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针对高并发,可扩展的互联网架构,搭建消息队列

针对高并发,可扩展的互联网架构,搭建消息队列

作者: Java_苏先生 | 来源:发表于2019-08-01 21:46 被阅读17次

    想开发高并发可扩展的互联网架构,消息队列是不可缺少的,目前主流的消息队列,有windows自带的MSMQ,还有跨平台的强大的ZeroMQ,这里我们就选用ZeroMQ.

    ZeroMQ介绍:(也拼写作 ?MQ、 0MQ 或 ZMQ) 是个非常轻量级的开源消息队列软件。它没有独立的服务器,消息直接从一个应用程序被发送到另一个应用程序。ZeroMQ的学习和应用也非常简单,它只有一个 C++ 编写成的单个库文件libzmq.dll, 可以链接到任何应用程序中。如果要在.NET 环境中使用,我们需要用到一个C#编写的名为 clrzmq.dll 包装库。ZeroMQ可以在 Windows、 OS X 和 Linux 等多种操作系统上运行, C、 C++、C#、 Java、 Python 等语言都可以编写ZeroMQ 应用程序这使得不同平台上的不同应用程序之间可以相互通讯。

    一、环境搭建:

    codeproject专题,下载对应的Download binaries - 377.6 KB,解压缩到你的指定路径。

    这里我们就不详细介绍,主要说一下C#封装好的版本,NetMQ,是基于ZeroMQ进行封装的。就不需要下载了,直接nuget上获取:

    PM> Install-Package NetMQ

    为什么不直接用ZeroMQ,而使用NetMQ,运行非托管代码的托管应用程序内可能会出现许多想不到的问题,像内存泄漏和奇怪的没有访问错误。而NetMQ使用原生的C#语言,它更容易调试原生C#代码,你可以下载代码,调试你的系统。你可以在github上贡献。

    待安装好后,系统会自动添加NetMQ的引用。

    可以看到,NetMQ是基于zmq进行开发的,其实就是ZeroMQ了,并且已经为我们封装了各种功能的MQ对象,比如REP/REQ ,PUB/SUB(主题式订阅),XPUB/XSUB(非主题订阅),Push/Pull,甚至还有路由模式等,从字面意义上,应该能看出个大概,后面我们一个一个进行测试使用。

    先看个简单的demo,初步了解一下:

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using (NetMQContext context = NetMQContext.Create())
            {
                Task serverTask = Task.Factory.StartNew(() =>Server(context));
                Task clientTask = Task.Factory.StartNew(() => Client(context));
                Task.WaitAll(serverTask, clientTask);
            }
        }
        static void Server(NetMQContext context)
        {
            using (NetMQSocket serverSocket = context.CreateResponseSocket())
            {
                serverSocket.Bind("tcp://*:5555");
                while (true)
                {
                    string message = serverSocket.ReceiveString();
                    Console.WriteLine("Receive message {0}", message);
                    serverSocket.Send("World");
                     
                    if (message == "exit")
                    {
                        break;
                    }
                }
            }
             
        }
        static void Client(NetMQContext context)
        {
            using (NetMQSocket clientSocket = context.CreateRequestSocket())
            {
                clientSocket.Connect("tcp://127.0.0.1:5555");
                while (true)
                {
                    Console.WriteLine("Please enter your message:");
                    string message = Console.ReadLine();
                    clientSocket.Send(message);
                    string answer = clientSocket.ReceiveString();
                    Console.WriteLine("Answer from server: {0}", answer);
                    if (message == "exit")
                    {
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    }
    

    代码比较简洁的介绍了REP/REQ模式下NetMQ的使用,而且我们可以看到,这个Mq对象是可以在不同的线程间切换使用的,也许你会测试中文,那就先序列化再反序列化吧,因为可能会出现乱码哟。

    这里,我先简单根据NetMQ,封装一个Server端和一个Client端,方便后面使用,当然也可以不封装,直接使用:

    Server:

    /// <summary>
    /// Mq服务端
    /// </summary>
    public class OctMQServer : IDisposable
    {
        public event EventHandler<DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage>> OnReceive;
         
        protected virtual void OnOnReceive(DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage> e)
        {
            EventHandler<DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage>> handler = OnReceive;
            if (handler != null) handler(this, e);
        }
        private int _port;
        private NetMQSocket _serverSocket;
        private ServerType _type;
        private NetMQContext _context;
        public void Init(int port, ServerType type)
        {
            _type = type;
            _port = port;
            _context = NetMQContext.Create();
            CreateServer();
        }
        void CreateServer()
        {
            switch (_type)
            {
                case ServerType.Response:
                _serverSocket = _context.CreateResponseSocket();
                break;
                case ServerType.Pub:
                _serverSocket = _context.CreatePushSocket();
                break;
                case ServerType.Router:
                _serverSocket = _context.CreateRouterSocket();
                break;
                case ServerType.Stream:
                _serverSocket = _context.CreateStreamSocket();
                break;
                case ServerType.Push:
                _serverSocket = _context.CreatePushSocket();
                break;
                case ServerType.XPub:
                _serverSocket = _context.CreateXPublisherSocket();
                break;
                default:
                _serverSocket = _context.CreateResponseSocket();
                break;
            }
            _serverSocket.Bind("tcp://*:" + _port);
            Task.Factory.StartNew(() =>
            AsyncRead(_serverSocket), TaskCreationOptions.LongRunning);
        }
        private void AsyncRead(NetMQSocket serverSocket)
        {
            while (true)
            {
                var msg = serverSocket.ReceiveMessage();
                OnOnReceive(new DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage>(serverSocket, msg));
            }
        }
        public NetMQSocket Server
        {
            get {
                return _serverSocket;
            }
        }
        public void Dispose()
        {
            _serverSocket.Dispose();
            _context.Dispose();
        }
        public void Send(NetMQMessage msg)
        {
            _serverSocket.SendMessage(msg);
        }
        public NetMQMessage CreateMessage()
        {
            return new NetMQMessage();
        }
    } 
    

    这样,使用者就可以根据枚举进行服务端的创建, 不用纠结到底用哪一种服务端,并且封装了一些消息的异步事件,方便在开发中使用,可以使用多播委托,针对不同的消息进行不同的处理,我这里使用的while循环,当然,在netmq内部提供了循环器和心跳等,都可以在实际的开发中进行扩展和使用:Poller和NetMQTimer。

    Client:

    /// <summary>
    /// MQ客户端
    /// </summary>
    public class OctMQClient:IDisposable
    {
        public event EventHandler<DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage>> OnReceive;
         
        protected virtual void OnOnReceive(DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage> e)
        {
            EventHandler<DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage>> handler = OnReceive;
            if (handler != null) handler(this, e);
        }
        private int _port;
        private NetMQSocket _clientSocket;
        private ClientType _type;
        private NetMQContext _context;
        private string _ip;
        private Task task;
        public void Init(string ip, int port, ClientType type)
        {
            _type = type;
            _ip = ip;
            _port = port;
            _context = NetMQContext.Create();
            CreateClient();
        }
        void CreateClient()
        {
            switch (_type)
            {
                case ClientType.Request:
                _clientSocket = _context.CreateRequestSocket();
                break;
                case ClientType.Sub:
                _clientSocket = _context.CreateSubscriberSocket();
                break;
                case ClientType.Dealer:
                _clientSocket = _context.CreateDealerSocket();
                break;
                case ClientType.Stream:
                _clientSocket = _context.CreateStreamSocket();
                break;
                case ClientType.Pull:
                _clientSocket = _context.CreatePullSocket();
                break;
                case ClientType.XSub:
                _clientSocket = _context.CreateXSubscriberSocket();
                break;
                default:
                _clientSocket = _context.CreateRequestSocket();
                break;
            }
            _clientSocket.Connect("tcp://" + _ip + ":" + _port);
        }
        public void StartAsyncReceive()
        {
            task = Task.Factory.StartNew(() =>
            AsyncRead(_clientSocket), TaskCreationOptions.LongRunning);
        }
        private void AsyncRead(NetMQSocket cSocket)
        {
            while (true)
            {
                var msg = cSocket.ReceiveMessage();
                OnOnReceive(new DataEventArgs<NetMQSocket, NetMQMessage>(cSocket, msg));
            }
        }
        public NetMQSocket Client
        {
            get {
                return _clientSocket;
            }
        }
        public T GetClient<T>() where T : NetMQSocket
        {
            return (T)_clientSocket;
        }
        public void Send(NetMQMessage msg)
        {
            _clientSocket.SendMessage(msg);
        }
        public NetMQMessage CreateMessage()
        {
            return new NetMQMessage();
        }
        public NetMQMessage ReceiveMessage()
        {
            return _clientSocket.ReceiveMessage();
        }
        public void Dispose()
        {
            _clientSocket.Dispose();
            _context.Dispose();
            if (task != null)
            {
                task.Dispose();
            }
        }
    }
    

    客户端提供了,同步接受消息和异步接收消息两种方式,当启动异步时,就开始循环的读取消息了,当读到消息时抛出事件,并且针对任务等做了资源的释放。并提供创建消息和返回MQ对象等公共方法,可以在开发过程中快速的入手和使用。

    先简单说一下response和request模式,就是响应模式,当mq客户端向mq的服务端发送消息时,需要得到及时的响应,并返回给使用者或者是用户,这就需要及时响应的服务端程序,一般的MQ都会有这种功能,也是使用最广泛的,我们就先写一个这种类型的demo,基于我们前面提供的客户端和服务端。

    Server Console

    这里我提供了2种也是最常用的2种服务端方式,并且提供了不同的处理方式。

    class Program
    {
        private static OctMQServer _server;
        static ServerType _type;
        static void Main(string[] args)
        {
            AppDomain.CurrentDomain.UnhandledException += CurrentDomain_UnhandledException;
            CreateCmd();
             
             
        }
        /// <summary>
        /// 创建mq对象
        /// </summary>
        static void Create()
        {
            _server = new OctMQServer();
            _server.OnReceive += server_OnReceive;
            _server.Init(5555, _type);
        }
        /// <summary>
        /// 选择类型
        /// </summary>
        private static void CreateCmd()
        {
            Csl.Wl(ConsoleColor.Red, "请选择您要创建的MQ服务端类型");
            Csl.Wl(ConsoleColor.Yellow, "1.PUB 2.REP");
            var key = System.Console.ReadLine();
            switch (key)
            {
                case "1":
                {
                    _type = ServerType.Pub;
                    Create();
                    Cmd();
                }
                break;
                case "2":
                _type = ServerType.Response;
                Create();
                Cmd();
                break;
                default:
                {
                    CreateCmd();
                }
                break;
            }
        }
        static void CurrentDomain_UnhandledException(object sender, UnhandledExceptionEventArgs e)
        {
            Csl.WlEx((Exception)e.ExceptionObject);
        }
        /// <summary>
        /// 接收消息
        /// </summary>
        private static void Cmd()
        {
            if (_type == ServerType.Pub)
            {
                Csl.Wl(ConsoleColor.Red, "请输入您要发个订阅者的信息主题与信息用空格分开");
            } else
            {
                Csl.Wl(ConsoleColor.Red, "等待消息");
            }
            var cmd = System.Console.ReadLine();
            switch (cmd)
            {
                case "exit":
                Csl.Wl("正在关闭应用程序。。。等待最后一个心跳执行完成。。。");
                _server.Dispose();
                break;
                default:
                {
                    var str = cmd.Split(' ');
                    var msg = _server.CreateMessage();
                    msg.Append(str[0],Encoding.UTF8);
                    msg.Append(str[1],Encoding.UTF8);
                    _server.Send(msg);
                    Cmd();
                    break;
                }
                return;
            }
        }
        static void server_OnReceive(object sender, DataEventArgs<NetMQ.NetMQSocket, NetMQ.NetMQMessage> e)
        {
            var msg = e.Arg2;
            var server = e.Arg1;
            Csl.Wl(msg.Pop().ConvertToString(Encoding.UTF8));
            server.Send("你好,您的请求已处理,并返回消息及处理结果",Encoding.UTF8);
        }
    }
    

    Client Form

    客户端,我使用winform来处理,并且配合控制台使用,这个用法有些巧妙,不会的同学可以私密我,嘿嘿,先上截图,也是可以同时处理两种方式,给个demo,方便大家在实际项目中使用:

    响应式

    订阅者式

    不会做gif ,我就逐步说吧,从订阅者模式中我们可以看到,我的打开顺序1→2→3,先打开1,订阅了t的主题,发了2个消息,内容1和内容2,第一个程序均收到,这时我启动另外一个程序,同样订阅t这个主题,发现消息是通过轮询的方式分别向两个订阅者发送,这样,我们在处理一些比较耗时的业务逻辑,并且不会因为并发出现问题时,就可以使用多个订阅者,分别处理业务从而大大的提高我们的系统性能。

    然后打开第三个,订阅y这个主题,这时发送y的主题消息,前2个订阅者就无法收到了,这样我们还可以区分业务,进行多进程的处理,更高的提高可用性和可扩展性,并结合高性能的缓存解决方案处理高并发的业务逻辑。

    贴出客户端代码

    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            Csl.Init();
        }
         
         /// <summary>
        /// mq客户端
        /// </summary>
        private OctMQClient _client;
        /// <summary>
        /// 订阅者模式连接
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void btnConn_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            _client = new OctMQClient();
            _client.OnReceive += _client_OnReceive;
            _client.Init(txtip.Text,int.Parse(txtport.Text),
            ClientType.Sub);
            var sub = (SubscriberSocket) _client.Client;
            sub.Subscribe(txtTop.Text);
            _client.StartAsyncReceive();
        }
        /// <summary>
        /// 订阅者模式受到消息
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        void _client_OnReceive(object sender, Core.Args.DataEventArgs<NetMQ.NetMQSocket,
        NetMQ.NetMQMessage> e)
        {
            var msg = e.Arg2;
            Csl.Wl("主题:"+msg.Pop().ConvertToString
            (Encoding.UTF8));
            Csl.Wl("内容:" + msg.Pop().ConvertToString
            (Encoding.UTF8));
        }
        /// <summary>
        /// 发送响应消息
        /// </summary>
        /// <param name="sender"></param>
        /// <param name="e"></param>
        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            using (_client = new OctMQClient())
            {
                _client.Init(txtip.Text, int.Parse(txtport.Text), ClientType.Request);
                var content = txtContent.Text;
                var msg = _client.CreateMessage();
                msg.Append(content, Encoding.UTF8);
                _client.Send(msg);
                var rmsg = _client.ReceiveMessage();
                var reqStr = rmsg.Pop().ConvertToString(Encoding.UTF8);
                Csl.Wl(reqStr);
            }
        }
        /// <summary>
        /// 释放资源
        /// </summary>
        /// <param name="e"></param>
        protected override void OnClosed(EventArgs e)
        {
            base.OnClosed(e);
            if (_client != null)
            {
                _client.Dispose();
                 
            }
        }
    }
    

    Java_苏先生:专注于Java开发技术的研究与知识分享!
    ————END————

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