • 从ROUTER中读取一条消息时，ØMQ会包上一层信封，上面注明了消息的来源。
  • 向ROUTER写入一条消息时（包含信封），ØMQ会将信封拆开，并将消息递送给相应的对象。

如果将从ROUTER A中获取的消息（包含信封）写入ROUTER B（即将消息发送给一个DEALER，该DEALER连接到了ROUTER），那么在从ROUTER B中获取该消息时就会包含两层信封。

信封机制的根本作用是让ROUTER知道如何将消息递送给正确的应答目标，你需要做的就是在程序中保留好该信封。回顾一下REP套接字，它会将收到消息的信封逐个拆开，将消息本身传送给应用程序。而在发送时，又会在消息外层包裹该信封，发送给ROUTER，从而传递给正确的应答目标。

我们可以使用上述原理建立起一个ROUTER-DEALER装置：

  1. [REQ] <--> [REP]
  2. [REQ] <--> [ROUTER--DEALER] <--> [REP]
  3. [REQ] <--> [ROUTER--DEALER] <--> [ROUTER--DEALER] <--> [REP]
  4. ...etc.

当你用REQ套接字去连接ROUTER套接字，并发送一条请求消息，你会从ROUTER中获得一条如下所示的消息：

1

  • 第三帧是应用程序发送给REQ套接字的消息；
  • 第二帧的空信息是REQ套接字在发送消息给ROUTER之前添加的；
  • 第一帧即信封，是由ROUTER套接字添加的，记录了消息的来源。

如果我们在一条装置链路上传递该消息，最终会得到包含多层信封的消息。最新的信封会在消息的顶部。

2

以下将详述我们在请求-应答模式中使用到的四种套接字类型：

  • DEALER是一种负载均衡，它会将消息分发给已连接的节点，并使用公平队列的机制处理接受到的消息。DEALER的作用就像是PUSH和PULL的结合。

  • REQ发送消息时会在消息顶部插入一个空帧，接受时会将空帧移去。其实REQ是建立在DEALER之上的，但REQ只有当消息发送并接受到回应后才能继续运行。

  • ROUTER在收到消息时会在顶部添加一个信封，标记消息来源。发送时会通过该信封决定哪个节点可以获取到该条消息。

  • REP在收到消息时会将第一个空帧之前的所有信息保存起来，将原始信息传送给应用程序。在发送消息时，REP会用刚才保存的信息包裹应答消息。REP其实是建立在ROUTER之上的，但和REQ一样，必须完成接受和发送这两个动作后才能继续。

REP要求消息中的信封由一个空帧结束，所以如果你没有用REQ发送消息，则需要自己在消息中添加这个空帧。

你肯定会问，ROUTER是怎么标识消息的来源的？答案当然是套接字的标识。我们之前讲过，一个套接字可能是瞬时的，它所连接的套接字（如ROUTER）则会给它生成一个标识，与之相关联。一个套接字也可以显式地给自己定义一个标识，这样其他套接字就可以直接使用了。

这是一个瞬时的套接字，ROUTER会自动生成一个UUID来标识消息的来源。

3

这是一个持久的套接字，标识由消息来源自己指定。

4

下面让我们在实例中观察上述两种操作。下列程序会打印出ROUTER从两个REP套接字中获得的消息，其中一个没有指定标识，另一个指定了“Hello”作为标识。

identity.c

  1. // 
  2. // 以下程序演示了如何在请求-应答模式中使用套接字标识。
  3. // 需要注意的是s_开头的函数是由zhelpers.h提供的。
  4. // 我们没有必要重复编写那些代码。
  5. //
  6. #include "zhelpers.h"
  8. int main (void)
  9. {
  10.     void *context = zmq_init (1);
  12.     void *sink = zmq_socket (context, ZMQ_ROUTER);
  13.     zmq_bind (sink, "inproc://example");
  15.     // 第一个套接字由0MQ自动设置标识
  16.     void *anonymous = zmq_socket (context, ZMQ_REQ);
  17.     zmq_connect (anonymous, "inproc://example");
  18.     s_send (anonymous, "ROUTER uses a generated UUID");
  19.     s_dump (sink);
  21.     // 第二个由自己设置
  22.     void *identified = zmq_socket (context, ZMQ_REQ);
  23.     zmq_setsockopt (identified, ZMQ_IDENTITY, "Hello", 5);
  24.     zmq_connect (identified, "inproc://example");
  25.     s_send (identified, "ROUTER socket uses REQ's socket identity");
  26.     s_dump (sink);
  28.     zmq_close (sink);
  29.     zmq_close (anonymous);
  30.     zmq_close (identified);
  31.     zmq_term (context);
  32.     return 0;
  33. }

运行结果：

  1. ----------------------------------------
  2. [017] 00314F043F46C441E28DD0AC54BE8DA727
  3. [000]
  4. [026] ROUTER uses a generated UUID
  5. ----------------------------------------
  6. [005] Hello
  7. [000]
  8. [038] ROUTER socket uses REQ's socket identity

自定义请求-应答路由

我们已经看到ROUTER套接字是如何使用信封将消息发送给正确的应答目标的，下面我们从一个角度来定义ROUTER：在发送消息时使用一定格式的信封提供正确的路由目标，ROUTER就能够将该条消息异步地发送给对应的节点。

所以说ROUTER的行为是完全可控的。在深入理解这一特性之前，让我们先近距离观察一下REQ和REP套接字，赋予他们一些鲜活的角色：

  • REQ是一个“妈妈”套接字，不会耐心听别人说话，但会不断地抛出问题寻求解答。REQ是严格同步的，它永远位于消息链路的请求端；
  • REP则是一个“爸爸”套接字，只会回答问题，不会主动和别人对话。REP也是严格同步的，并一直位于应答端。

关于“妈妈”套接字，正如我们小时候所经历的，只能等她向你开口时你们才能对话。妈妈不像爸爸那么开明，也不会像DEALER套接字一样接受模棱两可的回答。所以，想和REQ套接字对话只有等它主动发出请求后才行，之后它就会一直等待你的回答，不管有多久。

“爸爸”套接字则给人一种强硬、冷漠的感觉，他只做一件事：无论你提出什么问题，都会给出一个精确的回答。不要期望一个REP套接字会主动和你对话或是将你俩的交谈传达给别人，它不会这么做的。

我们通常认为请求-应答模式一定是有来有往、有去有回的过程，但实际上这个过程是可以异步进行的。我们只需获得相应节点的地址，即可通过ROUTER套接字来异步地发送消息。ROUTER是ZMQ中唯一一个可以定位消息来源的套接字。

我们对请求-应答模式下的路由做一个小结：

  • 对于瞬时的套接字，ROUTER会动态生成一个UUID来标识它，因此从ROUTER中获取到的消息里会包含这个标识；
  • 对于持久的套接字，可以自定义标识，ROUTER会如直接将该标识放入消息之中；
  • 具有显式声明标识的节点可以连接到其他类型的套接字；
  • 节点可以通过配置文件等机制提前获知对方节点的标识，作出相应的处理。

我们至少有三种模式来实现和ROUTER的连接：

  • ROUTER-DEALER
  • ROUTER-REQ
  • ROUTER-REP

每种模式下我们都可以完全掌控消息的路由方式，但不同的模式会有不一样的应用场景和消息流，下一节开始我们会逐一解释。

自定义路由也有一些注意事项：

  • 自定义路由让节点能够控制消息的去向，这一点有悖ØMQ的规则。使用自定义路由的唯一理由是ØMQ缺乏更多的路由算法供我们选择；
  • 未来的ØMQ版本可能包含一些我们自定义的路由方式，这意味着我们现在设计的代码可能无法在新版本的ØMQ中运行，或者成为一种多余；
  • 内置的路由机制是可扩展的，且对装置友好，但自定义路由就需要自己解决这些问题。

所以说自定义路由的成本是比较高的，更多情况下应当交由ØMQ来完成。不过既然我们已经讲到这儿了，就继续深入下去吧！

ROUTER-DEALER路由

ROUTER-DEALDER是一种最简单的路由方式。将ROUTER和多个DEALER相连接，用一种合适的算法来决定如何分发消息给DEALER。DEALER可以是一个黑洞（只负责处理消息，不给任何返回）、代理（将消息转发给其他节点）或是服务（会发送返回信息）。

如果你要求DEALER能够进行回复，那就要保证只有一个ROUTER连接到DEALER，因为DEALER并不知道哪个特定的节点在联系它，如果有多个节点，它会做负载均衡，将消息分发出去。但如果DEALER是一个黑洞，那就可以连接任何数量的节点。

ROUTER-DEALER路由可以用来做什么呢？如果DEALER会将它完成任务的时间回复给ROUTER，那ROUTER就可以知道这个DEALER的处理速度有多快了。因为ROUTER和DEALER都是异步的套接字，所以我们要用zmq_poll()来处理这种情况。

下面例子中的两个DEALER不会返回消息给ROUTER，我们的路由采用加权随机算法：发送两倍多的信息给其中的一个DEALER。

5

rtdealer.c

  1. //
  2. // 自定义ROUTER-DEALER路由
  3. //
  4. // 这个实例是单个进程，这样方便启动。
  5. // 每个线程都有自己的ZMQ上下文，所以可以认为是多个进程在运行。
  6. //
  7. #include "zhelpers.h"
  8. #include <pthread.h>
  10. // 这里定义了两个worker，其代码是一样的。
  11. //
  12. static void *
  13. worker_task_a (void *args)
  14. {
  15.     void *context = zmq_init (1);
  16.     void *worker = zmq_socket (context, ZMQ_DEALER);
  17.     zmq_setsockopt (worker, ZMQ_IDENTITY, "A", 1);
  18.     zmq_connect (worker, "ipc://routing.ipc");
  20.     int total = 0;
  21.     while (1) {
  22.         // 我们只接受到消息的第二部分
  23.         char *request = s_recv (worker);
  24.         int finished = (strcmp (request, "END") == 0);
  25.         free (request);
  26.         if (finished) {
  27.             printf ("A received: %d\n", total);
  28.             break;
  29.         }
  30.         total++;
  31.     }
  32.     zmq_close (worker);
  33.     zmq_term (context);
  34.     return NULL;
  35. }
  37. static void *
  38. worker_task_b (void *args)
  39. {
  40.     void *context = zmq_init (1);
  41.     void *worker = zmq_socket (context, ZMQ_DEALER);
  42.     zmq_setsockopt (worker, ZMQ_IDENTITY, "B", 1);
  43.     zmq_connect (worker, "ipc://routing.ipc");
  45.     int total = 0;
  46.     while (1) {
  47.         // 我们只接受到消息的第二部分
  48.         char *request = s_recv (worker);
  49.         int finished = (strcmp (request, "END") == 0);
  50.         free (request);
  51.         if (finished) {
  52.             printf ("B received: %d\n", total);
  53.             break;
  54.         }
  55.         total++;
  56.     }
  57.     zmq_close (worker);
  58.     zmq_term (context);
  59.     return NULL;
  60. }
  62. int main (void)
  63. {
  64.     void *context = zmq_init (1);
  65.     void *client = zmq_socket (context, ZMQ_ROUTER);
  66.     zmq_bind (client, "ipc://routing.ipc");
  68.     pthread_t worker;
  69.     pthread_create (&worker, NULL, worker_task_a, NULL);
  70.     pthread_create (&worker, NULL, worker_task_b, NULL);
  72.     // 等待线程连接至套接字，否则我们发送的消息将不能被正确路由
  73.     sleep (1);
  75.     // 发送10个任务，给A两倍多的量
  76.     int task_nbr;
  77.     srandom ((unsigned) time (NULL));
  78.     for (task_nbr = 0; task_nbr < 10; task_nbr++) {
  79.         // 发送消息的两个部分：第一部分是目标地址
  80.         if (randof (3) > 0)
  81.             s_sendmore (client, "A");
  82.         else
  83.             s_sendmore (client, "B");
  85.         // 然后是任务
  86.         s_send (client, "This is the workload");
  87.     }
  88.     s_sendmore (client, "A");
  89.     s_send (client, "END");
  91.     s_sendmore (client, "B");
  92.     s_send (client, "END");
  94.     zmq_close (client);
  95.     zmq_term (context);
  96.     return 0;
  97. }

对上述代码的两点说明：

  • ROUTER并不知道DEALER何时会准备好，我们可以用信号机制来解决，但为了不让这个例子太过复杂，我们就用sleep(1)的方式来处理。如果没有这句话，那ROUTER一开始发出的消息将无法被路由，ØMQ会丢弃这些消息。
  • 需要注意的是，除了ROUTER会丢弃无法路由的消息外，PUB套接字当没有SUB连接它时也会丢弃发送出去的消息。其他套接字则会将无法发送的消息存储起来，直到有节点来处理它们。

在将消息路由给DEALER时，我们手工建立了这样一个信封：

6

ROUTER套接字会移除第一帧，只将第二帧的内容传递给相应的DEALER。当DEALER发送消息给ROUTER时，只会发送一帧，ROUTER会在外层包裹一个信封（添加第一帧），返回给我们。

如果你定义了一个非法的信封地址，ROUTER会直接丢弃该消息，不作任何提示。对于这一点我们也无能为力，因为出现这种情况只有两种可能，一是要送达的目标节点不复存在了，或是程序中错误地指定了目标地址。如何才能知道消息会被正确地路由？唯一的方法是让路由目标发送一些反馈消息给我们。后面几章会讲述这一点。

DEALER的工作方式就像是PUSH和PULL的结合。但是，我们不能用PULL或PUSH去构建请求-应答模式。

最近最少使用算法路由（LRU模式）

我们之前讲过REQ套接字永远是对话的发起方，然后等待对方回答。这一特性可以让我们能够保持多个REQ套接字等待调配。换句话说，REQ套接字会告诉我们它已经准备好了。

你可以将ROUTER和多个REQ相连，请求-应答的过程如下：

  • REQ发送消息给ROUTER
  • ROUTER返回消息给REQ
  • REQ发送消息给ROUTER
  • ROUTER返回消息给REQ
  • …

和DEALER相同，REQ只能和一个ROUTER连接，除非你想做类似多路冗余路由这样的事（我甚至不想在这里解释），其复杂度会超过你的想象并迫使你放弃的。

7

ROUTER-REQ模式可以用来做什么？最常用的做法就是最近最少使用算法（LRU）路由了，ROUTER发出的请求会让等待最久的REQ来处理。请看示例：

  1. //
  2. // 自定义ROUTER-REQ路由
  3. //
  4. #include "zhelpers.h"
  5. #include <pthread.h>
  7. #define NBR_WORKERS 10
  9. static void *
  10. worker_task(void *args) {
  11.     void *context = zmq_init(1);
  12.     void *worker = zmq_socket(context, ZMQ_REQ);
  14.     // s_set_id()函数会根据套接字生成一个可打印的字符串，
  15.     // 并以此作为该套接字的标识。 
  16.     s_set_id(worker);
  17.     zmq_connect(worker, "ipc://routing.ipc");
  19.     int total = 0;
  20.     while (1) {
  21.         // 告诉ROUTER我已经准备好了
  22.         s_send(worker, "ready");
  24.         // 从ROUTER中获取工作，直到收到结束的信息
  25.         char *workload = s_recv(worker);
  26.         int finished = (strcmp(workload, "END") == 0);
  27.         free(workload);
  28.         if (finished) {
  29.             printf("Processed: %d tasks\n", total);
  30.             break;
  31.         }
  32.         total++;
  34.         // 随机等待一段时间
  35.         s_sleep(randof(1000) + 1);
  36.     }
  37.     zmq_close(worker);
  38.     zmq_term(context);
  39.     return NULL;
  40. }
  42. int main(void) {
  43.     void *context = zmq_init(1);
  44.     void *client = zmq_socket(context, ZMQ_ROUTER);
  45.     zmq_bind(client, "ipc://routing.ipc");
  46.     srandom((unsigned) time(NULL));
  48.     int worker_nbr;
  49.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++) {
  50.         pthread_t worker;
  51.         pthread_create(&worker, NULL, worker_task, NULL);
  52.     }
  53.     int task_nbr;
  54.     for (task_nbr = 0; task_nbr < NBR_WORKERS * 10; task_nbr++) {
  55.         // 最近最少使用的worker就在消息队列中
  56.         char *address = s_recv(client);
  57.         char *empty = s_recv(client);
  58.         free(empty);
  59.         char *ready = s_recv(client);
  60.         free(ready);
  62.         s_sendmore(client, address);
  63.         s_sendmore(client, "");
  64.         s_send(client, "This is the workload");
  65.         free(address);
  66.     }
  67.     // 通知所有REQ套接字结束工作
  68.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++) {
  69.         char *address = s_recv(client);
  70.         char *empty = s_recv(client);
  71.         free(empty);
  72.         char *ready = s_recv(client);
  73.         free(ready);
  75.         s_sendmore(client, address);
  76.         s_sendmore(client, "");
  77.         s_send(client, "END");
  78.         free(address);
  79.     }
  80.     zmq_close(client);
  81.     zmq_term(context);
  82.     return 0;
  83. }

在这个示例中，实现LRU算法并没有用到特别的数据结构，因为ØMQ的消息队列机制已经提供了等价的实现。一个更为实际的LRU算法应该将已准备好的worker收集起来，保存在一个队列中进行分配。以后我们会讲到这个例子。

程序的运行结果会将每个worker的执行次数打印出来。由于REQ套接字会随机等待一段时间，而我们也没有做负载均衡，所以我们希望看到的是每个worker执行相近的工作量。这也是程序执行的结果。

  1. Processed: 8 tasks
  2. Processed: 8 tasks
  3. Processed: 11 tasks
  4. Processed: 7 tasks
  5. Processed: 9 tasks
  6. Processed: 11 tasks
  7. Processed: 14 tasks
  8. Processed: 11 tasks
  9. Processed: 11 tasks
  10. Processed: 10 tasks

关于以上代码的几点说明：

  • 我们不需要像前一个例子一样等待一段时间，因为REQ套接字会明确告诉ROUTER它已经准备好了。

  • 我们使用了zhelpers.h提供的s_set_id()函数来为套接字生成一个可打印的字符串标识，这是为了让例子简单一些。在现实环境中，REQ套接字都是匿名的，你需要直接调用zmq_recv()和zmq_send()来处理消息，因为s_recv()和s_send()只能处理字符串标识的套接字。

  • 更糟的是，我们使用了随机的标识，不要在现实环境中使用随机标识的持久套接字，这样做会将节点消耗殆尽。

  • 如果你只是将上面的代码拷贝过来，没有充分理解，那你就像是看到蜘蛛人从屋顶上飞下来，你也照着做了，后果自负吧。

在将消息路由给REQ套接字时，需要注意一定的格式，即地址-空帧-消息：

8

使用地址进行路由

在经典的请求-应答模式中，ROUTER一般不会和REP套接字通信，而是由DEALER去和REP通信。DEALER会将消息随机分发给多个REP，并获得结果。ROUTER更适合和REQ套接字通信。

我们应该记住，ØMQ的经典模型往往是运行得最好的，毕竟人走得多的路往往是条好路，如果不按常理出牌，那很有可能会跌入无敌深潭。下面我们就将ROUTER和REP进行连接，看看会发生什么。

REP套接字有两个特点：

  • 它需要完成完整的请求-应答周期；
  • 它可以接受任意大小的信封，并能完整地返回该信封。

在一般的请求-应答模式中，REP是匿名的，可以随时替换。因为我们这里在将自定义路由，就要做到将一条消息发送给REP A，而不是REP B。这样才能保证网络的一端是你，另一端是特定的REP。

ØMQ的核心理念之一是周边的节点应该尽可能的智能，且数量众多，而中间件则是固定和简单的。这就意味着周边节点可以向其他特定的节点发送消息，比如可以连接到一个特定的REP。这里我们先不讨论如何在多个节点之间进行路由，只看最后一步中ROUTER如何和特定的REP通信的。

9

这张图描述了以下事件：

  • client有一条消息，将来会通过另一个ROUTER将该消息发送回去。这条信息包含了两个地址、一个空帧、以及消息内容；
  • client将该条消息发送给了ROUTER，并指定了REP的地址；
  • ROUTER将该地址移去，并以此决定其下哪个REP可以获得该消息；
  • REP收到该条包含地址、空帧、以及内容的消息；
  • REP将空帧之前的所有内容移去，交给worker去处理消息；
  • worker处理完成后将回复交给REP；
  • REP将之前保存好的信封包裹住该条回复，并发送给ROUTER；
  • ROUTER在该条回复上又添加了一个注明REP的地址的帧。

这个过程看起来很复杂，但还是有必要取了解清楚的。只要记住，REP套接字会原封不动地将信封返回回去。

rtpapa.c

  1. //
  2. //  自定义ROUTER-REP路由
  3. //
  4. #include "zhelpers.h"
  6. //  这里使用一个进程来强调事件发生的顺序性
  7. int main (void) 
  8. {
  9.     void *context = zmq_init (1);
  11.     void *client = zmq_socket (context, ZMQ_ROUTER);
  12.     zmq_bind (client, "ipc://routing.ipc");
  14.     void *worker = zmq_socket (context, ZMQ_REP);
  15.     zmq_setsockopt (worker, ZMQ_IDENTITY, "A", 1);
  16.     zmq_connect (worker, "ipc://routing.ipc");
  18.     //  等待worker连接
  19.     sleep (1);
  21.     //  发送REP的标识、地址、空帧、以及消息内容
  22.     s_sendmore (client, "A");
  23.     s_sendmore (client, "address 3");
  24.     s_sendmore (client, "address 2");
  25.     s_sendmore (client, "address 1");
  26.     s_sendmore (client, "");
  27.     s_send     (client, "This is the workload");
  29.     //  worker只会得到消息内容
  30.     s_dump (worker);
  32.     //  worker不需要处理信封
  33.     s_send (worker, "This is the reply");
  35.     //  看看ROUTER里收到了什么
  36.     s_dump (client);
  38.     zmq_close (client);
  39.     zmq_close (worker);
  40.     zmq_term (context);
  41.     return 0;
  42. }

运行结果

  1. ----------------------------------------
  2. [020] This is the workload
  3. ----------------------------------------
  4. [001] A
  5. [009] address 3
  6. [009] address 2
  7. [009] address 1
  8. [000]
  9. [017] This is the reply

关于以上代码的几点说明：

  • 在现实环境中，ROUTER和REP套接字处于不同的节点。本例没有启用多进程，为的是让事件的发生顺序更为清楚。

  • zmq_connect()并不是瞬间完成的，REP和ROUTER连接的时候是会花费一些时间的。在现实环境中，ROUTER无从得知REP是否已经连接成功了，除非得到REP的某些回应。本例中使用sleep(1)来处理这一问题，如果不这样做，那REP将无法获得消息（自己尝试一下吧）。

  • 我们使用REP的套接字标识来进行路由，如果你不信，可以将消息发送给B，看看A能不能收到。

  • 本例中的s_dump()等函数来自于zhelpers.h文件，可以看到在进行套接字连接时代码都是一样的，所以我们才能在ØMQ API的基础上搭建上层的API。等今后我们讨论到复杂应用程序的时候再详细说明。

要将消息路由给REP，我们需要创建它能辨别的信封：

10

请求-应答模式下的消息代理

这一节我们将对如何使用ØMQ消息信封做一个回顾，并尝试编写一个通用的消息代理装置。我们会建立一个队列装置来连接多个client和worker，装置的路由算法可以由我们自己决定。这里我们选择最近最少使用算法，因为这和负载均衡一样比较实用。

首先让我们回顾一下经典的请求-应答模型，尝试用它建立一个不断增长的巨型服务网络。最基本的请求-应答模型是：

11

这个模型支持多个REP套接字，但如果我们想支持多个REQ套接字，就需要增加一个中间件，它通常是ROUTER和DEALER的结合体，简单将两个套接字之间的信息进行搬运，因此可以用现成的ZMQ_QUEUE装置来实现：

  1. +--------+  +--------+  +--------+
  2. | Client |  | Client |  | Client |
  3. +--------+  +--------+  +--------+
  4. |  REQ   |  |  REQ   |  |  REQ   |
  5. +---+----+  +---+----+  +---+----+
  6.     |           |           |
  7.     +-----------+-----------+
  8.                 |
  9.             +---+----+
  10.             | ROUTER |
  11.             +--------+
  12.             | Device |
  13.             +--------+
  14.             | DEALER |
  15.             +---+----+
  16.                 |
  17.     +-----------+-----------+
  18.     |           |           |
  19. +---+----+  +---+----+  +---+----+
  20. |  REP   |  |  REP   |  |  REP   |
  21. +--------+  +--------+  +--------+
  22. | Worker |  | Worker |  | Worker |
  23. +--------+  +--------+  +--------+
  26. Figure # - Stretched request-reply

这种结构的关键在于，ROUTER会将消息来自哪个REQ记录下来，生成一个信封。DEALER和REP套接字在传输消息的过程中不会丢弃或更改信封的内容，这样当消息返回给ROUTER时，它就知道应该发送给哪个REQ了。这个模型中的REP套接字是匿名的，并没有特定的地址，所以只能提供同一种服务。

上述结构中，对REP的路由我们使用了DEADER自带的负载均衡算法。但是，我们想用LRU算法来进行路由，这就要用到ROUTER-REP模式：

12

这个ROUTER-ROUTER的LRU队列不能简单地在两个套接字间搬运消息，以下代码会比较复杂，不过在请求-应答模式中复用性很高。

lruqueue.c

  1. //
  2. //  使用LRU算法的装置
  3. //  client和worker处于不同的线程中
  4. //
  5. #include "zhelpers.h"
  6. #include <pthread.h>
  8. #define NBR_CLIENTS 10
  9. #define NBR_WORKERS 3
  11. //  出队操作，使用一个可存储任何类型的数组实现
  12. #define DEQUEUE(q) memmove (&(q)[0], &(q)[1], sizeof (q) - sizeof (q [0]))
  14. //  使用REQ套接字实现基本的请求-应答模式
  15. //  由于s_send()和s_recv()不能处理0MQ的二进制套接字标识，
  16. //  所以这里会生成一个可打印的字符串标识。
  17. //
  18. static void *
  19. client_task (void *args)
  20. {
  21.     void *context = zmq_init (1);
  22.     void *client = zmq_socket (context, ZMQ_REQ);
  23.     s_set_id (client);          //  设置可打印的标识
  24.     zmq_connect (client, "ipc://frontend.ipc");
  26.     //  发送请求并获取应答信息
  27.     s_send (client, "HELLO");
  28.     char *reply = s_recv (client);
  29.     printf ("Client: %s\n", reply);
  30.     free (reply);
  31.     zmq_close (client);
  32.     zmq_term (context);
  33.     return NULL;
  34. }
  36. //  worker使用REQ套接字实现LRU算法
  37. //
  38. static void *
  39. worker_task (void *args)
  40. {
  41.     void *context = zmq_init (1);
  42.     void *worker = zmq_socket (context, ZMQ_REQ);
  43.     s_set_id (worker);          //  设置可打印的标识
  44.     zmq_connect (worker, "ipc://backend.ipc");
  46.     //  告诉代理worker已经准备好
  47.     s_send (worker, "READY");
  49.     while (1) {
  50.         //  将消息中空帧之前的所有内容（信封）保存起来，
  51.         //  本例中空帧之前只有一帧，但可以有更多。
  52.         char *address = s_recv (worker);
  53.         char *empty = s_recv (worker);
  54.         assert (*empty == 0);
  55.         free (empty);
  57.         //  获取请求，并发送回应
  58.         char *request = s_recv (worker);
  59.         printf ("Worker: %s\n", request);
  60.         free (request);
  62.         s_sendmore (worker, address);
  63.         s_sendmore (worker, "");
  64.         s_send     (worker, "OK");
  65.         free (address);
  66.     }
  67.     zmq_close (worker);
  68.     zmq_term (context);
  69.     return NULL;
  70. }
  72. int main (void)
  73. {
  74.     //  准备0MQ上下文和套接字
  75.     void *context = zmq_init (1);
  76.     void *frontend = zmq_socket (context, ZMQ_ROUTER);
  77.     void *backend  = zmq_socket (context, ZMQ_ROUTER);
  78.     zmq_bind (frontend, "ipc://frontend.ipc");
  79.     zmq_bind (backend,  "ipc://backend.ipc");
  81.     int client_nbr;
  82.     for (client_nbr = 0; client_nbr < NBR_CLIENTS; client_nbr++) {
  83.         pthread_t client;
  84.         pthread_create (&client, NULL, client_task, NULL);
  85.     }
  86.     int worker_nbr;
  87.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++) {
  88.         pthread_t worker;
  89.         pthread_create (&worker, NULL, worker_task, NULL);
  90.     }
  91.     //  LRU逻辑
  92.     //  - 一直从backend中获取消息；当有超过一个worker空闲时才从frontend获取消息。
  93.     //  - 当woker回应时，会将该worker标记为已准备好，并转发woker的回应给client
  94.     //  - 如果client发送了请求，就将该请求转发给下一个worker
  96.     //  存放可用worker的队列
  97.     int available_workers = 0;
  98.     char *worker_queue [10];
  100.     while (1) {
  101.         zmq_pollitem_t items [] = {
  102.             { backend,  0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  103.             { frontend, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  104.         };
  105.         zmq_poll (items, available_workers? 2: 1, -1);
  107.         //  处理backend中worker的队列
  108.         if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  109.             //  将worker的地址入队
  110.             char *worker_addr = s_recv (backend);
  111.             assert (available_workers < NBR_WORKERS);
  112.             worker_queue [available_workers++] = worker_addr;
  114.             //  跳过空帧
  116.             char *empty = s_recv (backend);
  117.             assert (empty [0] == 0);
  118.             free (empty);
  120.             // 第三帧是“READY”或是一个client的地址
  121.             char *client_addr = s_recv (backend);
  123.             //  如果是一个应答消息，则转发给client
  124.             if (strcmp (client_addr, "READY") != 0) {
  125.                 empty = s_recv (backend);
  126.                 assert (empty [0] == 0);
  127.                 free (empty);
  128.                 char *reply = s_recv (backend);
  129.                 s_sendmore (frontend, client_addr);
  130.                 s_sendmore (frontend, "");
  131.                 s_send     (frontend, reply);
  132.                 free (reply);
  133.                 if (--client_nbr == 0)
  134.                     break;      //  处理N条消息后退出
  135.             }
  136.             free (client_addr);
  137.         }
  138.         if (items [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
  139.             //  获取下一个client的请求，交给空闲的worker处理
  140.             //  client请求的消息格式是：[client地址][空帧][请求内容]
  141.             char *client_addr = s_recv (frontend);
  142.             char *empty = s_recv (frontend);
  143.             assert (empty [0] == 0);
  144.             free (empty);
  145.             char *request = s_recv (frontend);
  147.             s_sendmore (backend, worker_queue [0]);
  148.             s_sendmore (backend, "");
  149.             s_sendmore (backend, client_addr);
  150.             s_sendmore (backend, "");
  151.             s_send     (backend, request);
  153.             free (client_addr);
  154.             free (request);
  156.             //  将该worker的地址出队
  157.             free (worker_queue [0]);
  158.             DEQUEUE (worker_queue);
  159.             available_workers--;
  160.         }
  161.     }
  162.     zmq_close (frontend);
  163.     zmq_close (backend);
  164.     zmq_term (context);
  165.     return 0;
  166. }

这段程序有两个关键点：1、各个套接字是如何处理信封的；2、LRU算法。我们先来看信封的格式。

我们知道REQ套接字在发送消息时会向头部添加一个空帧，接收时又会自动移除。我们要做的就是在传输消息时满足REQ的要求，处理好空帧。另外还要注意，ROUTER会在所有收到的消息前添加消息来源的地址。

现在我们就将完整的请求-应答流程走一遍，我们将client套接字的标识设为“CLIENT”，worker的设为“WORKER”。以下是client发送的消息：

13

代理从ROUTER中获取到的消息格式如下：

14

代理会从LRU队列中获取一个空闲woker的地址，作为信封附加在消息之上，传送给ROUTER。注意要添加一个空帧。

15

REQ（worker）收到消息时，会将信封和空帧移去：

16

可以看到，worker收到的消息和client端ROUTER收到的消息是一致的。worker需要将该消息中的信封保存起来，只对消息内容做操作。

在返回的过程中：

  • worker通过REQ传输给device消息[client地址][空帧][应答内容]；
  • device从worker端的ROUTER中获取到[worker地址][空帧][client地址][空帧][应答内容]；
  • device将worker地址保存起来，并发送[client地址][空帧][应答内容]给client端的ROUTER；
  • client从REQ中获得到[应答内容]。

然后再看看LRU算法，它要求client和worker都使用REQ套接字，并正确的存储和返回消息信封，具体如下：

  • 创建一组poll，不断地从backend（worker端的ROUTER）获取消息；只有当有空闲的worker时才从frontend（client端的ROUTER）获取消息；

  • 循环执行poll

  • 如果backend有消息，只有两种情况：1）READY消息（该worker已准备好，等待分配）；2）应答消息（需要转发给client）。两种情况下我们都会保存worker的地址，放入LRU队列中，如果有应答内容，则转发给相应的client。

  • 如果frontend有消息，我们从LRU队列中取出下一个worker，将该请求发送给它。这就需要发送[worker地址][空帧][client地址][空帧][请求内容]到worker端的ROUTER。

我们可以对该算法进行扩展，如在worker启动时做一个自我测试，计算出自身的处理速度，并随READY消息发送给代理，这样代理在分配工作时就可以做相应的安排。

ØMQ上层API的封装

使用ØMQ提供的API操作多段消息时是很麻烦的，如以下代码：

  1. while (1) {
  2.     //  将消息中空帧之前的所有内容（信封）保存起来，
  3.     //  本例中空帧之前只有一帧，但可以有更多。
  4.     char *address = s_recv (worker);
  5.     char *empty = s_recv (worker);
  6.     assert (*empty == 0);
  7.     free (empty);
  9.     //  获取请求，并发送回应
  10.     char *request = s_recv (worker);
  11.     printf ("Worker: %s\n", request);
  12.     free (request);
  13.     s_sendmore (worker, address);
  14.     s_sendmore (worker, "");
  15.     s_send     (worker, "OK");
  16.     free (address);
  17. }

这段代码不满足重用的需求，因为它只能处理一个帧的信封。事实上，以上代码已经做了一些封装了，如果调用ØMQ底层的API的话，代码就会更加冗长：

  1. while (1) {
  2.     //  将消息中空帧之前的所有内容（信封）保存起来，
  3.     //  本例中空帧之前只有一帧，但可以有更多。
  4.     zmq_msg_t address;
  5.     zmq_msg_init (&address);
  6.     zmq_recv (worker, &address, 0);
  8.     zmq_msg_t empty;
  9.     zmq_msg_init (&empty);
  10.     zmq_recv (worker, &empty, 0);
  12.     //  获取请求，并发送回应
  13.     zmq_msg_t payload;
  14.     zmq_msg_init (&payload);
  15.     zmq_recv (worker, &payload, 0);
  17.     int char_nbr;
  18.     printf ("Worker: ");
  19.     for (char_nbr = 0; char_nbr < zmq_msg_size (&payload); char_nbr++)
  20.         printf ("%c", *(char *) (zmq_msg_data (&payload) + char_nbr));
  21.     printf ("\n");
  23.     zmq_msg_init_size (&payload, 2);
  24.     memcpy (zmq_msg_data (&payload), "OK", 2);
  26.     zmq_send (worker, &address, ZMQ_SNDMORE);
  27.     zmq_close (&address);
  28.     zmq_send (worker, &empty, ZMQ_SNDMORE);
  29.     zmq_close (&empty);
  30.     zmq_send (worker, &payload, 0);
  31.     zmq_close (&payload);
  32. }

我们理想中的API是可以一步接收和处理完整的消息，包括信封。ØMQ底层的API并不是为此而涉及的，但我们可以在它上层做进一步的封装，这也是学习ØMQ的过程中很重要的内容。

想要编写这样一个API还是很有难度的，因为我们要避免过于频繁地复制数据。此外，ØMQ用“消息”来定义多段消息和多段消息中的一部分，同时，消息又可以是字符串消息或者二进制消息，这也给编写API增加的难度。

解决方法之一是使用新的命名方式：字符串（s_send()和s_recv()中已经在用了）、帧（消息的一部分）、消息（一个或多个帧）。以下是用新的API重写的worker：

  1. while (1) {
  2.     zmsg_t *zmsg = zmsg_recv (worker);
  3.     zframe_print (zmsg_last (zmsg), "Worker: ");
  4.     zframe_reset (zmsg_last (zmsg), "OK", 2);
  5.     zmsg_send (&zmsg, worker);
  6. }

用4行代码代替22行代码是个不错的选择，而且更容易读懂。我们可以用这种理念继续编写其他的API，希望可以实现以下功能：

  • 自动处理套接字。每次都要手动关闭套接字是很麻烦的事，手动定义过期时间也不是太有必要，所以，如果能在关闭上下文时自动关闭套接字就太好了。

  • 便捷的线程管理。基本上所有的ØMQ应用都会用到多线程，但POSIX的多线程接口用起来并不是太方便，所以也可以封装一下。

  • 便捷的时钟管理。想要获取毫秒数、或是暂停运行几毫秒都不太方便，我们的API应该提供这个接口。

  • 一个能够替代zmq_poll()的反应器。poll循环很简单，但比较笨拙，会造成重复代码：计算时间、处理套接字中的信息等。若有一个简单的反应器来处理套接字的读写以及时间的控制，将会很方便。

  • 恰当地处理Ctrl-C按键。我么已经看到如何处理中断了，最好这一机制可以用到所有的程序里。

我们可以用czmq来实现以上的需求。这个扩展很早就有了，提供了很多ØMQ的上层封装，甚至是数据结构（哈希、链表等）。

以下是用czmq重写的LRU代理：

lruqueue2.c

  1. //
  2. //  LRU消息队列装置，使用czmq库实现
  3. //
  4. #include "czmq.h"
  6. #define NBR_CLIENTS 10
  7. #define NBR_WORKERS 3
  8. #define LRU_READY   "\001"      //  worker准备就绪的信息
  10. //  使用REQ套接字实现基本的请求-应答模式
  11. //
  12. static void *
  13. client_task (void *args)
  14. {
  15.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  16.     void *client = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  17.     zsocket_connect (client, "ipc://frontend.ipc");
  19.     //  发送请求并接收应答
  20.     while (1) {
  21.         zstr_send (client, "HELLO");
  22.         char *reply = zstr_recv (client);
  23.         if (!reply)
  24.             break;
  25.         printf ("Client: %s\n", reply);
  26.         free (reply);
  27.         sleep (1);
  28.     }
  29.     zctx_destroy (&ctx);
  30.     return NULL;
  31. }
  33. //  worker使用REQ套接字，实现LRU路由
  34. //
  35. static void *
  36. worker_task (void *args)
  37. {
  38.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  39.     void *worker = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  40.     zsocket_connect (worker, "ipc://backend.ipc");
  42.     //  告知代理worker已准备就绪
  43.     zframe_t *frame = zframe_new (LRU_READY, 1);
  44.     zframe_send (&frame, worker, 0);
  46.     //  接收消息并处理
  47.     while (1) {
  48.         zmsg_t *msg = zmsg_recv (worker);
  49.         if (!msg)
  50.             break;              //  终止
  51.         //zframe_print (zmsg_last (msg), "Worker: ");
  52.         zframe_reset (zmsg_last (msg), "OK", 2);
  53.         zmsg_send (&msg, worker);
  54.     }
  55.     zctx_destroy (&ctx);
  56.     return NULL;
  57. }
  59. int main (void)
  60. {
  61.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  62.     void *frontend = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  63.     void *backend = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  64.     zsocket_bind (frontend, "ipc://frontend.ipc");
  65.     zsocket_bind (backend, "ipc://backend.ipc");
  67.     int client_nbr;
  68.     for (client_nbr = 0; client_nbr < NBR_CLIENTS; client_nbr++)
  69.         zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  70.     int worker_nbr;
  71.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++)
  72.         zthread_new (ctx, worker_task, NULL);
  74.     //  LRU逻辑
  75.     //  - 一直从backend中获取消息；当有超过一个worker空闲时才从frontend获取消息。
  76.     //  - 当woker回应时，会将该worker标记为已准备好，并转发woker的回应给client
  77.     //  - 如果client发送了请求，就将该请求转发给下一个worker
  79.     //  存放可用worker的队列
  80.     zlist_t *workers = zlist_new ();
  82.     while (1) {
  83.         //  初始化poll
  84.         zmq_pollitem_t items [] = {
  85.             { backend,  0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  86.             { frontend, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  87.         };
  88.         //  当有可用的worker时，从frontend获取消息
  89.         int rc = zmq_poll (items, zlist_size (workers)? 2: 1, -1);
  90.         if (rc == -1)
  91.             break;              //  中断
  93.         //  对backend发来的消息进行处理
  94.         if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  95.             //  使用worker的地址进行LRU路由
  96.             zmsg_t *msg = zmsg_recv (backend);
  97.             if (!msg)
  98.                 break;          //  中断
  99.             zframe_t *address = zmsg_unwrap (msg);
  100.             zlist_append (workers, address);
  102.             //  如果不是READY消息，则转发给client
  103.             zframe_t *frame = zmsg_first (msg);
  104.             if (memcmp (zframe_data (frame), LRU_READY, 1) == 0)
  105.                 zmsg_destroy (&msg);
  106.             else
  107.                 zmsg_send (&msg, frontend);
  108.         }
  109.         if (items [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
  110.             //  获取client发来的请求，转发给worker
  111.             zmsg_t *msg = zmsg_recv (frontend);
  112.             if (msg) {
  113.                 zmsg_wrap (msg, (zframe_t *) zlist_pop (workers));
  114.                 zmsg_send (&msg, backend);
  115.             }
  116.         }
  117.     }
  118.     //  如果完成了，则进行一些清理工作
  119.     while (zlist_size (workers)) {
  120.         zframe_t *frame = (zframe_t *) zlist_pop (workers);
  121.         zframe_destroy (&frame);
  122.     }
  123.     zlist_destroy (&workers);
  124.     zctx_destroy (&ctx);
  125.     return 0;
  126. }

czmq提供了一个简单的中断机制，当按下Ctrl-C时程序会终止ØMQ的运行，并返回-1，errno设置为EINTR。程序中断时，czmq的recv方法会返回NULL，所以你可以用下面的代码来作判断：

  1. while (1) {
  2.     zstr_send (client, "HELLO");
  3.     char *reply = zstr_recv (client);
  4.     if (!reply)
  5.         break; // 中断
  6.     printf ("Client: %s\n", reply);
  7.     free (reply);
  8.     sleep (1);
  9. }

如果使用zmq_poll()函数，则可以这样判断：

  1. int rc = zmq_poll (items, zlist_size (workers)? 2: 1, -1);
  2. if (rc == -1)
  3.     break; // 中断

上例中还是使用了原生的zmq_poll()方法，也可以使用czmq提供的zloop反应器来实现，它可以做到：

  • 从任意套接字上获取消息，也就是说只要套接字有消息就可以触发函数；
  • 停止读取套接字上的消息；
  • 设置一个时钟，定时地读取消息。

zloop内部当然是使用zmq_poll()实现的，但它可以做到动态地增减套接字上的监听器，重构poll池，并根据poll的超时时间来计算下一个时钟触发事件。

使用这种反应器模式后，我们的代码就更简洁了：

  1. zloop_t *reactor = zloop_new ();
  2. zloop_reader (reactor, self->backend, s_handle_backend, self);
  3. zloop_start (reactor);
  4. zloop_destroy (&reactor);

对消息的实际处理放在了程序的其他部分，并不是所有人都会喜欢这种风格，但zloop的确是将定时器和套接字的行为融合在了一起。在以后的例子中，我们会用zmq_poll()来处理简单的示例，使用zloop来处理复杂的。

下面我们用zloop来重写LRU队列装置

lruqueue3.c

  1. //
  2. //  LRU队列装置，使用czmq及其反应器模式实现
  3. //
  4. #include "czmq.h"
  6. #define NBR_CLIENTS 10
  7. #define NBR_WORKERS 3
  8. #define LRU_READY   "\001"      //  woker已准备就绪的消息
  10. //  使用REQ实现基本的请求-应答模式
  11. //
  12. static void *
  13. client_task (void *args)
  14. {
  15.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  16.     void *client = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  17.     zsocket_connect (client, "ipc://frontend.ipc");
  19.     //  发送请求并接收应答
  20.     while (1) {
  21.         zstr_send (client, "HELLO");
  22.         char *reply = zstr_recv (client);
  23.         if (!reply)
  24.             break;
  25.         printf ("Client: %s\n", reply);
  26.         free (reply);
  27.         sleep (1);
  28.     }
  29.     zctx_destroy (&ctx);
  30.     return NULL;
  31. }
  33. //  worker使用REQ套接字来实现路由
  34. //
  35. static void *
  36. worker_task (void *arg_ptr)
  37. {
  38.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  39.     void *worker = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  40.     zsocket_connect (worker, "ipc://backend.ipc");
  42.     //  告诉代理worker已经准备就绪
  43.     zframe_t *frame = zframe_new (LRU_READY, 1);
  44.     zframe_send (&frame, worker, 0);
  46.     //  获取消息并处理
  47.     while (1) {
  48.         zmsg_t *msg = zmsg_recv (worker);
  49.         if (!msg)
  50.             break;              //  中断
  51.         //zframe_print (zmsg_last (msg), "Worker: ");
  52.         zframe_reset (zmsg_last (msg), "OK", 2);
  53.         zmsg_send (&msg, worker);
  54.     }
  55.     zctx_destroy (&ctx);
  56.     return NULL;
  57. }
  59. //  LRU队列处理器结构，将要传给反应器
  60. typedef struct {
  61.     void *frontend;             //  监听client
  62.     void *backend;              //  监听worker
  63.     zlist_t *workers;           //  可用的worker列表
  64. } lruqueue_t;
  67. //  处理frontend端的消息
  68. int s_handle_frontend (zloop_t *loop, void *socket, void *arg)
  69. {
  70.     lruqueue_t *self = (lruqueue_t *) arg;
  71.     zmsg_t *msg = zmsg_recv (self->frontend);
  72.     if (msg) {
  73.         zmsg_wrap (msg, (zframe_t *) zlist_pop (self->workers));
  74.         zmsg_send (&msg, self->backend);
  76.         //  如果没有可用的worker，则停止监听frontend
  77.         if (zlist_size (self->workers) == 0)
  78.             zloop_cancel (loop, self->frontend);
  79.     }
  80.     return 0;
  81. }
  83. //  处理backend端的消息
  84. int s_handle_backend (zloop_t *loop, void *socket, void *arg)
  85. {
  86.     //  使用worker的地址进行LRU路由
  87.     lruqueue_t *self = (lruqueue_t *) arg;
  88.     zmsg_t *msg = zmsg_recv (self->backend);
  89.     if (msg) {
  90.         zframe_t *address = zmsg_unwrap (msg);
  91.         zlist_append (self->workers, address);
  93.         //  当有可用worker时增加frontend端的监听
  94.         if (zlist_size (self->workers) == 1)
  95.             zloop_reader (loop, self->frontend, s_handle_frontend, self);
  97.         //  如果是worker发送来的应答，则转发给client
  98.         zframe_t *frame = zmsg_first (msg);
  99.         if (memcmp (zframe_data (frame), LRU_READY, 1) == 0)
  100.             zmsg_destroy (&msg);
  101.         else
  102.             zmsg_send (&msg, self->frontend);
  103.     }
  104.     return 0;
  105. }
  107. int main (void)
  108. {
  109.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  110.     lruqueue_t *self = (lruqueue_t *) zmalloc (sizeof (lruqueue_t));
  111.     self->frontend = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  112.     self->backend = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  113.     zsocket_bind (self->frontend, "ipc://frontend.ipc");
  114.     zsocket_bind (self->backend, "ipc://backend.ipc");
  116.     int client_nbr;
  117.     for (client_nbr = 0; client_nbr < NBR_CLIENTS; client_nbr++)
  118.         zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  119.     int worker_nbr;
  120.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++)
  121.         zthread_new (ctx, worker_task, NULL);
  123.     //  可用worker的列表
  124.     self->workers = zlist_new ();
  126.     //  准备并启动反应器
  127.     zloop_t *reactor = zloop_new ();
  128.     zloop_reader (reactor, self->backend, s_handle_backend, self);
  129.     zloop_start (reactor);
  130.     zloop_destroy (&reactor);
  132.     //  结束之后的清理工作
  133.     while (zlist_size (self->workers)) {
  134.         zframe_t *frame = (zframe_t *) zlist_pop (self->workers);
  135.         zframe_destroy (&frame);
  136.     }
  137.     zlist_destroy (&self->workers);
  138.     zctx_destroy (&ctx);
  139.     free (self);
  140.     return 0;
  141. }

要正确处理Ctrl-C还是有点困难的，如果你使用zctx类，那它会自动进行处理，不过也需要代码的配合。若zmq_poll()返回了-1，或者recv方法（zstr_recv, zframe_recv, zmsg_recv）返回了NULL，就必须退出所有的循环。另外，在最外层循环中增加!zctx_interrupted的判断也很有用。

异步C/S结构

在之前的ROUTER-DEALER模型中，我们看到了client是如何异步地和多个worker进行通信的。我们可以将这个结构倒置过来，实现多个client异步地和单个server进行通信：

17

  • client连接至server并发送请求；
  • 每一次收到请求，server会发送0至N个应答；
  • client可以同时发送多个请求而不需要等待应答；
  • server可以同时发送多个应答二不需要新的请求。

asyncsrd.c

  1. //
  2. //  异步C/S模型（DEALER-ROUTER）
  3. // 
  5. #include "czmq.h"
  7. //  ---------------------------------------------------------------------
  8. //  这是client端任务，它会连接至server，每秒发送一次请求，同时收集和打印应答消息。
  9. //  我们会运行多个client端任务，使用随机的标识。
  11. static void *
  12. client_task (void *args)
  13. {
  14.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  15.     void *client = zsocket_new (ctx, ZMQ_DEALER);
  17.     //  设置随机标识，方便跟踪
  18.     char identity [10];
  19.     sprintf (identity, "%04X-%04X", randof (0x10000), randof (0x10000));
  20.     zsockopt_set_identity (client, identity);
  21.     zsocket_connect (client, "tcp://localhost:5570");
  23.     zmq_pollitem_t items [] = { { client, 0, ZMQ_POLLIN, 0 } };
  24.     int request_nbr = 0;
  25.     while (1) {
  26.         //  从poll中获取消息，每秒一次
  27.         int centitick;
  28.         for (centitick = 0; centitick < 100; centitick++) {
  29.             zmq_poll (items, 1, 10 * ZMQ_POLL_MSEC);
  30.             if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  31.                 zmsg_t *msg = zmsg_recv (client);
  32.                 zframe_print (zmsg_last (msg), identity);
  33.                 zmsg_destroy (&msg);
  34.             }
  35.         }
  36.         zstr_sendf (client, "request #%d", ++request_nbr);
  37.     }
  38.     zctx_destroy (&ctx);
  39.     return NULL;
  40. }
  42. //  ---------------------------------------------------------------------
  43. //  这是server端任务，它使用多线程机制将请求分发给多个worker，并正确返回应答信息。
  44. //  一个worker只能处理一次请求，但client可以同时发送多个请求。
  46. static void server_worker (void *args, zctx_t *ctx, void *pipe);
  48. void *server_task (void *args)
  49. {
  50.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  52.     //  frontend套接字使用TCP和client通信
  53.     void *frontend = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  54.     zsocket_bind (frontend, "tcp://*:5570");
  56.     //  backend套接字使用inproc和worker通信
  57.     void *backend = zsocket_new (ctx, ZMQ_DEALER);
  58.     zsocket_bind (backend, "inproc://backend");
  60.     //  启动一个worker线程池，数量任意
  61.     int thread_nbr;
  62.     for (thread_nbr = 0; thread_nbr < 5; thread_nbr++)
  63.         zthread_fork (ctx, server_worker, NULL);
  65.     //  使用队列装置连接backend和frontend，我们本来可以这样做：
  66.     //      zmq_device (ZMQ_QUEUE, frontend, backend);
  67.     //  但这里我们会自己完成这个任务，这样可以方便调试。
  69.     //  在frontend和backend间搬运消息
  70.     while (1) {
  71.         zmq_pollitem_t items [] = {
  72.             { frontend, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  73.             { backend,  0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  74.         };
  75.         zmq_poll (items, 2, -1);
  76.         if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  77.             zmsg_t *msg = zmsg_recv (frontend);
  78.             //puts ("Request from client:");
  79.             //zmsg_dump (msg);
  80.             zmsg_send (&msg, backend);
  81.         }
  82.         if (items [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
  83.             zmsg_t *msg = zmsg_recv (backend);
  84.             //puts ("Reply from worker:");
  85.             //zmsg_dump (msg);
  86.             zmsg_send (&msg, frontend);
  87.         }
  88.     }
  89.     zctx_destroy (&ctx);
  90.     return NULL;
  91. }
  93. //  接收一个请求，随机返回多条相同的文字，并在应答之间做随机的延迟。
  94. //
  95. static void
  96. server_worker (void *args, zctx_t *ctx, void *pipe)
  97. {
  98.     void *worker = zsocket_new (ctx, ZMQ_DEALER);
  99.     zsocket_connect (worker, "inproc://backend");
  101.     while (1) {
  102.         //  DEALER套接字将信封和消息内容一起返回给我们
  103.         zmsg_t *msg = zmsg_recv (worker);
  104.         zframe_t *address = zmsg_pop (msg);
  105.         zframe_t *content = zmsg_pop (msg);
  106.         assert (content);
  107.         zmsg_destroy (&msg);
  109.         //  随机返回0至4条应答
  110.         int reply, replies = randof (5);
  111.         for (reply = 0; reply < replies; reply++) {
  112.             //  暂停一段时间
  113.             zclock_sleep (randof (1000) + 1);
  114.             zframe_send (&address, worker, ZFRAME_REUSE + ZFRAME_MORE);
  115.             zframe_send (&content, worker, ZFRAME_REUSE);
  116.         }
  117.         zframe_destroy (&address);
  118.         zframe_destroy (&content);
  119.     }
  120. }
  123. //  主程序用来启动多个client和一个server
  124. //
  125. int main (void)
  126. {
  127.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  128.     zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  129.     zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  130.     zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  131.     zthread_new (ctx, server_task, NULL);
  133.     //  运行5秒后退出
  134.     zclock_sleep (5 * 1000);
  135.     zctx_destroy (&ctx);
  136.     return 0;
  137. }

运行上面的代码，可以看到三个客户端有各自的随机标识，每次请求会获得零到多条回复。

  • client每秒会发送一次请求，并获得零到多条应答。这要通过zmq_poll()来实现，但我们不能只每秒poll一次，这样将不能及时处理应答。程序中我们每秒取100次，这样一来server端也可以以此作为一种心跳（heartbeat），用来检测client是否还在线。

  • server使用了一个worker池，每一个worker同步处理一条请求。我们可以使用内置的队列来搬运消息，但为了方便调试，在程序中我们自己实现了这一过程。你可以将注释的几行去掉，看看输出结果。

这段代码的整体架构如下图所示：

18

可以看到，client和server之间的连接我们使用的是DEALER-ROUTER，而server和worker的连接则用了DEALER-DEALER。如果worker是一个同步的线程，我们可以用REP。但是本例中worker需要能够发送多个应答，所以就需要使用DEALER这样的异步套接字。这里我们不需要对应答进行路由，因为所有的worker都是连接到一个server上的。

让我们看看路由用的信封，client发送了一条信息，server获取的信息中包含了client的地址，这样一来我们有两种可行的server-worker通信方案：

  • worker收到未经标识的信息。我们使用显式声明的标识，配合ROUTER套接字来连接worker和server。这种设计需要worker提前告知ROUTER它的存在，这种LRU算法正是我们之前所讲述的。

  • worker收到含有标识的信息，并返回含有标识的应答。这就要求worker能够处理好信封。

第二种涉及较为简单：

  1.      client          server       frontend       worker
  2.    [ DEALER ]<---->[ ROUTER <----> DEALER <----> DEALER ]
  3.              1 part         2 parts       2 parts

当我们需要在client和server之间维持一个对话时，就会碰到一个经典的问题：client是不固定的，如果给每个client都保存一些消息，那系统资源很快就会耗尽。即使是和同一个client保持连接，因为使用的是瞬时的套接字（没有显式声明标识），那每次连接也相当于是一个新的连接。

想要在异步的请求中保存好client的信息，有以下几点需要注意：

  • client需要发送心跳给server。本例中client每秒都会发送一个请求给server，这就是一种很可靠的心跳机制。
  • 使用client的套接字标识来存储信息，这对瞬时和持久的套接字都有效；
  • 检测停止心跳的client，如两秒内没有收到某个client的心跳，就将保存的状态丢弃。

实战：跨代理路由

让我们把目前所学到的知识综合起来，应用到实战中去。我们的大客户今天打来一个紧急电话，说是要构建一个大型的云计算设施。它要求这个云架构可以跨越多个数据中心，每个数据中心包含一组client和worker，且能共同协作。

我们坚信实践高于理论，所以就提议使用ZMQ搭建这样一个系统。我们的客户同意了，可能是因为他的确也想降低开发的成本，或是在推特上看到了太多ZMQ的好处。

细节详述

喝完几杯特浓咖啡，我们准备着手干了，但脑中有个理智的声音提醒我们应该在事前将问题分析清楚，然后再开始思考解决方案。云到底要做什么？我们如是问，客户这样回答：

  • worker在不同的硬件上运作，但可以处理所有类型的任务。每个集群都有成百个worker，再乘以集群的个数，因此数量众多。

  • client向worker指派任务，每个任务都是独立的，每个client都希望能找到对应的worker来处理任务，越快越好。client是不固定的，来去频繁。

  • 真正的难点在于，这个架构需要能够自如地添加和删除集群，附带着集群中的client和worker。

  • 如果集群中没有可用的worker，它便会将任务分派给其他集群中可以用的worker。

  • client每次发送一个请求，并等待应答。如果X秒后他们没有获得应答，他们会重新发送请求。这一点我们不需要多做考虑，client端的API已经写好了。

  • worker每次处理一个请求，他们的行为非常简单。如果worker崩溃了，会有另外的脚本启动他们。

听了以上的回答，我们又进一步追问：

  • 集群之间会有一个更上层的网络来连接他们对吗？客户说是的。

  • 我们需要处理多大的吞吐量？客户说，每个集群约有一千个client，单个client每秒会发送10次请求。请求包含的内容很少，应答也很少，每个不超过1KB。

我们进行了简单的计算，2500个client x 10次/秒 x 1000字节 x 双向 = 50MB/秒，或400Mb/秒，这对1Gb网络来说不成问题，可以使用TCP协议。

这样需求就很清晰了，不需要额外的硬件或协议来完成这件事，只要提供一个高效的路由算法，设计得缜密一些。我们首先从一个集群（数据中心）开始，然后思考如何来连接他们。

单个集群的架构

worker和client是同步的，我们使用LRU算法来给worker分配任务。每个worker都是等价的，所以我们不需要考虑服务的问题。worker是匿名的，client不会和某个特定的worker进行通信，因而我们不需要保证消息的送达以及失败后的重试等。

鉴于上文提过的原因，client和worker是不会直接通信的，这样一来就无法动态地添加和删除节点了。所以，我们的基础模型会使用一个请求-应答模式中使用过的代理结构。

19

多个集群的架构

下面我们将集群扩充到多个，每个集群有自己的一组client和worker，并使用代理相连接：

20

问题在于：我们如何让一个集群的client和另一个集群的worker进行通信呢？有这样几种解决方案，我们来看看他们的优劣：

  • client直接和多个代理相连接。优点在于我们可以不对代理和worker做改动，但client会变得复杂，并需要知悉整个架构的情况。如果我们想要添加第三或第四个集群，所有的client都会需要修改。我们相当于是将路由和容错功能写进client了，这并不是个好主意。

  • worker直接和多个代理相连接。可是REQ类型的worker不能做到这一点，它只能应答给某一个代理。如果改用REP套接字，这样就不能使用LRU算法的队列代理了。这点肯定不行，在我们的结构中必须用LRU算法来管理worker。还有个方法是使用ROUTER套接字，让我们暂且称之为方案1。

  • 代理之间可以互相连接，这看上去不错，因为不需要增加过多的额外连接。虽然我们不能随意地添加代理，但这个问题可以暂不考虑。这种情况下，集群中的worker和client不必理会整体架构，当代理有剩余的工作能力时便会和其他代理通信。这是方案2。

我们首先看看方案1，worker同时和多个代理进行通信：

21

这看上去很灵活，但却没有提供我们所需要的特性：client只有当集群中的worker不可用时才会去请求异地的worker。此外，worker的“已就绪”信号会同时发送给两个代理，这样就有可能同时获得两份任务。这个方案的失败还有一个原因：我们又将路由逻辑放在了边缘地带。

那来看看方案2，我们为各个代理建立连接，不修改worker和client：

22

这种设计的优势在于，我们只需要在一个地方解决问题就可以了，其他地方不需要修改。这就好像代理之间会秘密通信：伙计，我这儿有一些剩余的劳动力，如果你那儿忙不过来就跟我说，价钱好商量。

事实上，我们只不过是需要设计一种更为复杂的路由算法罢了：代理成为了其他代理的分包商。这种设计还有其他一些好处：

  • 在普通情况下（如只存在一个集群），这种设计的处理方式和原来没有区别，当有多个集群时再进行其他动作。

  • 对于不同的工作我们可以使用不同的消息流模式，如使用不同的网络链接。

  • 架构的扩充看起来也比较容易，如有必要我们还可以添加一个超级代理来完成调度工作。

现在我们就开始编写代码。我们会将完整的集群写入一个进程，这样便于演示，而且稍作修改就能投入实际使用。这也是ZMQ的优美之处，你可以使用最小的开发模块来进行实验，最后方便地迁移到实际工程中。线程变成进程，消息模式和逻辑不需要改变。我们每个“集群”进程都包含client线程、worker线程、以及代理线程。

我们对基础模型应该已经很熟悉了：

  • client线程使用REQ套接字，将请求发送给代理线程（ROUTER套接字）；
  • worker线程使用REQ套接字，处理并应答从代理线程（ROUTER套接字）收到的请求；
  • 代理会使用LRU队列和路由机制来管理请求。

联邦模式和同伴模式

连接代理的方式有很多，我们需要斟酌一番。我们需要的功能是告诉其他代理“我这里还有空闲的worker”，然后开始接收并处理一些任务；我们还需要能够告诉其他代理“够了够了，我这边的工作量也满了”。这个过程不一定要十分完美，有时我们确实会接收超过承受能力的工作量，但仍能逐步地完成。

最简单的方式称为联邦，即代理充当其他代理的client和worker。我们可以将代理的前端套接字连接至其他代理的后端套接字，反之亦然。提示一下，ZMQ中是可以将一个套接字绑定到一个端点，同时又连接至另一个端点的。

23

这种架构的逻辑会比较简单：当代理没有client时，它会告诉其他代理自己准备好了，并接收一个任务进行处理。但问题在于这种机制太简单了，联邦模式下的代理一次只能处理一个请求。如果client和worker是严格同步的，那么代理中的其他空闲worker将分配不到任务。我们需要的代理应该具备完全异步的特性。

但是，联邦模式对某些应用来说是非常好的，比如面向服务架构（SOA）。所以，先不要急着否定联邦模式，它只是不适用于LRU算法和集群负载均衡而已。

我们还有一种方式来连接代理：同伴模式。代理之间知道彼此的存在，并使用一个特殊的信道进行通信。我们逐步进行分析，假设有N个代理需要连接，每个代理则有N-1个同伴，所有代理都使用相同格式的消息进行通信。关于消息在代理之间的流通有两点需要注意：

  • 每个代理需要告知所有同伴自己有多少空闲的worker，这是一则简单的消息，只是一个不断更新的数字，很显然我们会使用PUB-SUB套接字。这样一来，每个代理都会打开一个PUB套接字，不断告知外界自身的信息；同时又会打开一个SUB套接字，获取其他代理的信息。

  • 每个代理需要以某种方式将工作任务交给其他代理，并能获取应答，这个过程需要是异步的。我们会使用ROUTER-ROUTER套接字来实现，没有其他选择。每个代理会使用两个这样的ROUTER套接字，一个用于接收任务，另一个用于分发任务。如果不使用两个套接字，那就需要额外的逻辑来判别收到的是请求还是应答，这就需要在消息中加入更多的信息。

另外还需要考虑的是代理和本地client和worker之间的通信。

The Naming Ceremony

代理中有三个消息流，每个消息流使用两个套接字，因此一共需要使用六个套接字。为这些套接字取一组好名字很重要，这样我们就不会在来回切换的时候找不着北。套接字是有一定任务的，他们的所完成的工作可以是命名的一部分。这样，当我们日后再重新阅读这些代码时，就不会显得太过陌生了。

以下是我们使用的三个消息流：

  • 本地（local）的请求-应答消息流，实现代理和client、代理和worker之间的通信；
  • 云端（cloud）的请求-应答消息流，实现代理和其同伴的通信；
  • 状态（state）流，由代理和其同伴互相传递。

能够找到一些有意义的、且长度相同的名字，会让我们的代码对得比较整齐。可能他们并没有太多关联，但久了自然会习惯。

每个消息流会有两个套接字，我们之前一直称为“前端（frontend）”和“后端（backend）”。这两个名字我们已经使用很多次了：前端会负责接受信息或任务；后端会发送信息或任务给同伴。从概念上说，消息流都是从前往后的，应答则是从后往前。

因此，我们决定使用以下的命名方式：

  • localfe / localbe
  • cloudfe / cloudbe
  • statefe / statebe

通信协议方面，我们全部使用ipc。使用这种协议的好处是，它能像tcp协议那样作为一种脱机通信协议来工作，而又不需要使用IP地址或DNS服务。对于ipc协议的端点，我们会命名为xxx-localfe/be、xxx-cloud、xxx-state，其中xxx代表集群的名称。

也许你会觉得这种命名方式太长了，还不如简单的叫s1、s2、s3……事实上，你的大脑并不是机器，阅读代码的时候不能立刻反应出变量的含义。而用上面这种“三个消息流，两个方向”的方式记忆，要比纯粹记忆“六个不同的套接字”来的方便。

以下是代理程序的套接字分布图：

24

请注意，我们会将cloudbe连接至其他代理的cloudfe，也会将statebe连接至其他代理的statefe。

状态流原型

由于每个消息流都有其巧妙之处，所以我们不会直接把所有的代码都写出来，而是分段编写和测试。当每个消息流都能正常工作了，我们再将其拼装成一个完整的应用程序。我们首先从状态流开始：

25

代码如下：

peering1: Prototype state flow in C

  1. //
  2. //  代理同伴模拟（第一部分）
  3. //  状态流原型
  4. //
  5. #include "czmq.h"
  7. int main (int argc, char *argv [])
  8. {
  9.     //  第一个参数是代理的名称
  10.     //  其他参数是各个同伴的名称
  11.     //
  12.     if (argc < 2) {
  13.         printf ("syntax: peering1 me {you}...\n");
  14.         exit (EXIT_FAILURE);
  15.     }
  16.     char *self = argv [1];
  17.     printf ("I: 正在准备代理程序 %s...\n", self);
  18.     srandom ((unsigned) time (NULL));
  20.     //  准备上下文和套接字
  21.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  22.     void *statebe = zsocket_new (ctx, ZMQ_PUB);
  23.     zsocket_bind (statebe, "ipc://%s-state.ipc", self);
  25.     //  连接statefe套接字至所有同伴
  26.     void *statefe = zsocket_new (ctx, ZMQ_SUB);
  27.     int argn;
  28.     for (argn = 2; argn < argc; argn++) {
  29.         char *peer = argv [argn];
  30.         printf ("I: 正在连接至同伴代理 '%s' 的状态流后端\n", peer);
  31.         zsocket_connect (statefe, "ipc://%s-state.ipc", peer);
  32.     }
  33.     //  发送并接受状态消息
  34.     //  zmq_poll()函数使用的超时时间即心跳时间
  35.     //
  36.     while (1) {
  37.         //  初始化poll对象列表
  38.         zmq_pollitem_t items [] = {
  39.             { statefe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  40.         };
  41.         //  轮询套接字活动，超时时间为1秒
  42.         int rc = zmq_poll (items, 1, 1000 * ZMQ_POLL_MSEC);
  43.         if (rc == -1)
  44.             break;              //  中断
  46.         //  处理接收到的状态消息
  47.         if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  48.             char *peer_name = zstr_recv (statefe);
  49.             char *available = zstr_recv (statefe);
  50.             printf ("同伴代理 %s 有 %s 个worker空闲\n", peer_name, available);
  51.             free (peer_name);
  52.             free (available);
  53.         }
  54.         else {
  55.             //  发送随机数表示空闲的worker数
  56.             zstr_sendm (statebe, self);
  57.             zstr_sendf (statebe, "%d", randof (10));
  58.         }
  59.     }
  60.     zctx_destroy (&ctx);
  61.     return EXIT_SUCCESS;
  62. }

几点说明：

  • 每个代理都需要有各自的标识，用以生成相应的ipc端点名称。真实环境中，代理需要使用TCP协议连接，这就需要一个更为完备的配置机制，我们会在以后的章节中谈到。

  • 程序的核心是一个zmq_poll()循环，它会处理接收到消息，并发送自身的状态。只有当zmq_poll()因无法获得同伴消息而超时时我们才会发送自身状态，如果我们每次收到消息都去发送自身状态，那消息就会过量了。

  • 发送的状态消息包含两帧，第一帧是代理自身的地址，第二帧是空闲的worker数。我们必须要告知同伴代理自身的地址，这样才能接收到请求，唯一的方法就是在消息中显示注明。

  • 我们没有在SUB套接字上设置标识，否则就会在连接到同伴代理时获得过期的状态信息。

  • 我们没有在PUB套接字上设置阈值（HWM），因为订阅者是瞬时的。我们也可以将阈值设置为1，但其实是没有必要的。

让我们编译这段程序，用它模拟三个集群，DC1、DC2、DC3。我们在不同的窗口中运行以下命令：

  1. peering1 DC1 DC2 DC3  #  Start DC1 and connect to DC2 and DC3
  2. peering1 DC2 DC1 DC3  #  Start DC2 and connect to DC1 and DC3
  3. peering1 DC3 DC1 DC2  #  Start DC3 and connect to DC1 and DC2

每个集群都会报告同伴代理的状态，之后每隔一秒都会打印出自己的状态。

在现实编程中，我们不会通过定时的方式来发送自身状态，而是在状态发生改变时就发送。这看起来会很占用带宽，但其实状态消息的内容很少，而且集群间的连接是非常快速的。

如果我们想要以较为精确的周期来发送状态信息，可以新建一个线程，将statebe套接字打开，然后由主线程将不规则的状态信息发送给子线程，再由子线程定时发布这些消息。不过这种机制就需要额外的编程了。

本地流和云端流原型

下面让我们建立本地流和云端流的原型。这段代码会从client获取请求，并随机地分派给集群内的worker或其他集群。

26

在编写代码之前，让我们先描绘一下核心的路由逻辑，整理出一份简单而健壮的设计。

我们需要两个队列，一个队列用于存放从本地集群client收到的请求，另一个存放其他集群发送来的请求。一种方法是从本地和云端的前端套接字中获取消息，分别存入两个队列。但是这么做似乎是没有必要的，因为ZMQ套接字本身就是队列。所以，我们直接使用ZMQ套接字提供的缓存来作为队列使用。

这项技术我们在LRU队列装置中使用过，且工作得很好。做法是，当代理下有空闲的worker或能接收请求的其他集群时，才从套接字中获取请求。我们可以不断地从后端获取应答，然后路由回去。如果后端没有任何响应，那也就没有必要去接收前端的请求了。

所以，我们的主循环会做以下几件事：

  • 轮询后端套接字，会从worker处获得“已就绪”的消息或是一个应答。如果是应答消息，则将其路由回集群client，或是其他集群。

  • worker应答后即可标记为可用，放入队列并计数；

  • 如果有可用的worker，就获取一个请求，该请求可能来自集群内的client，也可能是其他集群。随后将请求转发给集群内的worker，或是随机转发给其他集群。

这里我们只是随机地将请求发送给其他集群，而不是在代理中模拟出一个worker，进行集群间的任务分发。这看起来挺愚蠢的，不过目前尚可使用。

我们使用代理的标识来进行代理之前的消息路由。每个代理都有自己的名字，是在命令行中指定的。只要这些指定的名字和ZMQ为client自动生成的UUID不重复，那么我们就可以知道应答是要返回给client，还是返回给另一个集群。

下面是代码，有趣的部分已在程序中标注：

peering2: Prototype local and cloud flow in C

  1. //
  2. //  代理同伴模拟（第二部分）
  3. //  请求-应答消息流原型
  4. //
  5. //  示例程序使用了一个进程，这样可以让程序变得简单，
  6. //  每个线程都有自己的上下文对象，所以可以认为他们是多个进程。
  7. //
  8. #include "czmq.h"
  10. #define NBR_CLIENTS 10
  11. #define NBR_WORKERS 3
  12. #define LRU_READY   "\001"      //  消息：worker已就绪
  14. //  代理名称；现实中，这个名称应该由某种配置完成
  15. static char *self;
  17. //  请求-应答客户端使用REQ套接字
  18. //
  19. static void *
  20. client_task (void *args)
  21. {
  22.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  23.     void *client = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  24.     zsocket_connect (client, "ipc://%s-localfe.ipc", self);
  26.     while (1) {
  27.         //  发送请求，接收应答
  28.         zstr_send (client, "HELLO");
  29.         char *reply = zstr_recv (client);
  30.         if (!reply)
  31.             break;              //  中断
  32.         printf ("Client: %s\n", reply);
  33.         free (reply);
  34.         sleep (1);
  35.     }
  36.     zctx_destroy (&ctx);
  37.     return NULL;
  38. }
  40. //  worker使用REQ套接字，并进行LRU路由
  41. //
  42. static void *
  43. worker_task (void *args)
  44. {
  45.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  46.     void *worker = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  47.     zsocket_connect (worker, "ipc://%s-localbe.ipc", self);
  49.     //  告知代理worker已就绪
  50.     zframe_t *frame = zframe_new (LRU_READY, 1);
  51.     zframe_send (&frame, worker, 0);
  53.     //  处理消息
  54.     while (1) {
  55.         zmsg_t *msg = zmsg_recv (worker);
  56.         if (!msg)
  57.             break;              //  中断
  59.         zframe_print (zmsg_last (msg), "Worker: ");
  60.         zframe_reset (zmsg_last (msg), "OK", 2);
  61.         zmsg_send (&msg, worker);
  62.     }
  63.     zctx_destroy (&ctx);
  64.     return NULL;
  65. }
  68. int main (int argc, char *argv [])
  69. {
  70.     //  第一个参数是代理的名称
  71.     //  其他参数是同伴代理的名称
  72.     //
  73.     if (argc < 2) {
  74.         printf ("syntax: peering2 me {you}...\n");
  75.         exit (EXIT_FAILURE);
  76.     }
  77.     self = argv [1];
  78.     printf ("I: 正在准备代理程序 %s...\n", self);
  79.     srandom ((unsigned) time (NULL));
  81.     //  准备上下文和套接字
  82.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  83.     char endpoint [256];
  85.     //  将cloudfe绑定至端点
  86.     void *cloudfe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  87.     zsockopt_set_identity (cloudfe, self);
  88.     zsocket_bind (cloudfe, "ipc://%s-cloud.ipc", self);
  90.     //  将cloudbe连接至同伴代理的端点
  91.     void *cloudbe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  92.     zsockopt_set_identity (cloudbe, self);
  93.     int argn;
  94.     for (argn = 2; argn < argc; argn++) {
  95.         char *peer = argv [argn];
  96.         printf ("I: 正在连接至同伴代理 '%s' 的cloudfe端点\n", peer);
  97.         zsocket_connect (cloudbe, "ipc://%s-cloud.ipc", peer);
  98.     }
  99.     //  准备本地前端和后端
  100.     void *localfe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  101.     zsocket_bind (localfe, "ipc://%s-localfe.ipc", self);
  102.     void *localbe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  103.     zsocket_bind (localbe, "ipc://%s-localbe.ipc", self);
  105.     //  让用户告诉我们何时开始
  106.     printf ("请确认所有代理已经启动，按任意键继续: ");
  107.     getchar ();
  109.     //  启动本地worker
  110.     int worker_nbr;
  111.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++)
  112.         zthread_new (ctx, worker_task, NULL);
  114.     //  启动本地client
  115.     int client_nbr;
  116.     for (client_nbr = 0; client_nbr < NBR_CLIENTS; client_nbr++)
  117.         zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  119.     //  有趣的部分
  120.     //  -------------------------------------------------------------
  121.     //  请求-应答消息流
  122.     //  - 若本地有可用worker，则轮询获取本地或云端的请求；
  123.     //  - 将请求路由给本地worker或其他集群。
  125.     //  可用worker队列
  126.     int capacity = 0;
  127.     zlist_t *workers = zlist_new ();
  129.     while (1) {
  130.         zmq_pollitem_t backends [] = {
  131.             { localbe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  132.             { cloudbe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  133.         };
  134.         //  如果没有可用worker，则继续等待
  135.         int rc = zmq_poll (backends, 2,
  136.             capacity? 1000 * ZMQ_POLL_MSEC: -1);
  137.         if (rc == -1)
  138.             break;              //  中断
  140.         //  处理本地worker的应答
  141.         zmsg_t *msg = NULL;
  142.         if (backends [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  143.             msg = zmsg_recv (localbe);
  144.             if (!msg)
  145.                 break;          //  中断
  146.             zframe_t *address = zmsg_unwrap (msg);
  147.             zlist_append (workers, address);
  148.             capacity++;
  150.             //  如果是“已就绪”的信号，则不再进行路由
  151.             zframe_t *frame = zmsg_first (msg);
  152.             if (memcmp (zframe_data (frame), LRU_READY, 1) == 0)
  153.                 zmsg_destroy (&msg);
  154.         }
  155.         //  处理来自同伴代理的应答
  156.         else
  157.         if (backends [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
  158.             msg = zmsg_recv (cloudbe);
  159.             if (!msg)
  160.                 break;          //  中断
  161.             //  我们不需要使用同伴代理的地址
  162.             zframe_t *address = zmsg_unwrap (msg);
  163.             zframe_destroy (&address);
  164.         }
  165.         //  如果应答消息中的地址是同伴代理的，则发送给它
  166.         for (argn = 2; msg && argn < argc; argn++) {
  167.             char *data = (char *) zframe_data (zmsg_first (msg));
  168.             size_t size = zframe_size (zmsg_first (msg));
  169.             if (size == strlen (argv [argn])
  170.             &&  memcmp (data, argv [argn], size) == 0)
  171.                 zmsg_send (&msg, cloudfe);
  172.         }
  173.         //  将应答路由给本地client
  174.         if (msg)
  175.             zmsg_send (&msg, localfe);
  177.         //  开始处理客户端请求
  178.         //
  179.         while (capacity) {
  180.             zmq_pollitem_t frontends [] = {
  181.                 { localfe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  182.                 { cloudfe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  183.             };
  184.             rc = zmq_poll (frontends, 2, 0);
  185.             assert (rc >= 0);
  186.             int reroutable = 0;
  187.             //  优先处理同伴代理的请求，避免资源耗尽
  188.             if (frontends [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
  189.                 msg = zmsg_recv (cloudfe);
  190.                 reroutable = 0;
  191.             }
  192.             else
  193.             if (frontends [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  194.                 msg = zmsg_recv (localfe);
  195.                 reroutable = 1;
  196.             }
  197.             else
  198.                 break;      //  没有请求
  200.             //  将20%的请求发送给其他集群
  201.             //
  202.             if (reroutable && argc > 2 && randof (5) == 0) {
  203.                 //  随地地路由给同伴代理
  204.                 int random_peer = randof (argc - 2) + 2;
  205.                 zmsg_pushmem (msg, argv [random_peer], strlen (argv [random_peer]));
  206.                 zmsg_send (&msg, cloudbe);
  207.             }
  208.             else {
  209.                 zframe_t *frame = (zframe_t *) zlist_pop (workers);
  210.                 zmsg_wrap (msg, frame);
  211.                 zmsg_send (&msg, localbe);
  212.                 capacity--;
  213.             }
  214.         }
  215.     }
  216.     //  程序结束后的清理工作
  217.     while (zlist_size (workers)) {
  218.         zframe_t *frame = (zframe_t *) zlist_pop (workers);
  219.         zframe_destroy (&frame);
  220.     }
  221.     zlist_destroy (&workers);
  222.     zctx_destroy (&ctx);
  223.     return EXIT_SUCCESS;
  224. }

在两个窗口中运行以上代码：

  1. peering2 me you
  2. peering2 you me

几点说明：

  • zmsg类库让程序变得简单多了，这类程序显然应该成为我们ZMQ程序员必备的工具；
    由于我们没有在程序中实现获取同伴代理状态的功能，所以先暂且认为他们都是有空闲worker的。现实中，我们不会将请求发送个一个不存在的同伴代理。

  • 你可以让这段程序长时间地运行下去，看看会不会出现路由错误的消息，因为一旦错误，client就会阻塞。你可以试着将一个代理关闭，就能看到代理无法将请求路由给云端中的其他代理，client逐个阻塞，程序也停止打印跟踪信息。

组装

让我们将所有这些放到一段代码里。和之前一样，我们会在一个进程中完成所有工作。我们会将上文中的两个示例程序结合起来，编写出一个可以模拟任意多个集群的程序。

代码共有270行，非常适合用来模拟一组完整的集群程序，包括client、worker、代理、以及云端任务分发机制。

peering3: Full cluster simulation in C

  1. //
  2. //  同伴代理模拟（第三部分）
  3. //  状态和任务消息流原型
  4. //
  5. //  示例程序使用了一个进程，这样可以让程序变得简单，
  6. //  每个线程都有自己的上下文对象，所以可以认为他们是多个进程。
  7. //
  8. #include "czmq.h"
  10. #define NBR_CLIENTS 10
  11. #define NBR_WORKERS 5
  12. #define LRU_READY   "\001"      //  消息：worker已就绪
  14. //  代理名称；现实中，这个名称应该由某种配置完成
  15. static char *self;
  17. //  请求-应答客户端使用REQ套接字
  18. //  为模拟压力测试，客户端会一次性发送大量请求
  19. //
  20. static void *
  21. client_task (void *args)
  22. {
  23.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  24.     void *client = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  25.     zsocket_connect (client, "ipc://%s-localfe.ipc", self);
  26.     void *monitor = zsocket_new (ctx, ZMQ_PUSH);
  27.     zsocket_connect (monitor, "ipc://%s-monitor.ipc", self);
  29.     while (1) {
  30.         sleep (randof (5));
  31.         int burst = randof (15);
  32.         while (burst--) {
  33.             char task_id [5];
  34.             sprintf (task_id, "%04X", randof (0x10000));
  36.             //  使用随机的十六进制ID来标注任务
  37.             zstr_send (client, task_id);
  39.             //  最多等待10秒
  40.             zmq_pollitem_t pollset [1] = { { client, 0, ZMQ_POLLIN, 0 } };
  41.             int rc = zmq_poll (pollset, 1, 10 * 1000 * ZMQ_POLL_MSEC);
  42.             if (rc == -1)
  43.                 break;          //  中断
  45.             if (pollset [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  46.                 char *reply = zstr_recv (client);
  47.                 if (!reply)
  48.                     break;              //  中断
  49.                 //  worker的应答中应包含任务ID
  50.                 puts (reply);
  51.                 assert (streq (reply, task_id));
  52.                 free (reply);
  53.             }
  54.             else {
  55.                 zstr_sendf (monitor,
  56.                     "E: 客户端退出，丢失的任务为： %s", task_id);
  57.                 return NULL;
  58.             }
  59.         }
  60.     }
  61.     zctx_destroy (&ctx);
  62.     return NULL;
  63. }
  65. //  worker使用REQ套接字，并进行LRU路由
  66. //
  67. static void *
  68. worker_task (void *args)
  69. {
  70.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  71.     void *worker = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
  72.     zsocket_connect (worker, "ipc://%s-localbe.ipc", self);
  74.     //  告知代理worker已就绪
  75.     zframe_t *frame = zframe_new (LRU_READY, 1);
  76.     zframe_send (&frame, worker, 0);
  78.     while (1) {
  79.         //  worker会随机延迟几秒
  80.         zmsg_t *msg = zmsg_recv (worker);
  81.         sleep (randof (2));
  82.         zmsg_send (&msg, worker);
  83.     }
  84.     zctx_destroy (&ctx);
  85.     return NULL;
  86. }
  88. int main (int argc, char *argv [])
  89. {
  90.     //  第一个参数是代理的名称
  91.     //  其他参数是同伴代理的名称
  92.     //
  93.     if (argc < 2) {
  94.         printf ("syntax: peering3 me {you}...\n");
  95.         exit (EXIT_FAILURE);
  96.     }
  97.     self = argv [1];
  98.     printf ("I: 正在准备代理程序 %s...\n", self);
  99.     srandom ((unsigned) time (NULL));
  101.     //  准备上下文和套接字
  102.     zctx_t *ctx = zctx_new ();
  103.     char endpoint [256];
  105.     //  将cloudfe绑定至端点
  106.     void *cloudfe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  107.     zsockopt_set_identity (cloudfe, self);
  108.     zsocket_bind (cloudfe, "ipc://%s-cloud.ipc", self);
  110.     //  将statebe绑定至端点
  111.     void *statebe = zsocket_new (ctx, ZMQ_PUB);
  112.     zsocket_bind (statebe, "ipc://%s-state.ipc", self);
  114.     //  将cloudbe连接至同伴代理的端点
  115.     void *cloudbe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  116.     zsockopt_set_identity (cloudbe, self);
  117.     int argn;
  118.     for (argn = 2; argn < argc; argn++) {
  119.         char *peer = argv [argn];
  120.         printf ("I: 正在连接至同伴代理 '%s' 的cloudfe端点\n", peer);
  121.         zsocket_connect (cloudbe, "ipc://%s-cloud.ipc", peer);
  122.     }
  124.     //  将statefe连接至同伴代理的端点
  125.     void *statefe = zsocket_new (ctx, ZMQ_SUB);
  126.     for (argn = 2; argn < argc; argn++) {
  127.         char *peer = argv [argn];
  128.         printf ("I: 正在连接至同伴代理 '%s' 的statebe端点\n", peer);
  129.         zsocket_connect (statefe, "ipc://%s-state.ipc", peer);
  130.     }
  131.     //  准备本地前端和后端
  132.     void *localfe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  133.     zsocket_bind (localfe, "ipc://%s-localfe.ipc", self);
  135.     void *localbe = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
  136.     zsocket_bind (localbe, "ipc://%s-localbe.ipc", self);
  138.     //  准备监控套接字
  139.     void *monitor = zsocket_new (ctx, ZMQ_PULL);
  140.     zsocket_bind (monitor, "ipc://%s-monitor.ipc", self);
  142.     //  启动本地worker
  143.     int worker_nbr;
  144.     for (worker_nbr = 0; worker_nbr < NBR_WORKERS; worker_nbr++)
  145.         zthread_new (ctx, worker_task, NULL);
  147.     //  启动本地client
  148.     int client_nbr;
  149.     for (client_nbr = 0; client_nbr < NBR_CLIENTS; client_nbr++)
  150.         zthread_new (ctx, client_task, NULL);
  152.     //  有趣的部分
  153.     //  -------------------------------------------------------------
  154.     //  发布-订阅消息流
  155.     //  - 轮询同伴代理的状态信息；
  156.     //  - 当自身状态改变时，对外广播消息。
  157.     //  请求-应答消息流
  158.     //  - 若本地有可用worker，则轮询获取本地或云端的请求；
  159.     //  - 将请求路由给本地worker或其他集群。
  161.     //  可用worker队列
  162.     int local_capacity = 0;
  163.     int cloud_capacity = 0;
  164.     zlist_t *workers = zlist_new ();
  166.     while (1) {
  167.         zmq_pollitem_t primary [] = {
  168.             { localbe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  169.             { cloudbe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  170.             { statefe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  171.             { monitor, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  172.         };
  173.         //  如果没有可用的worker，则一直等待
  174.         int rc = zmq_poll (primary, 4,
  175.             local_capacity? 1000 * ZMQ_POLL_MSEC: -1);
  176.         if (rc == -1)
  177.             break;              //  中断
  179.         //  跟踪自身状态信息是否改变
  180.         int previous = local_capacity;
  182.         //  处理本地worker的应答
  183.         zmsg_t *msg = NULL;
  185.         if (primary [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
  186.             msg = zmsg_recv (localbe);
  187.             if (!msg)
  188.                 break;          //  中断
  189.             zframe_t *address = zmsg_unwrap (msg);
  190.             zlist_append (workers, address);
  191.             local_capacity++;
  193.             //  如果是“已就绪”的信号，则不再进行路由
  194.             zframe_t *frame = zmsg_first (msg);
  195.             if (memcmp (zframe_data (frame), LRU_READY, 1) == 0)
  196.                 zmsg_destroy (&msg);
  197.         }
  198.         //  处理来自同伴代理的应答
  199.         else
  200.         if (primary [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
  201.             msg = zmsg_recv (cloudbe);
  202.             if (!msg)
  203.                 break;          //  Interrupted
  204.             //  我们不需要使用同伴代理的地址
  205.             zframe_t *address = zmsg_unwrap (msg);
  206.             zframe_destroy (&address);
  207.         }
  208.         //  如果应答消息中的地址是同伴代理的，则发送给它
  209.         for (argn = 2; msg && argn < argc; argn++) {
  210.             char *data = (char *) zframe_data (zmsg_first (msg));
  211.             size_t size = zframe_size (zmsg_first (msg));
  212.             if (size == strlen (argv [argn])
  213.             &&  memcmp (data, argv [argn], size) == 0)
  214.                 zmsg_send (&msg, cloudfe);
  215.         }
  216.         //  将应答路由给本地client
  217.         if (msg)
  218.             zmsg_send (&msg, localfe);
  220.         //  处理同伴代理的状态更新
  221.         if (primary [2].revents & ZMQ_POLLIN) {
  222.             char *status = zstr_recv (statefe);
  223.             cloud_capacity = atoi (status);
  224.             free (status);
  225.         }
  226.         //  处理监控消息
  227.         if (primary [3].revents & ZMQ_POLLIN) {
  228.             char *status = zstr_recv (monitor);
  229.             printf ("%s\n", status);
  230.             free (status);
  231.         }
  233.         //  开始处理客户端请求
  234.         //  - 如果本地有空闲worker，则总本地client和云端接收请求；
  235.         //  - 如果我们只有空闲的同伴代理，则只轮询本地client的请求；
  236.         //  - 将请求路由给本地worker，或者同伴代理。
  237.         //
  238.         while (local_capacity + cloud_capacity) {
  239.             zmq_pollitem_t secondary [] = {
  240.                 { localfe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
  241.                 { cloudfe, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
  242.             };
  243.             if (local_capacity)
  244.                 rc = zmq_poll (secondary, 2, 0);
  245.             else
  246.                 rc = zmq_poll (secondary, 1, 0);
  247.             assert (rc >= 0);
  249.             if (secondary [0].revents & ZMQ_POLLIN)
  250.                 msg = zmsg_recv (localfe);
  251.             else
  252.             if (secondary [1].revents & ZMQ_POLLIN)
  253.                 msg = zmsg_recv (cloudfe);
  254.             else
  255.                 break;      //  没有任务
  257.             if (local_capacity) {
  258.                 zframe_t *frame = (zframe_t *) zlist_pop (workers);
  259.                 zmsg_wrap (msg, frame);
  260.                 zmsg_send (&msg, localbe);
  261.                 local_capacity--;
  262.             }
  263.             else {
  264.                 //  随机路由给同伴代理
  265.                 int random_peer = randof (argc - 2) + 2;
  266.                 zmsg_pushmem (msg, argv [random_peer], strlen (argv [random_peer]));
  267.                 zmsg_send (&msg, cloudbe);
  268.             }
  269.         }
  270.         if (local_capacity != previous) {
  271.             //  将自身代理的地址附加到消息中
  272.             zstr_sendm (statebe, self);
  273.             //  广播新的状态信息
  274.             zstr_sendf (statebe, "%d", local_capacity);
  275.         }
  276.     }
  277.     //  程序结束后的清理工作
  278.     while (zlist_size (workers)) {
  279.         zframe_t *frame = (zframe_t *) zlist_pop (workers);
  280.         zframe_destroy (&frame);
  281.     }
  282.     zlist_destroy (&workers);
  283.     zctx_destroy (&ctx);
  284.     return EXIT_SUCCESS;
  285. }

这段代码并不长，但花费了大约一天的时间去调通。以下是一些说明：

  • client线程会检测并报告失败的请求，它们会轮询代理套接字，查看是否有应答，超时时间为10秒。

  • client线程不会自己打印信息，而是将消息PUSH给一个监控线程，由它打印消息。这是我们第一次使用ZMQ进行监控和记录日志，我们以后会见得更多。

  • clinet会模拟多种负载情况，让集群在不同的压力下工作，因此请求可能会在本地处理，也有可能会发送至云端。集群中的client和worker数量、其他集群的数量，以及延迟时间，会左右这个结果。你可以设置不同的参数来测试它们。

  • 主循环中有两组轮询集合，事实上我们可以使用三个：信息流、后端、前端。因为在前面的例子中，如果后端没有空闲的worker，就没有必要轮询前端请求了。

以下是几个在编写过程中遇到的问题：

  • 如果请求或应答在某处丢失，client会因此阻塞。回忆以下，ROUTER-ROUTER套接字会在消息如法路由的情况下直接丢弃。这里的一个策略就是改变client线程，检测并报告这种错误。此外，我还在每次recv()之后以及send()之前使用zmsg_dump()来打印套接字内容，用来更快地定位消息。

  • 主循环会错误地从多个已就绪的套接字中获取消息，造成第一条消息的丢失。解决方法是只从第一个已就绪的套接字中获取消息。

  • zmsg类库没有很好地将UUID编码为C语言字符串，导致包含字节0的UUID会崩溃。解决方法是将UUID转换成可打印的十六进制字符串。

这段模拟程序没有检测同伴代理是否存在。如果你开启了某个代理，它已向其他代理发送过状态信息，然后关闭了，那其他代理仍会向它发送请求。这样一来，其他代理的client就会报告很多错误。解决时有两点：一、为状态信息设置有效期，当同伴代理消失一段时间后就不再发送请求；二、提高请求-应答的可靠性，这在下一章中会讲到。