zeromq源碼分析筆記之架構（1），zeromq源碼

1、zmq概述

ZeroMQ是一種基於消息隊列的多線程網絡庫，其對套接字類型、連接處理、幀、甚至路由的底層細節進行抽象，提供跨越多種傳輸協議的套接字。引用雲風的話來說:ZeroMQ 並不是一個對 socket 的封裝，不能用它去實現已有的網絡協議。它有自己的模式，不同於更底層的點對點通訊模式。它有比 tcp 協議更高一級的協議。（當然 ZeroMQ 不一定基於 TCP 協議，它也可以用於進程間和進程內通訊）它改變了通訊都基於一對一的連接這個假設。ZeroMQ 把通訊的需求看成四類。其中一類是一對一結對通訊，用來支持傳統的 TCP socket 模型，但並不推薦使用。常用的通訊模式只有三類：

更多關於zeromq的解釋，以及zeromq的功能請參考下面幾個鏈接

ØMQ(ZeroMQ)簡介 ，ØMQ - The Guide ，ZeroMQ 的模式

2、zmq架構

2.1、zmq整體架構

zeromq幾乎所有I/O操作都是異步的，每個zmq i/o 線程（與實際線程不同）都有與之綁定的Poller，Poller采用經典的Reactor模式實現，Poller根據不同操作系統平台使用不同的網絡I/O模型（select、poll、epoll、devpoll、kequeue等）。在zeromq中，zmq_socket也被看成是一個zmq io線程。每個線程內含一個信箱，用於線程與線程間傳遞命令（後面會詳細講），在創建zmq io線程時，會把信箱句柄加到Poller中，用於監聽是否有命令到達。當client端開始發起連接或者server端開始監聽時，會在主線程創建zmq_connector或者zmq_listener，主線程使用zmq_socket的mailbox發送命令給io線程，將其綁定到io線程中，io線程會把zmq_connector或者zmq_listener含有的句柄加入Poller中，以偵聽讀寫事件。Client端與Server端都是通過Session來管理連接和通信，一個session代表一次會話，每個Session都會關聯到相應的讀/寫管道， 主線程收發消息只是分別從管道中讀/寫數據。Session並不實際跟kernel交換I/O數據，而是通過plugin到Session中的Engine來與kernel交換I/O數據。

2.2zmq內部架構

zmq的內部架構涉及到zmq全局變量的管理，並發模型，線程模型（主線程，i/o線程，回收線程，zmq_socket線程，存活於線程中的對象），對象回收模型（對象樹），消息的組織等，要想比較順手的讀懂源碼，還是需要先了解一下這些結構，在zmq的官方站點已經給出來了詳細的講解，也有前輩進行了翻譯：

Internal Architecture of libzmq，ZeroMQ的內部架構

http://www.aosabook.org/en/zeromq.html，<摘錄>開源軟件架構-ZeroMQ

3、zmq基本流程

下面這幅zmq的基本流程圖有助於整體把握zmq的流程，這幅圖是由前輩總結的，來源於ZeroMQ研究與應用分析，我只是搬運工，更詳細的對象交換圖在第4節

4、zmq對象交互

序列圖有助於理解對象狀態變遷，下圖描述的是客戶端的對象狀態變遷。zmq_socket以ZMQ_REQ模式實例化，用以進行tcp通信：

void *requester = zmq_socket (context, ZMQ_REQ);
zmq_connect (requester, "tcp://localhost:5555");

4、zmq類層次

①、object_t，主要用於接受命令和派送命令，所有繼承object_t的子類都具備該類的功能

②、io_thread_t，內含一個poller，可監聽句柄的讀寫異常狀態，繼承自object_t，所以還具有收發命令的功能

③、io_object_t，可以獲取一個io_thread_t的poller，從而具備poller功能，所有繼承自該類的子類都具有pollere功能，可監聽句柄的讀寫異常狀態

④、reaper_t，zmq的回收線程

⑤、own_t，zmq的對象樹結點，或者說多叉樹的結點，其主要用於對象的銷毀，可以想到，對象的銷毀就是這棵樹的銷毀過程，必須要使用深度優先的算法來銷毀。關於zmq對象樹在Internal Architecture of libzmq有詳細講解

⑥、tcp_connector_t，zmq_socket的連接器，使用她來建立tcp連接

⑦、tcp_listener_t，zmq_socket的監聽器

⑧、stream_engine，負責處理io事件中的一種----網絡事件，把網絡字節流轉換成zeromq的msg_t消息傳遞給session_base_t。另外一些和版本兼容相關的雜務也stream_engine處理的。stream_engine_t處理完雜務，到session_base_t就只看見msg_t了。

⑨、session_base_t，管理zmq_socket的連接和通信，主要與engine進行交換

⑩、socket_base_t，zeromq的socket，在zmq中，被當成一種特殊的”線程“，具有收發命令的功能

 

參考資料

ØMQ(ZeroMQ)簡介 

ØMQ - The Guide 

ZeroMQ 的模式

Internal Architecture of libzmq

ZeroMQ的內部架構

http://www.aosabook.org/en/zeromq.html

<摘錄>開源軟件架構-ZeroMQ