C/C++网络编程总结与ZeroMQ

现在几乎所有C/C++的后台程序都需要进行网络通讯，其实现方法无非有两种：使用系统底层socket或者使用已有的封装好的网络库。本文对两种方式进行总结，并介绍一个轻量级的网络通讯库ZeroMQ。

1.基本的Scoket编程

关于基本的scoket编程网络上已有很多资料，作者在这里引用一篇文章中的内容进行简要说明。

基于socket编程，基本上就是以下6个步骤：

1、socket()函数 2、bind()函数 3、listen()、connect()函数 4、accept()函数 5、read()、write()函数等 6、close()函数 下面直接引用文章里的代码说明。

服务器端#include#include#include#include#include#include#include#define MAXLINE 4096int main(int argc, char** argv){    int    listenfd, connfd;    struct sockaddr_in     servaddr;    char    buff[4096];    int     n;    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){    printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));    servaddr.sin_family = AF_INET;    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    servaddr.sin_port = htons(6666);    if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){    printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    if( listen(listenfd, 10) == -1){    printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    printf("======waiting for client's request======\n");    while(1){    if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){        printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);        continue;    }    n = recv(connfd, buff, MAXLINE, 0);    buff[n] = '\0';    printf("recv msg from client: %s\n", buff);    close(connfd);    }    close(listenfd);}

客户端#include#include#include#include#include#include#include#define MAXLINE 4096int main(int argc, char** argv){    int    sockfd, n;    char    recvline[4096], sendline[4096];    struct sockaddr_in    servaddr;    if( argc != 2){    printf("usage: ./client \n");    exit(0);    }    if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){    printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);    exit(0);    }    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));    servaddr.sin_family = AF_INET;    servaddr.sin_port = htons(6666);    if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){    printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);    exit(0);    }    if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){    printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    printf("send msg to server: \n");    fgets(sendline, 4096, stdin);    if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)    {    printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);    exit(0);    }    close(sockfd);    exit(0);}

具体可参考： Linux Socket编程（不限Linux）

小结：直接基于socket编程看起来十分简单，但是要写出一个稳定、高性能的程序还是十分考验水平的，比如数据分包与重组，异步IO，并发访问，poll/select等，非大牛不能为之。鉴于此出现很多封装好的C/C++网络通讯库，或者叫消息中间件，下面进行介绍。

2.流行的通讯库/消息中间件

网络上各种各样的通讯中间件/MQ多不胜数。具作者所知，比较有名的有ACE、ICE、Boost::ASIO、MSMQ、ActiveMQ、RabbitMQ、ZeroMQ等等。

其中ACE、ICE是经典，网上资料很丰富，不过入门门槛较高，说白了就是有点难学难精。属于高端大气上档次的货。

Boost::ASIO作为大名鼎鼎的Boost模块之一，感觉很不错，只需引用.hpp文件，不需要动态库，性能据说也不错，跨平台，值得推荐和学习。不过没有最简单只有更简单，当有更好的选择时，Boost::ASIO的语法就略显复杂了。（不过还是强力推荐）。

MSMQ 微软的东西，用起来还可以，不过一般不推荐，毕竟linux下没人会用它。

JSM、ActiveMQ、RabbitMQ、ZeroMQ基本上是一类东西。activemq，基于jms稳定可靠安全。rabbitmq，基于erlang，充分利用并发和分布式特性。zeromq，号称世上最快消息内核。

lActiveMQ pActiveMQ是Apache开发的开源消息中间件，纯Java实现，基于JMS1.1及J2EE 1.4规范。 lRabbitMQ pRabbitMQ 是由 LShift 提供的一个 Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) 的开源实现，由以高性能、健壮以及可伸缩性出名的 Erlang 写成，因此也是继承了这些优点。 lZeroMQp是由iMatix公司使用C语言开发的高性能消息中间件，是对socket的封装，在发送端缓存消息。

ActiveMQRabbitMQZeroMQ遵循规范JMS1.1及J2EE1.4AMPQ---架构模型消息代理架构Broker消息代理架构BrokerC/S架构实现语言JavaErlangC/C++支持消息协议StompAMPQ、Stomp等---主要推动力量Apache、RedhatLshift、Vmware、SpringSourceiMatix支持编程语言C，Java，PythonC，Java，PythonC，Java，Python编程复杂度复杂简单中等持久化支持支持，不支持第三方数据库发送端缓存性能NormalNormalHigh内存使用率HighHighNormal引用自邱志刚的Message oriented middleware analysis，抱歉未找到链接。

下面是一个网上对消息系统的总结，也可以参考以下。

常见开源消息系统

3.最快的消息中间件zeroMQ

ZeroMQ简介

参考1： ?MQ(ZeroMQ)简介

参考2：ZeroMQ研究与应用分析[推荐]

参考3：高性能的通讯库-zeroMQ的几个高性能特征

参考4：ZeroMQ详细教程，从入门到深入，34篇

4.ZeroMQ的C版本nanomsg，更快

为啥又整出个ZeroMQ的C版本呢？

具本人所知，ZeroMQ作者在实现ZeroMQ后，有一天幡然醒悟“如果用C来实现ZeroMQ会不会更快呢？”所以他就用C语言重新实现了ZeroMQ，即nanomsg，目前是alpha2版本。官方网站：http://nanomsg.org/index.html

关于为什么要用C实现zeromq，其实上面是作者的杜撰。具体原因可以参照以下分析：）

为什么我希望用C而不是C++来实现ZeroMQ

为什么我希望用C而不是C++来实现ZeroMQ（第二篇）

从网上的资料来看，nanomsg确实比zeromq更快。

5.ZeorMQ优点，我为什么使用MQ？

1）使用简单，不需要部署服务器什么的，直接编译后作为一个动态库使用；

2) 编程开发简单

以下是zeromq的一个“helloword”示例：

Server

//// Hello World server in C++// Binds REP socket to tcp://*:5555// Expects "Hello" from client, replies with "World"//#include #include #include #ifndef _WIN32#include #else#include <windows.h>#endifint main () {    // Prepare our context and socket    zmq::context_t context (1);    zmq::socket_t socket (context, ZMQ_REP);    socket.bind ("tcp://*:5555");    while (true) {        zmq::message_t request;        // Wait for next request from client        socket.recv (&request);        std::cout << "Received Hello" << std::endl;        // Do some 'work'#ifndef _WIN32            sleep(1);#else        Sleep (1);#endif        // Send reply back to client        zmq::message_t reply (5);        memcpy ((void *) reply.data (), "World", 5);        socket.send (reply);    }    return 0;}

Client

//// Hello World client in C++// Connects REQ socket to tcp://localhost:5555// Sends "Hello" to server, expects "World" back//#include #include #include int main (){    // Prepare our context and socket    zmq::context_t context (1);    zmq::socket_t socket (context, ZMQ_REQ);    std::cout << "Connecting to hello world server..." << std::endl;    socket.connect ("tcp://localhost:5555");    // Do 10 requests, waiting each time for a response    for (int request_nbr = 0; request_nbr != 10; request_nbr++) {        zmq::message_t request (6);        memcpy ((void *) request.data (), "Hello", 5);        std::cout << "Sending Hello " << request_nbr << "..." << std::endl;        socket.send (request);        // Get the reply.        zmq::message_t reply;        socket.recv (&reply);        std::cout << "Received World " << request_nbr << std::endl;    }    return 0;}

很简单吧。对比其他MQ要么需要部署Server（ActiveMQ，RabbitMQ），要么复杂Boost::ASIO。

作为反面教材，Boost::ASIO中简单的echo-server例子如下：

Server

//// blocking_tcp_echo_server.cpp// ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~//// Copyright (c) 2003-2013 Christopher M. Kohlhoff (chris at kohlhoff dot com)//// Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying// file LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)//#include #include #include #include #include #include using boost::asio::ip::tcp;const int max_length = 1024;typedef boost::shared_ptr socket_ptr;void session(socket_ptr sock){  try  {    for (;;)    {      char data[max_length];      boost::system::error_code error;      size_t length = sock->read_some(boost::asio::buffer(data), error);      if (error == boost::asio::error::eof)        break; // Connection closed cleanly by peer.      else if (error)        throw boost::system::system_error(error); // Some other error.      boost::asio::write(*sock, boost::asio::buffer(data, length));    }  }  catch (std::exception& e)  {    std::cerr << "Exception in thread: " << e.what() << "\n";  }}void server(boost::asio::io_service& io_service, unsigned short port){  tcp::acceptor a(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), port));  for (;;)  {    socket_ptr sock(new tcp::socket(io_service));    a.accept(*sock);    boost::thread t(boost::bind(session, sock));  }}int main(int argc, char* argv[]){  try  {    if (argc != 2)    {      std::cerr << "Usage: blocking_tcp_echo_server \n";      return 1;    }    boost::asio::io_service io_service;    using namespace std; // For atoi.    server(io_service, atoi(argv[1]));  }  catch (std::exception& e)  {    std::cerr << "Exception: " << e.what() << "\n";  }  return 0;}

Client

//// blocking_tcp_echo_client.cpp// ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~//// Copyright (c) 2003-2013 Christopher M. Kohlhoff (chris at kohlhoff dot com)//// Distributed under the Boost Software License, Version 1.0. (See accompanying// file LICENSE_1_0.txt or copy at http://www.boost.org/LICENSE_1_0.txt)//#include #include #include #include using boost::asio::ip::tcp;enum { max_length = 1024 };int main(int argc, char* argv[]){  try  {    if (argc != 3)    {      std::cerr << "Usage: blocking_tcp_echo_client  \n";      return 1;    }    boost::asio::io_service io_service;    tcp::resolver resolver(io_service);    tcp::resolver::query query(tcp::v4(), argv[1], argv[2]);    tcp::resolver::iterator iterator = resolver.resolve(query);    tcp::socket s(io_service);    boost::asio::connect(s, iterator);    using namespace std; // For strlen.    std::cout << "Enter message: ";    char request[max_length];    std::cin.getline(request, max_length);    size_t request_length = strlen(request);    boost::asio::write(s, boost::asio::buffer(request, request_length));    char reply[max_length];    size_t reply_length = boost::asio::read(s,        boost::asio::buffer(reply, request_length));    std::cout << "Reply is: ";    std::cout.write(reply, reply_length);    std::cout << "\n";  }  catch (std::exception& e)  {    std::cerr << "Exception: " << e.what() << "\n";  }  return 0;}

其实Boost算是简单的了，只是有对比才有进步嘛，ZeroMQ的代码仅有一半（不过这似乎说明不了什么问题）。

3）效率高（其实这个不是最重要的，最重要的是1、2）

为了让大伙儿有一个感性的认识，俺特地找来了消息队列软件的性能测评。这是某老外写的一篇帖子（在"这里"），不懂洋文的同学可以看"这里"。连帖子都懒得看的同学，可以直接看下图。

从图中可以明显看出，ZMQ 相比其它几款MQ，简直是鹤立鸡群啊！性能根本不在一个档次嘛。