Muduo 網(wǎng)絡(luò)編程示例之九：簡單的消息廣播服務(wù)

Muduo 網(wǎng)絡(luò)編程示例之九：簡單的消息廣播服務(wù)

陳碩 (giantchen_AT_gmail)

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這是《Muduo 網(wǎng)絡(luò)編程示例》系列的第九篇文章，講用 muduo 實現(xiàn)一個簡單的 pub/sub 服務(wù)。

Muduo 全系列文章列表： http://blog.csdn.net/Solstice/category/779646.aspx

本文介紹用 muduo 實現(xiàn)一個簡單的 topic-based 消息廣播服務(wù)，這其實是“聊天室”的一個簡單擴展，不過聊天的不是人，而是分布式系統(tǒng)中的程序。

本文的代碼見 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/hub

在分布式系統(tǒng)中，除了常用的 end-to-end 通信，還有一對多的廣播通信。一提到“廣播”，或許會讓人聯(lián)想到 IP 多播或 IP 組播，這不是本文的主題。本文將要談的是基于 TCP 協(xié)議的應(yīng)用層廣播。示意圖如下：

上圖中圓角矩形代表程序，"Hub"是一個服務(wù)程序，不是網(wǎng)絡(luò)集線器，它起到類似集線器的作用，故而得名。Publisher 和 Subscriper 通過 TCP 協(xié)議與 Hub 程序通信。Publisher 把消息發(fā)到某個 topic 上，Subscribers 訂閱該 topic，然后就能收到消息。即 publisher 借助 hub 把消息廣播給了多個 subscribers。這種 pub/sub 結(jié)構(gòu)的好處在于可以增加多個 Subscriber 而不用修改 Publisher，一定程度上實現(xiàn)了“解耦”（也可以看成分布式的 observer pattern）。 由于走的是 TCP 協(xié)議，廣播是基本可靠的，這里的“可靠”指的是“比 UDP 可靠”，不是“完全可靠”。（思考：如何避免 Hub 成為 single point of failure？）

為了避免串擾（cross-talk），每個 topic 在同一時間只應(yīng)該有一個 publisher，hub 不提供 compare-and-swap 操作。

（“可靠廣播、原子廣播”在分布式系統(tǒng)中有重大意義，是以 replicated state machine 方式實現(xiàn)可靠的分布式服務(wù)的基礎(chǔ)，“可靠廣播”涉及 consensus 算法，超出了本文的范圍。）

應(yīng)用層廣播在分布式系統(tǒng)中用處很大，這里略舉幾例：

1. 體育比分轉(zhuǎn)播。有 8 片比賽場地正在進行羽毛球比賽，每個場地的計分程序把當前比分發(fā)送到各自的 topic 上（第 1 號場地發(fā)送到 court1，第 2 號發(fā)送到 court2，以此類推）。需要用到比分的程序（賽場的大屏幕顯示，網(wǎng)上比分轉(zhuǎn)播等等）自己訂閱感興趣的 topic ，就能及時收到最新比分數(shù)據(jù)。由于本文實現(xiàn)的不是 100% 可靠廣播，那么消息應(yīng)該是 snapshot，而不是 incremental。（換句話說，消息的內(nèi)容是“現(xiàn)在是幾比幾”，而不是“剛才誰得分”。）

2. 負載監(jiān)控。每臺機器上運行一個監(jiān)控程序，周期性地把本機當前負載（CPU、網(wǎng)絡(luò)、磁盤、溫度）publish 到以 hostname 命名的 topic 上，這樣需要用到這些數(shù)據(jù)的程序只要在 hub 訂閱相應(yīng)的 topic 就能獲得數(shù)據(jù)，無需與多臺機器直接打交道。（為了可靠起見，監(jiān)控程序發(fā)送的消息里邊應(yīng)該包含時間戳，這樣能防止 stale 數(shù)據(jù)，甚至一定程度上起到心跳的作用。）沿著這個思路，分布式系統(tǒng)中的服務(wù)程序也可以把自己的當前負載發(fā)布到 hub 上，供 load balancer 和 monitor 取用。

協(xié)議

為了簡單起見，muduo 的 hub 示例采用以 '\r\n' 分界的文本協(xié)議，這樣用 telnet 就能測試 hub。協(xié)議只有三個命令：

• sub <topic>\r\n
  • 該命令表示訂閱 <topic>，以后該 topic 有任何跟新都會發(fā)給這個 tcp 連接。在 sub 的時候，hub 會把該 <topic> 上最近的消息發(fā)給此 subscriber。
• unsub <topic>\r\n
  • 該命令表示退訂 <topic>
• pub <topic>\r\n<content>\r\n
  • 往 <topic> 發(fā)送消息，內(nèi)容為 <content>。所有訂閱了此 <topic> 的 subscribers 會收到同樣的消息“pub <topic>\r\n<content>\r\n”

代碼

muduo 示例中的 hub 分為幾個部分：

• hub 服務(wù)程序，負責一對多的消息分發(fā)。它會記住每個 client 訂閱了哪些 topic，只把消息發(fā)給特定的訂閱者。代碼見 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/hub/hub.cc
• pubsub 庫，為了方便編寫使用 hub 服務(wù)的應(yīng)用程序，我寫了一個簡單的 client library，用來和 hub 打交道。這個 library 可以訂閱 topic、退訂 topic、往指定 topic 發(fā)布消息。代碼見 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/hub/pubsub.h 和 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/hub/pubsub.cc
• sub 示例程序，這個命令行程序訂閱一個或多個 topic，然后等待 hub 的數(shù)據(jù)。代碼 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/hub/sub.cc
• pub 示例程序，這個命令行程序往某個 topic 發(fā)布一條消息，消息內(nèi)容由命令行參數(shù)指定。代碼 http://code.google.com/p/muduo/source/browse/trunk/examples/hub/pub.cc

一個程序可以既是 publisher 又是 subscriber，而且 pubsub 庫只用一個 tcp 連接（這樣 failover 比較簡便）。

使用范例：

1. 開啟 4 個命令行窗口
2. 在第一個窗口運行 $ hub 9999
3. 在第二個窗口運行 $ sub 127.0.0.1:9999 mytopic
4. 在第三個窗口運行 $ sub 127.0.0.1:9999 mytopic court
5. 在第四個窗口運行 $ pub 127.0.0.1:9999 mytopic "Hello world."  ，這時第二三號窗口都會打印 “mytopic: Hello world.”，表明收到了 mytopic 這個主題上的消息。
6. 在第四個窗口運行 $ pub 127.0.0.1:9999 court "13:11"  ，這時第三號窗口會打印 “court: 13:11”，表明收到了 court 這個主題上的消息。第二號窗口沒有訂閱此消息，故無輸出。

借助這個簡單的 pub/sub 機制，還可以做很多有意思的事情。比如把分布式系統(tǒng)中的程序的一部分 end-to-end 通信改為通過 pub/sub 來做（例如，原來是 A 向 B 發(fā)一個 SOAP request，B 通過同一個 tcp 連接發(fā)回 response (分析二者的通信只能通過查看 log 或用 tcpdump 截獲）；現(xiàn)在是 A 往 topic_a_to_b 上發(fā)布 request，B 在 topic_b_to_a 上發(fā) response），這樣多掛一個 monitoring subscriber 就能輕易地查看通信雙方的溝通情況，很容易做狀態(tài)監(jiān)控與 trouble shooting。

posted on 2011-05-25 23:21 陳碩 閱讀(2389) 評論(2)  編輯 收藏 引用 所屬分類: muduo