C++编程: 使用 Nanomsg 进行 PUB-SUB 模式基准测试

0. 引言

Nanomsg 作为一款高性能的通信库，支持多种消息传递模式，其中包括 PUB-SUB（发布-订阅）。
本篇文章将介绍如何使用 NanoMsg 库来实现一个简单的 PUB-SUB 模式的基准测试程序，该程序能够测量消息从发布到订阅的平均延迟。

1. Nanomsg简介

1.1 可扩展性协议类型

NanoMsg 提供了以下几种通信模式：

PAIR：简单的点对点通信。
BUS：多对多的通信。
REQREP：请求-响应模式，适合构建无状态的集群。
PUBSUB：发布-订阅模式，将消息分发给订阅者。
PIPELINE：汇聚来自多个源的消息，并在多个目标之间进行负载均衡。
SURVEY：允许一次性查询多个应用程序的状态。

1.2 支持的传输机制

NanoMsg 支持以下传输机制：

INPROC：进程内的传输（线程、模块等之间）。
IPC：同一台机器上的进程间传输。
TCP：通过 TCP 网络传输。

1.3 NanoMsg 架构与实现

NanoMsg 的代码架构清晰，主要分为以下几个模块：

nn.h：对外暴露的 API 接口。
transport.h：通信层定义，允许用户实现扩展。
protocol.h：协议层定义，用户可以根据需要实现扩展。
utils：实用工具包，包括基本的数据结构、互斥锁和原子操作等。
transports：通信层实现，包括 inproc、ipc 和 tcp 通信。
protocols：协议层实现，包括 REQREP、PUBSUB 等。
core：通用代码。
aio：线程池模拟的异步操作，带有状态机的事件驱动模型。

2. PUB-SUB 模式基准测试

为了进一步展示 Nanomsg 在实际应用中的效果，这里提供了一个简单的 PUB-SUB 模式的基准测试程序。该程序可以测量消息从发布到订阅的平均延迟。

// pub_sub_benchmark.cpp
#include <nanomsg/nn.h>
#include <nanomsg/pubsub.h>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <vector>
#include <numeric>

using namespace std::chrono;

const char* URL = "ipc:///tmp/pubsub.ipc";
const int NUM_MESSAGES = 10000;
const int MESSAGE_SIZE = 128;

void publisher() {
    int sock = nn_socket(AF_SP, NN_PUB);
    nn_bind(sock, URL);
    char message[MESSAGE_SIZE] = "Benchmark message";

    std::this_thread::sleep_for(seconds(1)); // Wait for subscribers to connect

    for (int i = 0; i < NUM_MESSAGES; ++i) {
        int bytes = nn_send(sock, message, MESSAGE_SIZE, 0);
        if (bytes < 0) {
            std::cerr << "Error sending message: " << nn_strerror(nn_errno()) << std::endl;
            return;
        }
        std::this_thread::sleep_for(microseconds(100)); // Throttle messages
    }

    nn_close(sock);
}

void subscriber(std::vector<duration<double, std::micro>>& latencies) {
    int sock = nn_socket(AF_SP, NN_SUB);
    nn_connect(sock, URL);
    nn_setsockopt(sock, NN_SUB, NN_SUB_SUBSCRIBE, "", 0);

    char* buf = nullptr;
    for (int i = 0; i < NUM_MESSAGES; ++i) {
        auto start = high_resolution_clock::now();
        int bytes = nn_recv(sock, &buf, NN_MSG, 0);
        auto end = high_resolution_clock::now();

        if (bytes < 0) {
            std::cerr << "Error receiving message: " << nn_strerror(nn_errno()) << std::endl;
            nn_freemsg(buf);
            return;
        }

        latencies.push_back(end - start);
        nn_freemsg(buf);
    }

    nn_close(sock);
}

int main() {
    std::vector<duration<double, std::micro>> latencies;

    std::thread pub_thread(publisher);
    std::thread sub_thread(subscriber, std::ref(latencies));

    pub_thread.join();
    sub_thread.join();

    if (!latencies.empty()) {
        double total_latency = std::accumulate(latencies.begin(), latencies.end(), 0.0,
                                               [](double sum, const duration<double, std::micro>& d) { return sum + d.count(); });
        double avg_latency = total_latency / latencies.size();
        std::cout << "Average latency: " << avg_latency << " microseconds" << std::endl;
    }

    return 0;
}

执行结果：
本文测试机的硬件信息请查看 python或者shell获取系统信息
在这里插入图片描述
平均延迟是7.8ms