Go 每日一库之 message-bus

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2020年4月13日18:57:19 评论 233

 在一个涉及多模块交互的系统中,如果模块的交互需要手动去调用对方的方法,那么代码的耦合度就太高了。所以产生了异步消息通信。实际上,各种各样的消息队列都是基于异步消息的。不过它们大部分都有着非常复杂的设计,很多被设计成一个独立的软件来使用。今天我们介绍一个非常小巧的异步消息通信库[message-bus](https://github.com/vardius/message-bus),它只能在一个进程中使用。源代码只有一个文件,我们也简单看一下实现。

快速使用

安装:

$ go get github.com/vardius/message-bus

使用:

package main

import (
"fmt"
"sync"

messagebus "github.com/vardius/message-bus"
)

func main() {
queueSize := 100
bus := messagebus.New(queueSize)

var wg sync.WaitGroup
wg.Add(2)

_ = bus.Subscribe("topic", func(v bool) {
defer wg.Done()
fmt.Println(v)
})

_ = bus.Subscribe("topic", func(v bool) {
defer wg.Done()
fmt.Println(v)
})

bus.Publish("topic", true)
wg.Wait()
}

这是官网提供的例子,message-bus承担了模块间消息分发的角色。模块 A 和 模块 B 先向message-bus订阅主题(topic),即告诉message-bus对什么样的消息感兴趣。其他模块 C 产生某个主题的消息,通知message-bus,由message-bus分发到对此感兴趣的模块。这样就实现了模块之间的解耦,模块 A、B 和 C 之间不需要知道彼此。

上面的例子中:

  • 首先,调用messagebuss.New()创建一个消息管理器;
  • 其次调用Subscribe()方法向管理器订阅主题;
  • 调用Publish()向管理器发布主题消息,这样订阅该主题的模块就会收到通知。

更复杂的例子

其实很多人会对何时使用这个库产生疑问,message-bus GitHub 仓库中 issue 中至今还躺着这个问题,https://github.com/vardius/message-bus/issues/4。我是做游戏后端开发的,在一个游戏中会涉及各种各样的功能模块,它们需要了解其他模块产生的事件。例如每日任务有玩家升多少级的任务、成就系统有等级的成就、其他系统还可能根据玩家等级执行其他操作...如果硬写的话,最后可能是这样:

func (p *Player) LevelUp() {
// ...
p.DailyMission.OnPlayerLevelUp(oldLevel, newLevel)
p.Achievement.OnPlayerLevelUp(oldLevel, newLevel)
p.OtherSystem.OnPlayerLevelUp(oldLevel, newLevel)
}

需求一直在新增和迭代,如果新增一个模块,也需要在玩家升级时进行一些处理,除了实现模块自身的OnPlayerLevelUp方法,还必须在玩家的LevelUp()方法调用。这样玩家模块必须清楚地知道其他模块的情况。如果功能模块再多一点,而且由不同的人开发的,那么情况会更复杂。使用异步消息可有效解决这个问题:在升级时我们只需要向消息管理器发布这个升级“消息”,由消息管理器通知订阅该消息的模块。

我们设计的目录结构如下:

game
├── achievement.go
├── daily_mission.go
├── main.go
├── manager.go
└── player.go

其中manager.go负责message-bus的创建:

package main

import (
messagebus "github.com/vardius/message-bus"
)

var bus = messagebus.New(10)

player.go对应玩家结构(为了简便起见,很多字段省略了):

package main

type Player struct {
level uint32
}

func NewPlayer() *Player {
return &Player{}
}

func (p *Player) LevelUp() {
oldLevel := p.level
newLevel := p.level+1
p.level++

bus.Publish("UserLevelUp", oldLevel, newLevel)
}

achievement.go和daily_mission.go分别是成就和每日任务(也是省略了很多无关细节):

// achievement.go
package main

import "fmt"

type Achievement struct {
// ...
}

func NewAchievement() *Achievement {
a := &Achievement{}
bus.Subscribe("UserLevelUp", a.OnUserLevelUp)
return a
}

func (a *Achievement) OnUserLevelUp(oldLevel, newLevel uint32) {
fmt.Printf("daily mission old level:%d new level:%dn", oldLevel, newLevel)
}

// daily_mission.go
package main

import "fmt"

type DailyMission struct {
// ...
}

func NewDailyMission() *DailyMission {
d := &DailyMission{}
bus.Subscribe("UserLevelUp", d.OnUserLevelUp)
return d
}

func (d *DailyMission) OnUserLevelUp(oldLevel, newLevel uint32) {
fmt.Printf("daily mission old level:%d new level:%dn", oldLevel, newLevel)
}

在创建这两个功能的对象时,我们订阅了UserLevelUp主题。玩家在升级时会发布这个主题。

最后main.go驱动整个程序:

package main

import "time"

func main() {
p := NewPlayer()
NewDailyMission()
NewAchievement()

p.LevelUp()
p.LevelUp()
p.LevelUp()

time.Sleep(1000)
}

注意,由于message-bus是异步通信,为了能看到结果我特意加了time.Sleep,实际开发中不太可能使用Sleep。

最后我们运行整个程序:

$ go run .

因为要运行的是一个多文件程序,不能使用go run main.go!

实际上,当年我因为苦于模块之间调来调去太麻烦了,自己用 C++ 撸了一个event-manager,https://github.com/darjun/event-manager。思路是一样的。

缺点

message-bus订阅主题时传入一个函数,函数的参数可任意设置,发布时必须使用相同数量的参数,这个限制感觉有点勉强。如果我们传入的参数个数不一致,程序就panic了。我认为可以只用一个参数interface{},传入对象即可。例如,上面的升级事件可以使用EventUserLevelUp的对象:

type EventUserLevelUp struct {
oldLevel uint32
newLevel uint32
}

对应地修改一下Player的LevelUp方法:

func (p *Player) LevelUp() {
event := &EventUserLevelUp {
oldLevel: p.level,
newLevel: p.level+1,
}
p.level++

bus.Publish("UserLevelUp", event)
}

和处理方法:

func (d *DailyMission) OnUserLevelUp(arg interface{}) {
event := arg.(*EventUserLevelUp)
fmt.Printf("daily mission old level:%d new level:%dn", event.oldLevel, event.newLevel)
}

这样一来,我们似乎用不上反射了,订阅者都是func (interface{})类型的函数或方法。感兴趣的可自己实现一下,我 fork 了message-bus,做了这个修改。改动在这里:https://github.com/darjun/message-bus,message-bus有测试和性能用例,改完跑一下 。

源码分析

message-bus的源码只有一个文件,加上注释还不到 130 行,我们简单来看一下。

MessageBus就是一个简单的接口:

type MessageBus interface {
Publish(topic string, args ...interface{})
Close(topic string)
Subscribe(topic string, fn interface{}) error
Unsubscribe(topic string, fn interface{}) error
}

Publish和Subscribe都讲过了,Unsubscribe表示对某个主题不感兴趣了,取消订阅,Close直接关闭某个主题的队列,删除所有订阅者。

在message-bus内部,每个主题对应一组订阅者。每个订阅者使用handler结构存储回调和参数通道:

type handler struct {
callback reflect.Value
queue chan []reflect.Value
}

所有订阅者都存储在一个 map 中:

type handlersMap map[string][]*handler

type messageBus struct {
handlerQueueSize int
mtx sync.RWMutex
handlers handlersMap
}

messageBus是MessageBus接口的实现。我们来看看各个方法是如何实现的。

func (b *messageBus) Subscribe(topic string, fn interface{}) error {
h := &handler{
callback: reflect.ValueOf(fn),
queue: make(chan []reflect.Value, b.handlerQueueSize),
}

go func() {
for args := range h.queue {
h.callback.Call(args)
}
}()

b.handlers[topic] = append(b.handlers[topic], h)
return nil
}

调用Subscribe时传入一个函数,message-bus为每个订阅者创建一个handler对象,在该对象中创建一个带缓冲的参数通道,缓冲大小由message-bus创建时的参数指定。同时启动一个goroutine,监听通道,每当有参数到来时就执行注册的回调。

func (b *messageBus) Publish(topic string, args ...interface{}) {
rArgs := buildHandlerArgs(args)
if hs, ok := b.handlers[topic]; ok {
for _, h := range hs {
h.queue <- rArgs
}
}
}

Publish发布主题,buildHandlerArgs将传入的参数转为[]reflect.Value,以便反射调用回调时传入。发送参数到该主题下所有handler的通道中。由Subscribe时创建的goroutine读取并触发回调。

func (b *messageBus) Unsubscribe(topic string, fn interface{}) error {
rv := reflect.ValueOf(fn)

if _, ok := b.handlers[topic]; ok {
for i, h := range b.handlers[topic] {
if h.callback == rv {
close(h.queue)

b.handlers[topic] = append(b.handlers[topic][:i], b.handlers[topic][i+1:]...)
}
}

return nil
}

return fmt.Errorf("topic %s doesn't exist", topic)
}

Unsubscribe将某个订阅者从message-bus中移除,移除时需要关闭通道,否则会造成订阅者的 goroutine 泄露。

func (b *messageBus) Close(topic string) {
if _, ok := b.handlers[topic]; ok {
for _, h := range b.handlers[topic] {
close(h.queue)
}

delete(b.handlers, topic)

return
}
}

Close关闭某主题下所有的订阅者参数通道,并删除该主题。

注意,为了保证并发安全,每个方法都加了锁,分析实现时先忽略锁和错误处理。

总结

message-bus是一个小巧的异步通信库,实际使用可能不多,但却是学习源码的好资源。

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