計測データをサーバーにアップロードする機能を実現する計測機器改造技術
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- 2018-07-26 15:52:132504ブラウズ
C# を使用して機器の機器を変更するにはどうすればよいですか?機器制御プログラムはC#で開発されているため、クライアントはC#が最適ですが、トラフィックの節約（トラフィックに応じてサーバーに課金される）を考慮すると、ファイルは圧縮する必要があり、ファイル圧縮機能はC#で実装する必要があります。サーバーは、アップロード用の RESTful API を構築するために Java を選択します。
1. プロジェクトの要件と分析
リーダーの要件に従って、機器を改造し、いくつかの機能を追加し、測定データをサーバーにアップロードする必要があります。本器の測定周期は約 20 秒であり、現時点ではデータ量は多くなく、1 回の測定あたり約 2M 未満で、すべて浮動小数点データと整数データです。
当初はTCPロング接続を使いたかったのですが、現場の環境を考慮して。一般的な製造現場では、電磁環境が複雑でネットワーク信号が不安定であるため、TCP 長時間接続の実装は考慮されていません。短い接続も考慮されておらず、将来的に機器の数が増えた場合、頻繁に接続を確立するコストも非常に高くなり、サーバーが耐えられなくなる可能性があります (Alibaba Cloud の乞食バージョン)。そこで、送信にはrestfulを使用することにしました。http通信はマルチスレッドでスケジュールできます。
機器制御プログラムは C# で開発されているため、クライアントは C# に最適です。非常に便利な SpringBoot をサーバー側で使用したいと考えています。
新しいアップロード機能が以前の測定ビートに影響を与えることができないことを考慮すると、これを実装するにはマルチスレッドが必要です。残念ながら、私は怠け者でスレッド調整の問題を考慮したくないため、最終的にメッセージ キューの実装を選択しました。
トラフィックの節約を考慮すると (サーバーはトラフィックに基づいて課金されます)、ファイルは圧縮する必要があり、ファイル圧縮機能は C# で実装する必要があります。
測定ファイルからデータを読み取り、パラメータをデータベースに保存し、元の測定データをファイル サーバーにパッケージ化します。
2. 全体的なアーキテクチャと技術的ソリューション
最後の技術的解決策は、クライアントとして C# を使用し、Java を使用してサーバー側の RESTful API を構築することです。アップロード
全体的なアーキテクチャは次のとおりです: 
使用されるテクノロジは次のとおりです:
C# の Restfulクライアント: RestSharp
java の Restful サーバー: springboot
C# 側のメッセージ キュー: NetMQ
C#側zip操作部品：DotNetZip
Java側zip操作部品：Apache Commons Compress
3.Server
サーバーは Springboot RESTful、非常にシンプルな POST メソッドを使用します。
クライアントの ResrSharp はこの方法でのみファイルを転送できるため、ファイルの転送には MultipartFile メソッドが使用されます
@RestController
@RequestMapping(value = "upload")
public class FileRestController {
Logger logger = LogManager.getLogger(FileRestController.class);
@RequestMapping(value = "file", method = RequestMethod.POST)
public
@ResponseBody
RestResult getZipFile(@RequestParam("file") MultipartFile file) throws IOException, URISyntaxException {
RestResult result = new RestResult();
if (!file.getName().isEmpty()) {
InputStream stream = file.getInputStream();
// String directory = FileRestController.class.getProtectionDomain().getCodeSource().getLocation().toURI().getPath();
String directory = "/usr/local/haliang/files/";
try {
directory = URLDecoder.decode(directory, "utf-8");
} catch (java.io.UnsupportedEncodingException e) {
return null;
}
FileOutputStream fs = new FileOutputStream(directory + file.getOriginalFilename());
logger.info("文件所在的目录: " + directory + "/files/" + file.getOriginalFilename());
byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];
int bytesum = 0;
int byteread = 0;
while ((byteread = stream.read(buffer)) != -1) {
bytesum += byteread;
fs.write(buffer, 0, byteread);
fs.flush();
}
fs.close();
stream.close();
logger.info("成功接收文件: " + directory + file.getOriginalFilename());
}
return result;
}
}4. Client
クライアントのアーキテクチャは次のとおりです。 
1 zeromq の概要
NetMQ は、ZeroMQ の C# 移植版です。
1.1: zeromqとは
NetMQ (ZeroMQ to .Net)、ZMQは史上最速のミドルウェアとして知られています。
ソケット通信をカプセル化するので、ソケット関数呼び出しを記述せずに複雑なネットワーク通信を完了できます。
それと Socket の違いは: 通常のソケットはエンドツーエンド (1:1 関係) ですが、ZMQ は N:M 関係を持つことができます。BSD ソケットについてはポイントツーポイントとしてよく知られています。接続、ポイントツーポイント接続では、接続の明示的な確立、接続の破棄、プロトコル (TCP/UDP) の選択、エラーの処理などが必要です。ZMQ はこれらの詳細を保護し、ネットワーク プログラミングを簡素化します。
これは、複数のスレッド、コア、ホスト ボックスにわたって柔軟に拡張するメッセージ処理キュー ライブラリです。一般的なメッセージ キュー製品とは異なり、メッセージ キュー サーバーを持たず、ネットワーク通信ライブラリに似ています。ネットワーク通信の観点から見ると、セッション層の上、アプリケーション層の下にあり、トランスポート層に属します。
1.2: zeromq のメッセージ モデル
zeromq は、メッセージ通信を 4 つのモデル、つまり 1 対 1 ペア モデル (Exclusive-Pair)、リクエスト応答モデル (Request-Reply)、Publish- に分割します。サブスクライブ モデル (Publish-Subscribe)、プッシュプル モデル (Push-Pull)。これら 4 つのモデルは一般的なネットワーク通信モデルを要約したもので、実際には、アプリケーションのニーズに応じて 2 つ以上を組み合わせて独自のソリューションを形成できます。
1.2.1 1 対 1 ペアリング モデル Exclusive-Pair
最も単純な 1:1 メッセージ通信モデル。従来の TCP ソケット モデルをサポートするために使用され、主にスレッド間通信に使用されます。プロセス内で。これは TCP 接続と見なすことができますが、TCP サーバーが受け入れることができる接続は 1 つだけです。ロックフリーを使用して実装されており、非常に高速です。データは両方向に流れることができます。これは、後の要求/応答モデルとは異なります。 (非推奨、例なし)
1.2.2 请求回应模型 Request-Reply
由请求端发起请求，然后等待回应端应答。一个请求必须对应一个回应，从请求端的角度来看是发-收配对，从回应端的角度是收-发对。跟一对一结对模型的区别在于请求端可以是1~N个。
请求端和回应端都可以是1：N的模型。通常把1认为是server,N认为是Client。ZeroMQ可以很好的支持路由功能（实现路由功能的组件叫作Device),把1：N扩展为N:M(只需要加入若干路由节点）。从这个模型看，更底层的端点地址是对上层隐藏的。每个请求都隐含有回应地址，而应用则不关心它。通常把该模型主要用于远程调用及任务分配等。
(NetMQ请求响应C#调用案例)
1.2.3 发布订阅模型 Publisher-Subscriber(本项目采用的模型)
发布端单向分发数据，且不关心是否把全部信息发送给订阅端。如果发布端开始发布信息时，订阅端尚未连接上来，则这些信息会被直接丢弃。订阅端未连接导致信息丢失的问题，可以通过与请求回应模型组合来解决。订阅端只负责接收，而不能反馈，且在订阅端消费速度慢于发布端的情况下，会在订阅端堆积数据。该模型主要用于数据分发。天气预报、微博明星粉丝可以应用这种经典模型。 (NetMQ发布订阅模式C#调用案例)
1.2.4 推拉模型 Push-Pull
Server端作为Push端，而Client端作为Pull端，如果有多个Client端同时连接到Server端，则Server端会在内部做一个负载均衡，采用平均分配的算法，将所有消息均衡发布到Client端上。与发布订阅模型相比，推拉模型在没有消费者的情况下，发布的消息不会被消耗掉；在消费者能力不够的情况下，能够提供多消费者并行消费解决方案。该模型主要用于多任务并行。
(NetMQ推拉模式C#调用案例)
1.3：zeromq的优势
TCP：ZeroMQ基于消息，消息模式，而非字节流。
XMPP：ZeroMQ更简单、快速、更底层。Jabber可建在ZeroMQ之上。
AMQP：完成相同的工作，ZeroMQ要快100倍，而且不需要代理（规范更简洁——少278页）
IPC：ZeroMQ可以跨多个主机盒，而非单台机器。
CORBA：ZeroMQ不会将复杂到恐怖的消息格式强加于你。
RPC：ZeroMQ完全是异步的，你可以随时增加/删除参与者。
RFC 1149：ZeroMQ比它快多了！
29west LBM：ZeroMQ是自由软件！
IBM低延迟：ZeroMQ是自由软件！
Tibco：仍然是自由软件！
2.代码实现
2.1 Publisher(发布者)
一般都是发布者先启动，绑定监听端口。封装了一个发送函数，主要是发送原先软件生成测量文件的路径。
public class Publisher
{
public int Port { get; set; }
private PublisherSocket socket;
/// <summary>
/// 构造函数
/// </summary>
/// <param name="port">绑定的端口</param>
public Publisher(int port)
{
Port = port;
}
/// <summary>
/// 启动发布端
/// </summary>
public void Start()
{
NetMQContext context = NetMQContext.Create();
this.socket = context.CreatePublisherSocket();
this.socket.Bind("tcp://127.0.0.1:" + Port);
}
/// <summary>
/// 发送数据
/// </summary>
/// <param name="result"></param>
public void Send(string result)
{
socket.SendFrame(result);
}
}2.2 Subscriber(订阅者)
订阅者启动时候连接端口。防止线程阻塞，订阅者是新开一个线程运行的。
public class Subscribe
{
private delegate void GetDataHandler(string message);
private event GetDataHandler onGetData;
public int Port { get; set; }
public string TempDirectory { get; set; }
public bool isRunning { get; set; }
public string domain { get; set; }
public Subscribe(int port, string domain)
{
Port = port;
this.domain = domain;
onGetData += ProcessData;
}
private SubscriberSocket socket;
public void Start()
{
this.isRunning = true;
NetMQContext context = NetMQContext.Create();
socket = context.CreateSubscriberSocket();
socket.Connect("tcp://127.0.0.1:" + Port);
socket.Subscribe("");
Thread t = new Thread(new ThreadStart(StartSub));
t.Start();
}
private void StartSub()
{
while (isRunning)
{
Thread.Sleep(10000);
string result = socket.ReceiveFrameString(Encoding.UTF8);
onGetData(result);
}
}
private void ProcessData(string path)
{
Console.WriteLine("收到文件：" + path);
string compressedFile = Compress.CompressFile(TempDirectory, path);
new RestPost(domain).Post(compressedFile);
}3 客户端压缩
压缩使用DotNetZip组件，非常简单好用。
public class Compress
{
public static string CompressFile(string temp,string txtPath)
{
string txtFileName = System.IO.Path.GetFileNameWithoutExtension(txtPath);
string compressedFileName = temp+"/"+txtFileName + ".zip";
ZipFile file=new ZipFile();
file.AddFile(txtPath,"");
file.Save(compressedFileName);
return compressedFileName;
}
}4 客户端上传
使用RestSharp组件，也是非常简单。异步回调，不影响性能。
public class RestPost
{
public string Domain { get; set; }
public RestPost(string domain)
{
Domain = domain;
}
public void Post(string path)
{
RestRequest request = new RestRequest(Method.POST);
request.AddFile("file", path);
RestClient client = new RestClient {BaseUrl = new Uri("http://" + Domain + "/upload/file")};
client.ExecuteAsync(request, (response) =>
{
if (response.StatusCode == HttpStatusCode.OK)
{
Console.WriteLine("上传成功...\n" + response.Content);
}
else
{
Console.WriteLine($"出错啦:{response.Content}");
}
}
);
}
}五、总结
写代码之前一定要搞清楚需求，设计好架构
注意消息队列启动时候的线程问题
异步执行
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