Linux下消息队列和socket绝对速度比拼[转].docx

在当今的网络时代，我们常常见到的进程间通信方式都是socket，比如Java的EJB调用，Java和C通信，Web Service服务等。socket是最常用的通讯技术，几乎所有的系统、语言都支持，socket也是面向网络的，通信的两方可以跨越IP网络进行传输。
在本地通信中(同一台机器上的进程间通讯)，socket的网络特性却成了累赘，组装解析网络报头、报文确认、CRC校验等都是针对网络的，本地通信没有必要，反而会影响传输效率。本地通信的一些传统技术，如管道、FIFO、消息队列等，没有网络功能的负担，传输速度应该高于socket，那到底高多少以至于值得在应用中替换socket技术呢，今天就来一场小测试，就System V消息队列和socket之间，做一次全面的速度比拼。
比拼场地
本人的笔记本：赛扬1.5G 内存1.5G
系统：Ubuntu8.04 Desktop (Linux 2.6.24-24-generic)
JDK：1.6
第一回合： Java测试
先说明一下，Java并不支持System V消息队列，因此特为Java提供了JNI接口，我们使用lajp_9.09提供C源码编译的so动态连接库，lajp的下载地址和文档：
首先上场的是System V消息队列。
发送端程序：
package test;

import lajp.MsgQ;

public class TestSend
{
    /** 消息队列KEY */
    static final int IPC_KEY = 0×20021230;

    static
    {
       //JNI
       System.loadLibrary("lajpmsgq");
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        //创建或获得现有的消息队列
        int msqid = MsgQ.msgget(IPC_KEY);
        //发送字节数组
        byte[] msg = new byte[1024];

        for (int i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
        {
            //每次发送1204字节到消息队列，9527是消息类型
            MsgQ.msgsnd(msqid, 9527, msg, msg.length);
        }

        System.out.println("发送结束.");
    }
}
接收端程序：
package test;

import lajp.MsgQ;

public class TestRcv
{
    /** 消息队列KEY */
    static final int IPC_KEY = 0×20021230;

    static
    {
        //JNI
        System.loadLibrary("lajpmsgq");
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        //创建或获得现有的消息队列
        int msqid = MsgQ.msgget(IPC_KEY);
        //接收缓冲区
        byte[] msg = new byte[1024];

        long start = System.currentTimeMillis(); //开始时间

        for (int i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
        {
            //每次从消息队列中接收消息类型为9527的消息，接收1204字节
            MsgQ.msgrcv(msqid, msg, msg.length, 9527);
        }

        long end = System.currentTimeMillis(); //结束时间
        System.out.println("用时:" + (end – start) + "毫秒");
    }
}
程序很简单，需要说明的是三个JNI方法调用：
msgget()方法: System V消息队列的技术要求，含义是通过一个指定的KEY获得消息队列标识符。
msgsnd()方法: 发送。
msgrcv()方法: 接收。
发送方进行了(1024 * 5000)次发送，每次发送1024字节数据，接收方进行了(1024 * 5000)次接收，每次接收1024字节，共计发送接收5G数据。测试时先启动TestSend程序，再启动TestRcv程序，共进行5轮次测试，测试结果如下：
用时:29846毫秒
用时:29591毫秒
用时:29935毫秒
用时:29730毫秒
用时:29468毫秒
平均速度：29714毫秒
用top命令监控测试期间的CPU、内存的使用：

接下来上场的是socket。
发送端程序：
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import .Socket;

public class SocketSend
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        //Socket
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9527);
        //输出流
        OutputStream out = socket.getOutputStream();
        //发送字节数组
        byte[] msg = new byte[1024];

        long start = System.currentTimeMillis(); //开始时间

        for (int i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
        {
            //发送
            out.write(msg);
        }

        long end = System.currentTimeMillis(); //结束时间
        System.out.println("用时:" + (end – start) + "毫秒");
    }
}
接收端程序：
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import .ServerSocket;
import .Socket;

public class SocketRecv
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        //侦听9527端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9527);
        //Socket
        Socket socket = serverSocket.accept();
        //输入流
        InputStream in = socket.getInputStream();
        //接收缓冲区
        byte[] msg = new byte[1024];

        for (int i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
        {
            //每次接收1204字节
            in.read(msg);
        }

        System.out.println("接受结束.");
    }
}  
程序同样很简单，同样发送接收了(1024 * 5000)次，同样5G数据，socket程序必须先启动服务方SocketRecv，然后启动客户方SocketSend，共进行5轮次测试，测试结果如下：
用时:33951毫秒
用时:33448毫秒
用时:33987毫秒
用时:34638毫秒
用时:33957毫秒
平均速度：33996.2毫秒
用top命令监控测试期间的CPU、内存的使用：

测试结果让人对消息队列有点失望，性能优势微弱大约只领先了13%，且程序复杂性要大的多(使用了JNI)。不过重新审视测试过程有一个疑问：消息队列程序调用了自定义的JNI接口，而socket是Java内嵌的功能，是否JVM对 socket有特殊的优化呢？
怀着这个疑问，进行第二场纯C程序的测试。
第二回合： C程序测试
首先上场的还是System V消息队列。
发送端程序：
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>

#define IPC_KEY 0×20021230  /* 消息队列KEY */

/*消息结构*/
struct message
{
    long msg_type;            /* 消息标识符 */
    char msg_text[1024];    /* 消息内容 */
};

int main()
{
    /* 创建或获得现有的消息队列 */
    int msqid = msgget(IPC_KEY, IPC_CREAT | 0666);
    /* 消息结构 */
    struct message msgq;
    msgq.msg_type = 9527; /* 消息类型 */

    int i;
    for (i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
    {  
        /* 接收 */
        msgsnd(msqid, &msgq, 1024, 0);
    }

    printf("msgq发送结束，共发送%d次n", i);
    return 0;
}
接收端程序：
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <stdio.h>

#define IPC_KEY 0×20021230  /* 消息队列KEY */

/*消息结构*/
struct message
{
    long msg_type;            /* 消息标识符 */
    char msg_text[1024];    /* 消息内容 */
};

int main()
{
    /* 创建或获得现有的消息队列 */
    int msqid = msgget(IPC_KEY, IPC_CREAT | 0666);
    /* 消息结构 */
    struct message msgq;

    int i;
    for (i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
    {  
        /* 接收 */
        msgrcv(msqid, &msgq, 1024, 9527, 0);
    }

    printf("msgq接收结束，共接收%d次n", i);
    return 0;
}
和第一场一样，发送接收了(1024 * 5000)次，同样5G数据，先启动接收端程序msgrecv，然后以$time msgsend方式启动客户端程序，共进行5轮次测试，time的测试结果如下：
用户 系统 时钟
第一次： 0.992s 7.084s 18.202s
第二次： 0.888s 7.280s 18.815s
第三次： 1.060s 7.656s 19.476s
第四次： 1.048s 7.124s 20.293s
第五次： 1.008s 7.160s 18.655s
用top命令监控测试期间的CPU、内存的使用：

接下来上场的是socket。
发送端程序：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>

char msg[1024]; /* 发送消息 */

int main()
{
    char *ip = "127.0.0.1";     /* 发送地址 */
    int port = 9527;             /* 发送端口 */

    struct hostent *server_host = gethostbyname(ip);

    /* 客户端填充 sockaddr 结构 */
    struct sockaddr_in client_addr;             /* 客户端地址结构 */
    bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
    client_addr.sin_family = AF_INET;             /* AF_INET:IPV4协议 */
    client_addr.sin_addr.s_addr = ((struct in_addr *)(server_host->h_addr))->s_addr; /* 服务端地址 */
    client_addr.sin_port = htons(port);         /* 端口 */

    /* 建立socket */
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    /* 连接 */
    connect(sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), sizeof(client_addr));

    int i;
    for (i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
    {  
        /* 发送 */
        send(sockfd, msg, 1024, 0);
    }

    printf("发送结束，共发送%d次n", i);  
    return 0;
}
接收端程序：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>

char msg[1024]; /* 接收缓冲区 */

int main()
{
    int listen_port = 9527;                         /* 侦听端口 */  
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); /* 建立侦听socket */

    /* 服务端填充 sockaddr 结构 */
    struct sockaddr_in server_addr;                     /* 服务端地址结构 */
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;                     /* AF_INET:IPV4协议 */
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);     /* INADDR_ANY:通配地址，表示内核选择IP地址 */
    server_addr.sin_port = htons(listen_port);             /* 端口 */

    /* 绑定端口 */
    bind(listenfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(server_addr));
    /* 侦听 */
    listen(listenfd, 5);
    int sockfd = accept(listenfd, NULL, NULL);

    int i;
    for (i = 0; i < 1024 * 5000; i++)
    {  
        /* 接收 */
        recv(sockfd, msg, 1024, 0);
    }

    printf("接收结束，共接收%d次n", i);  
    return 0;
}
C语言中，socket程序复杂了不少。测试标准和Java相同，发送接收了(1024 * 5000)次，5G数据，先启动接收端程序，然后以time方式启动发送端，测试结果如下：
用户 系统 时钟
第一次： 0.524s 9.765s 20.666s
第二次： 0.492s 9.825s 20.530s
第三次： 0.468s 9.493s 21.831s
第四次： 0.512s 9.205s 20.059s
第五次： 0.440s 9.605s 21.888s
用top命令监控测试期间的CPU、内存的使用：

C语言的socket程序系统用时多一些，消息队列程序用户用时多一些，这和他们的实现方式相关，从时钟比较看，消息队列比socket快10%左右，和Java测试结果相似。比较Java和C，C只领先了三分之一，看来当前的Java效率已经相当高了。
还不能忙于下结论，socket的通信方式一般有两种：长连接和短连接。长连接指发送端和接收端建立连接后，可以保持socket通道进行多次消息传输，在这种场景基本不用计算socket建立和关闭的时间，前面的测试都是基于长连接方式；短连接一般在建立socket通道后，只进行一次通信，然后就关闭 socket通道，这种场景必须考虑socket建立和关闭的时间（socket建立连接需要三次握手，关闭连接要四次通信）。
第三回合： Java测试(短连接)
将第一回合中的Java程序稍作修改，先看socket的：
发送端程序：
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import .Socket;

public class SocketSend2
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        long start = System.currentTimeMillis(); //开始时间
        //发送字节数组
        byte[] msg = new byte[1024];

        for (int i = 0; i < 1024 * 1000; i++)
        {
            //建立Socket连接
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9527);
            //输出流
            OutputStream out = socket.getOutputStream();
            //发送
            out.write(msg);  

            //关闭输出流
            out.close();
            //关闭socket连接
            socket.close();
        }

        long end = System.currentTimeMillis(); //结束时间
        System.out.println("用时:" + (end – start) + "毫秒");
    }
}
建立socket的语句放在了循环内部，这样每次发送都是新建的连接，025行的关闭语句是必须的，因为socket是系统的有限资源，支持不了这么大规模的申请。
接收端程序：
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import .ServerSocket;
import .Socket;

public class SocketRecv2
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        //侦听9527端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(9527);  
        //接收缓冲区
        byte[] msg = new byte[1024];      

        for (int i = 0; i < 1024 * 1000; i++)
        {
            //接到客户端Socket连接请求
            Socket socket = serverSocket.accept();
            //输入流
            InputStream in = socket.getInputStream();
            //每次接收1204字节
            in.read(msg);

            //关闭输入流
            in.close();
            //关闭socket连接
            socket.close();
        }

        System.out.println("接受结束.");
    }
}
接收端也做了相应的改动，发送和接收次数降低到(1024 * 1000)次，测试结果：431280毫秒，不要吃惊，没错是431.280秒，这也是书本上为什么总在强调使用数据库连接池的原因。
消息队列没有像socket那样的连接概念，为了做个参考，将第一回合中的消息队列程序也修改一下：
发送端程序：
package test;

import lajp.MsgQ;

public class TestSend2
{
    /** 消息队列KEY */
    static final int IPC_KEY = 0×20021230;

    static
    {
        //JNI
        System.loadLibrary("lajpmsgq");
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        //发送字节数组
        byte[] msg = new byte[1024];

        for (int i = 0; i < 1024 * 1000; i++)
        {
            //创建或获得现有的消息队列
            int msqid = MsgQ.msgget(IPC_KEY);

            //每次发送1204字节
            MsgQ.msgsnd(msqid, 9527, msg, msg.length);
        }

        System.out.println("发送结束.");
    }
}
将024行的msgget()方法放在循环内部，作为和socket比较的“连接”。
接收段程序：
package test;

import lajp.MsgQ;

public class TestRcv2
{
    /** 消息队列KEY */
    static final int IPC_KEY = 0×20021230;

    static
    {
        //JNI
        System.loadLibrary("lajpmsgq");
    }

    public static void main(String[] args)
    {
        long start = System.currentTimeMillis(); //开始时间
        //接收缓冲区
        byte[] msg = new byte[1024];

        for (int i = 0; i < 1024 * 1000; i++)
        {
            //创建或获得现有的消息队列
            int msqid = MsgQ.msgget(IPC_KEY);

            //每次接收1204字节
            MsgQ.msgrcv(msqid, msg, msg.length, 9527);
        }

        long end = System.currentTimeMillis(); //结束时间
        System.out.println("用时:" + (end – start) + "毫秒");
    }
}
测试结果：6617毫秒。
总结：
在能够使用socket长连接的应用中，建议使用socket技术，毕竟很通用熟悉的人也多，而消息队列能够提高的效率有限；在只能使用socket短连接的应用中，特别是并发量大的场景，强烈建议使用消息队列，因为能够极大的提高通信速率。