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ZeroMQ（二）：请求-响应模式，C和C++。

news 来源：原创 2024/9/20 9:37:20

请求响应基础

基本概念

工作流程

典型应用

请求-响应模式的特点

应用实例

优点

缺点

ZEROMQ C语言

2.1 服务器端代码（Reply Server）

2.2 客户端代码（Request Client）

3. 编译代码

4. 详细说明

ZEROMQ C++

1. 安装 ZeroMQ C++ Bindings (cppzmq)

2. 编写代码

2.1 服务器端代码（Reply Server）

2.2 客户端代码（Request Client）

3. 解释

总结

请求响应模式是通信中最简单和基础的模式，ZeroMQ同样支持这个模式。

请求响应基础

请求-响应模式是计算机科学和网络通信中一种常见的通信模式。这个模式通常涉及两个主要角色：客户端和服务器。

基本概念

客户端: 向服务器发送请求的实体。它可以是浏览器、应用程序或任何其他发起通信的设备或程序。
服务器: 接收客户端请求并返回响应的实体。它通常是一个提供服务、资源或数据的程序或设备。

工作流程

客户端发起请求: 客户端构造一个请求消息，通常包含请求的类型（如 GET、POST）、请求的资源（如网页、API端点）、以及可能的附加数据（如表单数据）。
服务器处理请求: 服务器接收到请求后，解析请求内容，根据请求的类型和资源进行处理。处理可能包括访问数据库、执行计算或调用其他服务。
服务器返回响应: 处理完成后，服务器生成一个响应消息，通常包含状态码（如200表示成功、404表示资源未找到）、响应的内容（如网页内容、数据结果）以及其他信息（如响应时间、服务器信息）。
客户端接收响应: 客户端接收到响应后，解析响应内容并根据需要展示或处理这些数据。

典型应用

网页浏览: 当你在浏览器中输入网址并按下回车时，浏览器（客户端）会向服务器发出一个请求，服务器会返回网页内容作为响应。
API调用: 在应用程序中调用API时，客户端发送请求（如获取数据、提交表单），服务器处理请求并返回结果。

请求-响应模式的特点

同步通信: 通常情况下，请求-响应模式是同步的，即客户端发送请求后会等待服务器响应完成后才继续执行后续操作。
单向通信: 这种模式是一种单向通信，客户端请求数据，服务器响应数据，但服务器不会主动向客户端发送消息（除非使用长轮询或WebSocket等技术）。
简单直观: 由于其简单的结构和流程，很多网络协议和应用程序设计都是基于这种模式的。

应用实例

HTTP/HTTPS: 用于Web浏览和API交互的协议，客户端（浏览器或应用）发送HTTP请求，服务器返回HTTP响应。
REST API: 基于HTTP协议的API风格，允许客户端通过标准的HTTP请求（如GET、POST、PUT、DELETE）与服务器进行交互。

优点

易于理解和实现: 请求-响应模式简洁明了，易于理解和实现。
兼容性强: 许多网络协议和技术都基于这种模式，因此具有良好的兼容性。

缺点

延迟问题: 在网络不稳定的情况下，请求和响应的延迟可能影响用户体验。
同步阻塞: 客户端通常需要等待响应完成才能继续执行，可能导致性能瓶颈。

总的来说，请求-响应模式是现代计算和通信中的基础构建块，为各种网络应用和服务提供了一个标准化的通信方式。

ZEROMQ C语言

在 C 语言中使用 ZeroMQ 实现请求-回复模式（Request-Reply Pattern）涉及创建一个请求端和一个回复端，通过 ZeroMQ 套接字进行通信。

2.1 服务器端代码（Reply Server）

下面是使用 C 语言编写的 ZeroMQ 请求-回复模式的示例代码。我们将分别实现一个服务器端（Reply Server）和一个客户端（Request Client）。

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main() {// 初始化 ZeroMQ 上下文void *context = zmq_ctx_new();// 创建 REP (reply) 套接字void *responder = zmq_socket(context, ZMQ_REP);// 将套接字绑定到端口zmq_bind(responder, "tcp://*:5555");while (1) {// 接收请求char buffer[256];zmq_recv(responder, buffer, 255, 0);printf("Received request: %s\n", buffer);// 发送回复const char *reply = "World";zmq_send(responder, reply, strlen(reply), 0);}// 清理资源zmq_close(responder);zmq_ctx_destroy(context);return 0;
}

2.2 客户端代码（Request Client）

#include <zmq.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {// 初始化 ZeroMQ 上下文void *context = zmq_ctx_new();// 创建 REQ (request) 套接字void *requester = zmq_socket(context, ZMQ_REQ);// 连接到服务器zmq_connect(requester, "tcp://localhost:5555");// 发送请求const char *request = "Hello";zmq_send(requester, request, strlen(request), 0);// 接收回复char buffer[256];zmq_recv(requester, buffer, 255, 0);buffer[255] = '\0'; // 确保字符串以 null 结尾printf("Received reply: %s\n", buffer);// 清理资源zmq_close(requester);zmq_ctx_destroy(context);return 0;
}

3. 编译代码

编译上述代码时，需要链接 ZeroMQ 库。下面是使用 gcc 编译器的示例命令：

gcc -o server server.c -lzmq
gcc -o client client.c -lzmq

4. 详细说明

ZeroMQ Context: zmq_ctx_new() 用于创建 ZeroMQ 上下文，管理所有的套接字和连接。每个应用程序应该有一个上下文对象。
Sockets: 使用 zmq_socket() 创建套接字。请求-回复模式中，客户端使用 ZMQ_REQ 套接字，服务器使用 ZMQ_REP 套接字。
Bind 和 Connect:
- zmq_bind() 绑定服务器端套接字到指定的地址和端口。
- zmq_connect() 连接客户端套接字到服务器端的地址和端口。
消息传递:
- 使用 zmq_send() 发送消息。
- 使用 zmq_recv() 接收消息。
资源清理:
- zmq_close() 关闭套接字。
- zmq_ctx_destroy() 销毁上下文，释放相关资源。

ZEROMQ C++

1. 安装 ZeroMQ C++ Bindings (cppzmq)

ZeroMQ 的 C++ 绑定库 cppzmq 提供了对 ZeroMQ 的 C++ 封装。你可以通过包管理工具或者从 GitHub 下载源代码来安装它。

使用 vcpkg

vcpkg install cppzmq

从 GitHub 安装

git clone https://github.com/zeromq/cppzmq.git

2. 编写代码

下面是一个简单的示例，展示了如何在 C++ 中使用 ZeroMQ 实现请求-回复模式。我们将分别编写一个服务器（Reply Server）和一个客户端（Request Client）。

2.1 服务器端代码（Reply Server）

#include <zmq.hpp>
#include <iostream>
#include <string>int main() {// Initialize ZeroMQ contextzmq::context_t context(1);// Create a REP (reply) socketzmq::socket_t socket(context, ZMQ_REP);// Bind the socket to an endpoint (address:port)socket.bind("tcp://*:5555");while (true) {// Receive a requestzmq::message_t request;socket.recv(request);std::string request_str(static_cast<char*>(request.data()), request.size());std::cout << "Received request: " << request_str << std::endl;// Send a replystd::string reply_str = "World";zmq::message_t reply(reply_str.size());memcpy(reply.data(), reply_str.data(), reply_str.size());socket.send(reply);}return 0;
}

2.2 客户端代码（Request Client）

#include <zmq.hpp>
#include <iostream>
#include <string>int main() {// Initialize ZeroMQ contextzmq::context_t context(1);// Create a REQ (request) socketzmq::socket_t socket(context, ZMQ_REQ);// Connect to the server (address:port)socket.connect("tcp://localhost:5555");// Send a requeststd::string request_str = "Hello";zmq::message_t request(request_str.size());memcpy(request.data(), request_str.data(), request_str.size());socket.send(request);// Receive a replyzmq::message_t reply;socket.recv(reply);std::string reply_str(static_cast<char*>(reply.data()), reply.size());std::cout << "Received reply: " << reply_str << std::endl;return 0;
}

3. 解释

ZeroMQ Context: 这是 ZeroMQ 的基础对象，负责管理所有的套接字和连接。每个线程应该有一个唯一的上下文对象。
Sockets: ZeroMQ 的套接字对象用于发送和接收消息。在请求-回复模式中，客户端使用 ZMQ_REQ 套接字，服务器使用 ZMQ_REP 套接字。
Bind 和 Connect: 服务器使用 bind 将套接字绑定到一个特定的地址和端口，客户端使用 connect 连接到该地址和端口。
消息传递: 使用 send 和 recv 方法来传递消息。消息是通过 zmq::message_t 对象来表示的。