nanomsg / NNG 消息库完全教程 / 第 1 章：nanomsg / NNG 概述

1.1 什么是 nanomsg

nanomsg 是一个用 C 语言编写的轻量级消息传递库，由 ZeroMQ 的联合创始人 Martin Sústrik 于 2012 年发起。它的目标是提供一套简洁、可嵌入的 socket 库，用于解决分布式系统中的进程间和网络间通信问题。

1.1.1 设计哲学

nanomsg 的设计遵循以下原则：

1.1.2 历史背景

nanomsg 的诞生源于 ZeroMQ 在发展过程中遇到的一些问题：

• ZeroMQ 的代码库逐渐庞大，维护困难
• 许可证争议（从 LGPL 改为 MPL，再改为 LGPL）
• 社区分裂（衍生出 Crossroads I/O 等项目）

Martin Sústrik 决定从零开始，用更简洁的方式重新实现消息传递库的核心功能。

1.2 什么是 NNG

NNG（nanomsg-next-generation）是 nanomsg 的继任者，由 Garrett D’Amore 于 2017 年开始开发。它在保持 nanomsg API 兼容的基础上，进行了全面的现代化改造。

1.2.1 NNG 的改进

建议：新项目应优先选择 NNG。nanomsg 仅适用于已有项目的维护场景。

1.2.2 NNG 的架构

┌─────────────────────────────────────┐
│           应用层 (Application)       │
├─────────────────────────────────────┤
│      可扩展性协议 (SP Protocols)      │
│   PAIR / PUB / SUB / REQ / REP ... │
├─────────────────────────────────────┤
│         传输层 (Transport)           │
│    TCP / IPC / inproc / WS / TLS   │
├─────────────────────────────────────┤
│        平台抽象层 (Platform)         │
│    Linux / macOS / Windows / POSIX  │
└─────────────────────────────────────┘

1.3 nanomsg / NNG vs ZeroMQ

选择消息传递库时，最常见的对比对象是 ZeroMQ (0MQ)。以下是三者的详细对比：

1.3.1 核心对比

1.3.2 何时选择 nanomsg / NNG

选择 nanomsg / NNG 的场景：

• 需要极小的内存和二进制体积（嵌入式设备）
• 项目许可证要求严格（MIT 许可证更宽松）
• 需要原生 TLS / WebSocket 支持
• 追求简洁的 API，降低学习成本

选择 ZeroMQ 的场景：

• 团队已有 ZeroMQ 使用经验
• 需要更丰富的语言绑定生态
• 需要更高成熟度和社区支持

1.3.3 API 风格对比

ZeroMQ：

void *ctx = zmq_ctx_new();
void *sock = zmq_socket(ctx, ZMQ_PAIR);
zmq_bind(sock, "tcp://*:5555");
zmq_send(sock, "hello", 5, 0);
zmq_close(sock);
zmq_ctx_destroy(ctx);

nanomsg：

int sock = nn_socket(AF_SP, NN_PAIR);
nn_bind(sock, "tcp://*:5555");
nn_send(sock, "hello", 5, 0);
nn_close(sock);

NNG：

nng_socket sock;
nng_pair_open(&sock);
nng_listen(sock, "tcp://*:5555", NULL, 0);
nng_send(sock, "hello", 5, 0);
nng_close(sock);

可以看到，三者的 API 风格非常相似，迁移成本较低。

1.4 可扩展性协议（Scalability Protocols）

nanomsg / NNG 的核心价值在于内置的可扩展性协议（Scalability Protocols，简称 SP）。这些协议解决了不同通信拓扑下的常见问题。

1.4.1 协议一览

1.4.2 协议分类

消息模式
├── 一对一 (1:1)
│   ├── PAIR —— 简单双向通信
│   └── REQ/REP —— 请求-应答
├── 一对多 (1:N)
│   ├── PUB/SUB —— 发布-订阅
│   ├── PUSH/PULL —— 任务分发
│   └── SURVEYOR/RESPONDENT —— 调查模式
└── 多对多 (N:N)
    └── BUS —— 总线广播

每种协议的详细用法将在 第 3 章：协议详解 中深入讲解。

1.5 传输层（Transports）

nanomsg / NNG 支持多种传输方式：

1.6 适用场景

1.6.1 最佳场景

1.6.2 不适合的场景

1.7 业务场景示例

场景 1：IoT 温度监控

┌──────────┐   PUSH   ┌──────────┐   PULL   ┌──────────┐
│ 温度传感器 ├─────────→│ 网关设备  ├─────────→│ 云端服务  │
│ (嵌入式)  │         │ (Edge)   │         │ (分析)   │
└──────────┘         └──────────┘         └──────────┘

• 传感器使用 PUSH 协议发送温度数据
• 云端使用 PULL 协议接收并处理

场景 2：微服务 RPC

┌──────────┐   REQ    ┌──────────┐   REP    ┌──────────┐
│ Web 前端  ├─────────→│ API 网关  ├─────────→│ 用户服务  │
└──────────┘         └──────────┘         └──────────┘

• 前端通过 REQ 协议发起请求
• 用户服务通过 REP 协议返回结果

场景 3：日志广播

              PUB
┌──────────┐  ──→  ┌──────────┐
│ 应用服务  │       │ 日志收集器│
└────┬─────┘       └──────────┘
     │ PUB
     └───→ ┌──────────┐
           │ 告警服务  │
           └──────────┘

• 应用服务通过 PUB 协议广播日志
• 多个消费者通过 SUB 协议订阅感兴趣的日志

1.8 快速体验

下面是一个最简单的 “Hello World” 示例，使用 NNG 的 REQ/REP 模式：

server.c（应答端）：

#include <nng/nng.h>
#include <nng/protocol/reqrep0/rep.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    nng_socket sock;
    int rv;

    if ((rv = nng_rep_open(&sock)) != 0) {
        fprintf(stderr, "nng_rep_open: %s\n", nng_strerror(rv));
        return 1;
    }

    if ((rv = nng_listen(sock, "tcp://*:5555", NULL, 0)) != 0) {
        fprintf(stderr, "nng_listen: %s\n", nng_strerror(rv));
        return 1;
    }

    printf("Server listening on tcp://*:5555\n");

    for (;;) {
        char *buf = NULL;
        size_t sz;
        if ((rv = nng_recv(sock, &buf, &sz, NNG_FLAG_ALLOC)) != 0) {
            fprintf(stderr, "nng_recv: %s\n", nng_strerror(rv));
            break;
        }
        printf("Received: %.*s\n", (int)sz, buf);
        nng_free(buf, sz);

        const char *reply = "OK";
        if ((rv = nng_send(sock, (void *)reply, strlen(reply), 0)) != 0) {
            fprintf(stderr, "nng_send: %s\n", nng_strerror(rv));
            break;
        }
    }

    nng_close(sock);
    return 0;
}

client.c（请求端）：

#include <nng/nng.h>
#include <nng/protocol/reqrep0/req.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    nng_socket sock;
    int rv;

    if ((rv = nng_req_open(&sock)) != 0) {
        fprintf(stderr, "nng_req_open: %s\n", nng_strerror(rv));
        return 1;
    }

    if ((rv = nng_dial(sock, "tcp://localhost:5555", NULL, 0)) != 0) {
        fprintf(stderr, "nng_dial: %s\n", nng_strerror(rv));
        return 1;
    }

    const char *msg = "Hello, NNG!";
    if ((rv = nng_send(sock, (void *)msg, strlen(msg), 0)) != 0) {
        fprintf(stderr, "nng_send: %s\n", nng_strerror(rv));
        return 1;
    }

    char *buf = NULL;
    size_t sz;
    if ((rv = nng_recv(sock, &buf, &sz, NNG_FLAG_ALLOC)) != 0) {
        fprintf(stderr, "nng_recv: %s\n", nng_strerror(rv));
        return 1;
    }
    printf("Reply: %.*s\n", (int)sz, buf);
    nng_free(buf, sz);

    nng_close(sock);
    return 0;
}

编译与运行：

# 编译（需要已安装 NNG）
cc server.c -lnng -o server
cc client.c -lnng -o client

# 终端 1：启动服务端
./server

# 终端 2：启动客户端
./client
# 输出: Reply: OK

1.9 注意事项

nanomsg vs NNG 的选择：nanomsg 已基本停止维护（最后活跃于 2020 年），NNG 是其官方继任者。新项目请直接使用 NNG。

线程安全：nanomsg 的 socket 不是线程安全的，每个线程应使用独立的 socket。NNG 的 socket 本身是线程安全的，但建议使用 Context 实现更好的并发控制。

许可证：nanomsg 和 NNG 均使用 MIT 许可证，可自由用于商业项目。

1.10 扩展阅读

• NNG 官方文档
• nanomsg 官方网站
• Scalability Protocols 白皮书
• ZeroMQ 官方指南
• Martin Sústrik 博客：Why nanomsg

下一章：第 2 章：安装与环境搭建