消息隊列（Message Queue）是一種進程間通信（IPC）機制，它允許進程通過在隊列中添加和讀取消息來交換數據。與管道（命名/匿名）相比，消息隊列具有結構化消息、異步通信和消息持久化等特點，更適合復雜的進程間數據交換場景。

核心特性

1. 消息結構化
   每個消息都有一個類型標識（通常是整數）和數據內容，接收進程可以根據類型選擇性讀取消息，而無需按順序處理所有數據。

2. 異步通信
   發送進程發送消息后無需等待接收進程立即處理，可繼續執行其他操作；接收進程可在需要時讀取消息，兩者無需同步運行。

3. 消息持久化
   消息存儲在內核空間，即使發送進程退出，消息也會保留在隊列中，直到被接收進程讀取或手動刪除。

4. 多進程交互
   多個進程可以向同一消息隊列發送消息，也可以從隊列中讀取消息（通過類型篩選實現一對一、一對多通信）。

消息隊列的使用（System V 消息隊列，Linux 為例）

System V 消息隊列是最常用的實現，通過以下系統調用操作：

• msgget()：創建或獲取消息隊列
• msgsnd()：發送消息到隊列
• msgrcv()：從隊列接收消息
• msgctl()：控制消息隊列（如刪除、獲取狀態）

1. 消息結構定義

消息需要按固定格式定義，包含類型和數據：

#include <sys/msg.h>// 消息結構（必須以 long 類型的 mtype 開頭）
struct msgbuf {long mtype;       // 消息類型（>0）char mtext[1024]; // 消息數據（可自定義大小和類型）
};

2. 創建/獲取消息隊列（msgget）

// 創建或獲取消息隊列，返回隊列 ID
int msgid = msgget(key_t key, int flags);

• key：用于標識消息隊列的鍵值（可通過 ftok() 生成唯一鍵）
• flags：創建權限和操作標志（如 IPC_CREAT | 0666 表示創建隊列，權限為 666）

3. 發送消息（msgsnd）

// 向隊列發送消息，成功返回 0，失敗返回 -1
int msgsnd(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

• msgid：消息隊列 ID
• msgp：指向消息結構的指針
• msgsz：消息數據部分（mtext）的長度
• msgflg：發送標志（0 表示阻塞，IPC_NOWAIT 表示非阻塞）

4. 接收消息（msgrcv）

// 從隊列接收消息，成功返回接收的字節數，失敗返回 -1
ssize_t msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

• msgtyp：指定接收的消息類型（0 接收任意類型，>0 接收指定類型，<0 接收小于等于其絕對值的類型）
• 其他參數同 msgsnd

5. 控制消息隊列（msgctl）

// 控制消息隊列（如刪除），成功返回 0，失敗返回 -1
int msgctl(int msgid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

• cmd：操作命令（IPC_RMID 表示刪除隊列）

完整示例

發送進程（sender.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>struct msgbuf {long mtype;char mtext[1024];
};int main() {// 生成唯一鍵（文件路徑和項目ID需與接收進程一致）key_t key = ftok("/tmp", 'A');if (key == -1) {perror("ftok failed");exit(1);}// 創建或獲取消息隊列int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);if (msgid == -1) {perror("msgget failed");exit(1);}// 準備消息（類型為 1，數據為 "Hello, receiver!"）struct msgbuf msg;msg.mtype = 1;strcpy(msg.mtext, "Hello, receiver!");// 發送消息if (msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext) + 1, 0) == -1) {perror("msgsnd failed");exit(1);}printf("發送消息: %s\n", msg.mtext);return 0;
}

接收進程（receiver.c）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/ipc.h>struct msgbuf {long mtype;char mtext[1024];
};int main() {// 生成與發送進程相同的鍵key_t key = ftok("/tmp", 'A');if (key == -1) {perror("ftok failed");exit(1);}// 獲取消息隊列（不創建，只連接已存在的）int msgid = msgget(key, 0666);if (msgid == -1) {perror("msgget failed");exit(1);}// 接收消息（只接收類型為 1 的消息）struct msgbuf msg;ssize_t n = msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.mtext), 1, 0);if (n == -1) {perror("msgrcv failed");exit(1);}printf("接收消息: %s\n", msg.mtext);// 接收完成后刪除消息隊列（可選）if (msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) == -1) {perror("msgctl failed");exit(1);}return 0;
}

運行方式：

1. 先編譯并運行接收進程（會阻塞等待消息）。
2. 再編譯并運行發送進程（發送消息后，接收進程會立即輸出并刪除隊列）。

關鍵注意事項

1. 消息類型的作用
   接收進程可通過 msgtyp 篩選消息，例如：

   • 按優先級處理（高類型消息優先）
   • 實現多進程定向通信（不同進程使用不同類型）

2. 消息大小限制
   系統對單條消息的大小有限制（可通過 msgmax 配置），超過限制會導致發送失敗。

3. 隊列容量限制
   消息隊列的總字節數也有限制（msgmnb），滿隊列時發送操作會阻塞（非阻塞模式下返回錯誤）。

4. 資源釋放
   消息隊列不會自動銷毀，需通過 msgctl(..., IPC_RMID, ...) 手動刪除，否則會殘留內核中占用資源。

5. 與其他 IPC 的對比

   機制	特點	適用場景
   消息隊列	結構化消息、異步、按類型讀取	復雜數據交換、多進程通信
   管道	流式數據、簡單、順序讀取	簡單命令交互、父子進程通信
   共享內存	速度最快、直接訪問內存	高頻數據交換、大數據量傳輸
   信號量	用于同步和互斥，不傳遞數據	控制進程對共享資源的訪問

應用場景

• 分布式系統中的進程協作（如服務端與多個客戶端的消息交互）。
• 日志收集系統（不同進程按類型發送日志，收集進程分類處理）。
• 任務調度（調度進程發送任務消息，工作進程按類型接收并執行）。

消息隊列通過結構化和異步特性，簡化了復雜進程間通信的設計，是中大型系統中常用的 IPC 方案。