目录

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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。

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：

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,更有助于理解。

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Socket

上一章最后我们简单介绍了SocketBase和SessionBase的创建和回收，这一张我们详细介绍SocketBase和SessionBase。

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IPollEvents、Pipe.IPipeEvents。

接口实现

internal abstract class SocketBase : Own, IPollEvents, Pipe.IPipeEvents{    ...}

• IPollEvents事件已经介绍过，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SocketBase或SessionBase的ReadActivated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SocketBase或SessionBase的WriteActivated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SocketBase是TCPListener,则无需初始化管道，管道为空)。

private readonly Dictionary
    
      m_endpoints = new Dictionary
     
      ();private readonly Dictionary
      
        m_inprocs = new Dictionary
       
        ();
       
      
     
    

Endpoint对象用于存放SessionBase和Pipe或Listener的引用

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

当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);}

在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。

在我们介绍了Context创建SocketBase所做的一些工作，初始化SocketBase时，会创建，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。

在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SessionBase和SocketBase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IMsgSink和IMsgSource接口和Engine进行消息传输。

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

internal interface IMsgSink{    /// 
    /// 传输消息.成功时返回true.    /// 
    /// 将msg消息写入到管道中    bool PushMsg(ref Msg msg);}

internal interface IMsgSource{    /// 
    /// 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。    /// 
    /// 从管道获取消息写入Msg中    /// 
    
     true if successful - and writes the message to the msg argument
        bool PullMsg(ref Msg msg);}

当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Socket和Session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Socket。Identiy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

在我们讲到过在SocketBase和SessionBase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;}

1. 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;}

1. 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;    }}

1. 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);    }        /// 
数据
    public T[] Values { get; }        /// 
当前块在队列中的位置
    public int GlobalOffset { get; }    /// 
前一个块
    [CanBeNull]    public Chunk Previous { get; set; }    /// 
下一个块
    [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_endChunk;    }    m_endChunk = m_endChunk.Next;    当前块的局部位置从0开始    m_endPosition = 0;}

每次消息写完消息时调用YPipe的Flush方法完成当前消息的写入

public bool Flush(){    //只有一条Msg    if (m_flushFromIndex == m_flushToIndex)    {        return true;    }    //将m_lastAllowedToReadIndex更新为flushToIndex    if (Interlocked.CompareExchange(ref m_lastAllowedToReadIndex, m_flushToIndex, m_flushFromIndex) != m_flushFromIndex)    {        //没有数据写入时,lastAllowedToReadIndex为-1,表示没有数据可读,因此这里不需要关系线程安全        Interlocked.Exchange(ref m_lastAllowedToReadIndex, m_flushToIndex);        m_flushFromIndex = m_flushToIndex;        return false;    }    有数据写入时更新指针    m_flushFromIndex = m_flushToIndex;    return true;}

总结

该篇在上一片的基础上对SocketBase和SessionBase进行了一些细节上的补充。同时，对NetMQ的配置参数进行了一些介绍,最后对消息管道进行了简单讲解。

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本文地址：

作者博客：杰哥很忙

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