消息中间件NetMQ结合Protobuf简介

概述

　　对于稍微熟悉这两个优秀的项目来说，每个内容单独介绍都不为过，本文只是简介并探讨如何将两部分内容合并起来，使其在某些场景下更适合、更高效。

　　NetMQ：ZeroMQ的.Net版本，ZeroMQ简单来说就是局域网内的消息中间件（与MSMQ类似），包括了进程间通讯、点对点通讯、订阅模式通讯等等，底层用更“完美”的Socket实现，ZeroMQ实现了多语言、跨平台、高效率等诸多优势。详细介绍请参考ZeroMQ和NetMQ官方文档：http://zguide.zeromq.org/page:all#Chapter-Sockets-and-Patterns，http://netmq.readthedocs.org/en/latest/introduction/。

　　Protocol Buffer：源自与Google内部的开源项目，作为高效的RPC消息协议，相比较Json、XML协议的消息格式，Protobuf在序列化以及数据大小上都具有十分明显的优势，跨平台，协议可读性也接近于Json等等。这里也推荐一篇文章：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gpb/

定义Protobuf协议

　　Protocol Buffer（简称Protobuf）是以.proto的脚本形式实现的通用语义形式，类似于Json格式：

message  WeatherMessage 
{ 
    enum CommandType 
    {
        Debug=0;
        Weather=1;
        Other=2;
    }
 
    required CommandType Command=1 [default=Weather];
    optional string Content=2;

    message Loaction 
    {
        required int32 East=1;
        required int32 North=2;
    }

    repeated Loaction UserLocation=3;
}

　　这里的Message、required（必选属性）、optional（可有可无属性）、repeated（内部嵌套的类型属性）等都是proto的关键字，具体意义以及为关键字的功能大家可以查看官方文档，这里只介绍如何应用，或者Stephen Liu的文章也不错。

　　当然，光定义脚本是不能实现应用的，还需要根据特定的编码语言进行描述，这里利用Protobuf-Net来实现.Net平台的协议实现。

　　首先，下载软件包：https://code.google.com/p/protobuf-net/（肯能需要FQ）

　　然后，解压并将刚才的.proto文件复制到文件夹ProtoGen下。

　　最后，启动CMD并cd到ProtoGen文件夹目录下，运行命令：

　　protogen -i: PBWeatherMessage.proto -0: PBWeatherMessage.cs -ns:ProtobufNameSpace

（-i指定了输入，-o指定了输出，-ns指定了生成代码的namespace）

　　如果，正确的话（当然了，我给出的脚本是不会错的），就会生成一个PBWeatherMessage.cs文件，这样的话就可以将.cs文件加入到项目中当做一个纯粹的类来使用了。

代码中使用，就是类似于二进制序列化一样，只是这回序列化的是Protobuf专用的序列化方式而已。

　　序列化：

                        #region Protobuf
                        var weatherMsg = new NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage()
                        {
                            Command = PBProtocol.WeatherMessage.CommandType.Weather,
                            Content = string.Format("{0} {1} {2}", zipcode, temperature, relhumidity), 
                        };
                        
                        using (var sm = new MemoryStream())
                        {
                            ProtoBuf.Serializer.Serialize<NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage>(sm, weatherMsg);
                            publisher.Send(sm.ToArray());
                        }
                        #endregion

　　反序列化：

                      var weatherMsg = new NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage();
                      var receivedBytes = subscriber.Receive();
                      using (var sm = new MemoryStream(receivedBytes))
                      {
                          weatherMsg = ProtoBuf.Serializer.Deserialize<NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage>(sm);
                      }

　　这里就简单介绍完了protobuf协议的使用，下面介绍一下NetMQ+Protobuf的使用。

NetMQ+Protobuf

　　接下来我们来改造下NetMQ Sample中的Publisher-Subscriber模式：

　　首先下载从GitHub上下载NetMQ Sample： https://github.com/zeromq/netmq

或者下载我的示例代码，其中包含了一个No Protobuf的工程，这个是直接摘自原作者的示例代码。

　　服务端Publisher：

            using (var context = NetMQContext.Create())// NetMQ全局维护的Content上下文，建议只有一个并且使用完毕后及时回收。
            using (var publisher = context.CreatePublisherSocket())// 从Content上下文中创建CreatePublisherSocket，这里如果用其他四种模式之一需要Create其他类型。
            {
                publisher.Bind("tcp://127.0.0.1:5556");// Bind到指定的IP及端口。

                var rng = new Random();

                while (!stopRequested)
                {
                    int zipcode =  rng.Next(0, 99999);// 这里模拟一个随机命令编号（如果非10001，客户端直接丢弃此Publisher发布的消息，实现消息过滤）
                    int temperature = rng.Next(-80, 135);
                    int relhumidity = rng.Next(0, 90);

                    publisher.Send(string.Format("{0} {1} {2}", zipcode, temperature, relhumidity));// 直接Send，干净整洁。
                }
            }

　　客户端Subscriber：

 using (var context = NetMQContext.Create())// 创建全局NetMQ句柄，建议唯一，使用完毕及时回收。 
            using (var subscriber = context.CreateSubscriberSocket())// 创建Publisher-Subscriber模式的客户端监听。
            {
                subscriber.Connect("tcp://127.0.0.1:5556");// 连接到指定Socket
                subscriber.Subscribe(zipToSubscribeTo.ToString(CultureInfo.InvariantCulture));// 这里创建消息内容的过滤，如果不包含“zipToSubscribeTo”值则不接收消息。

                for (int i = 0; i < iterations; i++)
                {
                    string results = subscriber.ReceiveString(); // 如果消息以“zipToSubscribeTo”开头，则会返回整条信息。
                    Console.Write(".");

                    // "zip temp relh" ... "10001 84 23" -> ["10001", "84", "23"]
                    string[] split = results.Split(new[] { ' ' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);// 按照固定模式解码。

                    int zip = int.Parse(split[0]);
                    if (zip != zipToSubscribeTo)
                    {
                        throw new Exception(string.Format("Received message for unexpected zipcode: {0} (expected {1})", zip, zipToSubscribeTo));
                    }

                    totalTemp += int.Parse(split[1]);
                    totalHumidity += int.Parse(split[2]);
                }
            }

　　这就是四种模式之一的发布者模式，使用起来很方便，但是这仅仅传递的是基于String的字符串，还不是一个可以序列化的对象，下一步我们将把消息字符串用Protobuf进行序列化与反序列化，来优化我们的消息格式。

请参考，我的示例代码中的Publisher Pattern工程：

　　服务端Publisher：

                using (var context = NetMQContext.Create())
                using (var publisher = context.CreatePublisherSocket()) 
                {
                    publisher.Bind("tcp://127.0.0.1:5556");
                    var rng = new Random();
                    while (!stopRequested)
                    { 
                        int zipcode = rng.Next(10000,10010); //Relpace: rng.Next(0, 99999);
                        int temperature = rng.Next(-80, 135);
                        int relhumidity = rng.Next(0, 90);

                        #region Protobuf
                        var weatherMsg = new NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage()
                        {
                            Command = PBProtocol.WeatherMessage.CommandType.Weather,
                            Content = string.Format("{0} {1} {2}", zipcode, temperature, relhumidity), 
                        };
                        
                        using (var sm = new MemoryStream())
                        {
                            ProtoBuf.Serializer.Serialize<NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage>(sm, weatherMsg);
                            publisher.Send(sm.ToArray());
                        }
                        #endregion

                        // publisher.Send(string.Format("{0} {1} {2}", zipcode, temperature, relhumidity));
                       
                        WriteLine(string.Format("Publisher send message: {0} {1} {2}", zipcode, temperature, relhumidity));
                        System.Threading.Thread.Sleep(100);
                    }
                }

　　客户端Subscriber：

 using (var context = NetMQContext.Create())
              using (var subscriber = context.CreateSubscriberSocket())
              {
                  subscriber.Connect("tcp://127.0.0.1:5556");
                  subscriber.SubscribeToAnyTopic(); // No Command Filter, warn if not set thie method SubscribeToAnyTopic, it will receive nothing.

                  while (true)
                  {
                      if (curIndex > iterations) break;

                      var weatherMsg = new NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage();
                      var receivedBytes = subscriber.Receive();
                      using (var sm = new MemoryStream(receivedBytes))
                      {
                          weatherMsg = ProtoBuf.Serializer.Deserialize<NetMQAndProtocolBuffer.PBProtocol.WeatherMessage>(sm);
                      }

                      // "zip temp relh" ... "10001 84 23" -> ["10001", "84", "23"]
                      string[] split = weatherMsg.Content.Split(new[] { ' ' }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
                      int cmdId = int.Parse(split[0]);
                      if (weatherMsg.Command == PBProtocol.WeatherMessage.CommandType.Weather)
                      {
                          if (cmdId == zipToSubscribeTo)
                          {
                              curIndex++;
                              WriteLine(string.Format("Subscriber receive message: {0}", weatherMsg.Content));
                              totalTemp += int.Parse(split[1]);
                              totalHumidity += int.Parse(split[2]);
                          }
                      }
                  }

　　好了，其实单独来看，这两部分内容并为涉及的很深入，只是作为一个技术实践、技术储备，希望其中有问题或者有更好的应用场景，还请各位留言，不胜感谢！

　　我的示例代码下载

冷静下来

这里补充一些不足：

1. NetMQ中的过滤：默认NetMQ支持过滤，可是当我们摒弃String类型传递而转向Protobuf格式的时候NetMQ通道是无法解析其内容的，所以我们需要先解析内容，然后手写一些过滤代码，放弃了原生的支持。subscriber.SubscribeToAnyTopic()监听所有非过滤模式。
2. NetMQ消息持久化：基于ZMQ的NetMQ设计理念中均不支持数据持久化（相比MSMQ而言，NetMQ不能接收当客户端不在线情况下的消息），所以如果需要持久化还需要做其他工作或者转战其他MQ家族。

引用

ZMQ：http://zguide.zeromq.org/page:all#Chapter-Sockets-and-Patterns

NetMQ：http://netmq.readthedocs.org/en/latest/introduction/

Protocol Buffer：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gpb/

Stephen Liu：http://www.cnblogs.com/stephen-liu74/archive/2013/01/02/2841485.html

Protobuf-Net：https://code.google.com/p/protobuf-net/