04消息队列zmq的发布者订阅者的计算π的简单程序。[Python基础]

Z时代
2024-01-10
分类：综合
python
# 小知识：计算π的其中一个方法是，随机的向一个边长为n的正方形中撒豆子。
# 然后看这些豆子是否在以n为半径的四分之一圆内，正方形面积：n*n，四分之一圆的面积：π*n*n/4
# 因此落在四分之一圆内的概率为π/4，这样我们就能算出π的值。
# 我们这个程序是来讲述zmq发布-订阅过程的流程，

# 通过计算π值为例子来进行计算。
# 首先发布者bitsource随机生成一个字符串，字符串偶数位为纵坐标，奇数位为横坐标。
# 一个字符串表示一个点，将奇数位转换为横坐标，将偶数位转换为纵坐标，然后通过计算
# 这个点到原点的距离，来判断是否为以半径为B的圆内，通过大量的模拟，来进行计算π。



import random, threading, time, zmq
B = 32  # number of bits of precision in each random integer

def ones_and_zeros(digits):
    """Express `n` in at least `d` binary digits, with no special prefix."""
    # getrandbits()
    # 方法返回指定大小（以位为单位）的整数。
    return bin(random.getrandbits(digits)).lstrip("0b").zfill(digits)

# 发布者
def bitsource(zcontext, url):
    # 发布订阅函数，发布者。
    """Produce random points in the unit square."""
    # 创造一个对象。发布者对象
    zsock = zcontext.socket(zmq.PUB)
    # 绑定URL
    zsock.bind(url)
    while True:
        # 持续不断的一直发送这里是32位的二进制字符。
        # 这里一个字符串代表一个点。
        zsock.send_string(ones_and_zeros(B * 2))
        # 停顿0.01秒。
        time.sleep(0.01)
# 订阅者1
def always_yes(zcontext, in_url, out_url):
    """Coordinates in the lower-left quadrant are inside the unit circle."""
    # 创造一个订阅者对象。
    isock = zcontext.socket(zmq.SUB)
    # 连接发布者的URL
    isock.connect(in_url)
    # 设置过滤条件，接收00开头的
    # 如果开头为00的话，那么这个点x、y值都不会超过半径的一半
    # 一定在四分之一圆内。
    isock.setsockopt(zmq.SUBSCRIBE, b"00")
    # 推送。
    osock = zcontext.socket(zmq.PUSH)
    # 连接接收推送的URL
    osock.connect(out_url)
    while True:
        # 接收订阅者的消息。
        isock.recv_string()
        # 推送给发布者消息。因此我们这里直接发送Y
        osock.send_string("Y")
# 订阅者2
def judge(zcontext, in_url, pythagoras_url, out_url):
    """Determine whether each input coordinate is inside the unit circle."""
    #     # 创造一个订阅者对象。
    isock = zcontext.socket(zmq.SUB)
    # 连接URL
    isock.connect(in_url)
    # 设置接收订阅的过滤条件。
    for prefix in b"01", b"10", b"11":
        isock.setsockopt(zmq.SUBSCRIBE, prefix)
    # 设置一个响应对象。
    psock = zcontext.socket(zmq.REQ)
    psock.connect(pythagoras_url)
    # 设置一个推送对象。
    osock = zcontext.socket(zmq.PUSH)
    osock.connect(out_url)
    # 这里用了勾股定理，是两个落在坐标轴上的点，平方和。
    unit = 2 ** (B * 2)
    # 这里需要计算是否在四分之一圆内。
    while True:
        # 接收发布者的消息。
        bits = isock.recv_string()
        # 提取这个点的x坐标，y坐标。
        n, m = int(bits[::2], 2), int(bits[1::2], 2)
        # 发送给客户请求端
        psock.send_json((n, m))
        # 然后接受客户请求端发送过来处理过的数据。
        sumsquares = psock.recv_json()
        # 判断是否在圆内。
        osock.send_string("Y" if sumsquares < unit else "N")
# 请求端，
def pythagoras(zcontext, url):
    """Return the sum-of-squares of number sequences."""
    zsock = zcontext.socket(zmq.REP)
    zsock.bind(url)
    while True:
        # 这里先请求数据，然后将请求的数据进行处理发送出去。
        numbers = zsock.recv_json()
        zsock.send_json(sum(n * n for n in numbers))
# 汇总，进行计算π的值。
def tally(zcontext, url):
    """Tally how many points fall within the unit circle, and print pi."""
    zsock = zcontext.socket(zmq.PULL)
    zsock.bind(url)
    # 这里是如果接受到一个Y p+4，接受到一个N ，q + 1
    # 然后计算比值，这个就是我们算出来的π的值。
    p = q = 0
    while True:
        decision = zsock.recv_string()
        q += 1
        if decision == "Y":
            p += 4
        print(decision, p / q)

# 我们使用多线程的方式，上边的每一个函数开一个线程，。
def start_thread(function, *args):
    thread = threading.Thread(target=function, args=args)
    thread.daemon = True  # so you can easily Ctrl-C the whole program
    thread.start()

def main(zcontext):
    pubsub = "tcp://127.0.0.1:6700"
    reqrep = "tcp://127.0.0.1:6701"
    pushpull = "tcp://127.0.0.1:6702"
    start_thread(bitsource, zcontext, pubsub)
    start_thread(always_yes, zcontext, pubsub, pushpull)
    start_thread(judge, zcontext, pubsub, reqrep, pushpull)
    start_thread(pythagoras, zcontext, reqrep)
    start_thread(tally, zcontext, pushpull)
    # 这个是主线程，主线程结束，其他的多线程也就要结束。
    time.sleep(30)

if __name__ == "__main__":
    main(zmq.Context())