python zeromq 介绍

简介：

ZeroMQ并不是一个对socket的封装，不能用它去实现已有的网络协议。

它有自己的模式，不同于更底层的点对点通讯模式。

它有比tcp协议更高一级的协议。（当然ZeroMQ不一定基于TCP协议，它也可以用于进程间和进程内通讯）

它改变了通讯都基于一对一的连接这个假设。

ZeroMQ把通讯的需要看成4类，其中一类是一对一结对通讯，用来支持传统的TCP socke模型，但并不推荐使用。

常用的通讯模式只有三类：

1.请求回应模型。由请求端发起请求，并等待回应端回应请求。从请求端来看，一定是一对对收发配对的；

反之，在回应端一定是发收对。请求端和回应端都可以是1：N的模型。通常把1认为是server，N认为是Client。

0MQ可以很好的支持路由功能（实现路由功能的组件叫做Device），把1：N扩展为N：M（只需要加入若干路由节点）。

从这个模型看，更底层的端点地址是对上层隐藏的。每个请求都隐含回应地址，而应用则不关心它。

2.发布订阅模型。这个模型里，发布端是单向只发送数据的，且不关心是否把全部的信息都发送给订阅者。

如果发布端开始发布信息的时候，订阅端尚未连接上，这些信息直接丢弃。

不过一旦订阅端连接上来，中间会保证没有信息丢失。

同样，订阅端则只负责接收，而不能反馈。

如果发布端和订阅端需要交互（比如要确认订阅者是否已经连接上），则使用额外的socket采用请求回应模型满足这个需求。

3.管道模型。这个模型里，管道是单向的，从PUSH端单向的向PULL端单向的推送数据流。

任何分布式，并行的需求，都可以用这三种模型组合起来解决问题。

问题1：安装zeromq和python binding？

答：

在安装zeromq之前需要安装

sudo apt-get install libtool, autoconf,  automake, uuid-dev(or equivalent)

获得zeromq的源码包

wget http://download.zeromq.org/zeromq-2.0.10.tar.gz

如果想获得最新的源码包http://download.zeromq.org/

安装zeromq

tar zxvf zeromq-2.0.10.tar.gz

cd zeromq-2.0.10

(查看帮助 ./configure --help)

./configure

make

sudo make install 

sudo ldconfig

安装python binding

获得pyzmq的源代码

https://github.com/zeromq/pyzmq/downloads/

pip install pyzmq

注意：pyzmq版本要与zeromq版本一致

问题2：zeromq的hello world？

答：

python examples https://github.com/imatix/zguide/tree/master/examples/Python

hwserver.py

#
#   Hello World server in Python
#   Binds REP socket to tcp://*:5555
#   Expects "Hello" from client, replies with "World"
#
import zmq
import time

context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.REP)
socket.bind("tcp://*:5555")

while True:
    #  Wait for next request from client
    message = socket.recv()
    print "Received request: ", message

    #  Do some 'work'
    time.sleep (1)        #   Do some 'work'

    #  Send reply back to client
    socket.send("World")

hwclient.py

#
#   Hello World client in Python
#   Connects REQ socket to tcp://localhost:5555
#   Sends "Hello" to server, expects "World" back
#
import zmq

context = zmq.Context()

#  Socket to talk to server
print "Connecting to hello world server..."
socket = context.socket(zmq.REQ)
socket.connect ("tcp://localhost:5555")

#  Do 10 requests, waiting each time for a response
for request in range (1,10):
    print "Sending request ", request,"..."
    socket.send ("Hello")
    
    #  Get the reply.
    message = socket.recv()
    print "Received reply ", request, "[", message, "]"

问题3：zeroMQ实现一个消息层？

答：

实现一个ZeroMQ消息层需要三个步骤：

1.选择传输协议

0MQ提供了4种不同的传输协议

INPROC an In-Process communication model

IPC an Inter-Process communication model

MULTICAST multicast via PGM, possibly encapsulated in UDP

TCP a network based transport

2.建立基础

由于在网络中两个端点是相对动态的，很难有一个稳定的单一连接点。

如果是这种情况，可以使用由0MQ提供的转发设备。

转发设备可以绑定2个不同端口，并且转发消息从一个端点到另一个端点。

这样做的话，在网络中转发设备能够变成一个稳定的点，其它组件都可以去连接。

0MQ提供了3种类型的设备

QUEUE, a forwarder for the request/response messaging pattern

FORWARDER, a forwarder for the publish/subscribe messaging pattern

STREAMER, a forwarder for the pipelined messaging pattern

3.选择通讯模式

0MQ支持4种模式

REQUEST/REPLY, bidirectional, load balanced and state based

PUBLISH/SUBSCRIBE, publish to multiple recipients at once

UPSTREAM / DOWNSTREAM, distribute data to nodes arranged in a pipeline

PAIR, communication exclusively between peers

Req/Rep

均衡负载请求：

server 1

import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.REP)
socket.bind("tcp://127.0.0.1:5000")
 
while True:
    msg = socket.recv()
    print "Got", msg
    socket.send(msg)

server 2

import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.REP)
socket.bind("tcp://127.0.0.1:6000")
 
while True:
    msg = socket.recv()
    print "Got", msg
    socket.send(msg)

 client

import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.REQ)
socket.connect("tcp://127.0.0.1:5000")
socket.connect("tcp://127.0.0.1:6000")
 
for i in range(10):
    msg = "msg %s" % i
    socket.send(msg)
    print "Sending", msg
    msg_in = socket.recv()

会发现client的请求会被均衡的分配给两个server

Example client output:

Sending msg 0

Sendingmsg1

Sendingmsg2

Sendingmsg3

Sendingmsg4

Sendingmsg5

Sendingmsg6

Sendingmsg7

Sendingmsg8

Sending msg 9

Example output server 1 at port 5000:

Got msg 0

Gotmsg2

Gotmsg4

Gotmsg6

Got msg 8

Example output server 2 at port 6000:

Got msg 1

Gotmsg3

Gotmsg5

Gotmsg7

Got msg 9

现在，如果我们要加入一个额外的server去管理我们的请求，我们将不得不修改我们的代码。

这是非常麻烦的，我们需要让每个client都知道有一个额外的server可以均衡请求。

为了解决这个问题，替代client直接去连接多个server的方式，client去连接转发设备，再由转发设备路由全部的消息给server。

Pub/Sub

在pub/sub模式下组件是松耦合的。类似于广播电台。

一个广播server为现场足球赛

import zmq
from random import choice
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.PUB)
socket.bind("tcp://127.0.0.1:5000")
 
countries = ['netherlands','brazil','germany','portugal']
events = ['yellow card', 'red card', 'goal', 'corner', 'foul']
 
while True:
    msg = choice( countries ) +" "+ choice( events )
    print "->",msg
    socket.send( msg ) 

输出

-> portugal corner

->portugalyellowcard

->portugalgoal

->netherlandsyellowcard

->germanyyellowcard

->brazilyellowcard

->portugalgoal

->germanycorner

一个客户端去收听特定的消息

import zmq
 
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.SUB)
socket.connect("tcp://127.0.0.1:5000")
socket.setsockopt(zmq.SUBSCRIBE, "netherlands")
socket.setsockopt(zmq.SUBSCRIBE, "germany")
 
while True:
    print  socket.recv()

 输出

netherlands red card

netherlandsgoal

netherlandsredcard

germanyfoul

netherlandsyellowcard

germanyfoul

netherlandsgoal

netherlandscorner

germanyfoul

netherlandscorner

Pipelining

并发处理数据，其工作模式

一个工作者得到来自上游socket的消息，一旦处理完成后发送消息到下游。

Paired socket

服务器监听某个端口，客户端连接到这个端口，消息可以双向流动。

server

import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.PAIR)
socket.bind("tcp://127.0.0.1:5555")

client

import zmq
context = zmq.Context()
socket = context.socket(zmq.PAIR)
socket.connect("tcp://127.0.0.1:5555")

ps:

推荐

http://www.zeromq.org/

http://nichol.as/zeromq-an-introduction