消息队列（Message Queue）是一种进程间通信（IPC）机制，它允许进程通过在队列中添加和读取消息来交换数据。与管道（命名/匿名）相比，消息队列具有结构化消息、异步通信和消息持久化等特点，更适合复杂的进程间数据交换场景。

核心特性

消息结构化
每个消息都有一个类型标识（通常是整数）和数据内容，接收进程可以根据类型选择性读取消息，而无需按顺序处理所有数据。
异步通信
发送进程发送消息后无需等待接收进程立即处理，可继续执行其他操作；接收进程可在需要时读取消息，两者无需同步运行。
消息持久化
消息存储在内核空间，即使发送进程退出，消息也会保留在队列中，直到被接收进程读取或手动删除。
多进程交互
多个进程可以向同一消息队列发送消息，也可以从队列中读取消息（通过类型筛选实现一对一、一对多通信）。

消息队列的使用（System V 消息队列，Linux 为例）

System V 消息队列是最常用的实现，通过以下系统调用操作：

msgget()：创建或获取消息队列
msgsnd()：发送消息到队列
msgrcv()：从队列接收消息
msgctl()：控制消息队列（如删除、获取状态）

1. 消息结构定义

消息需要按固定格式定义，包含类型和数据：

#include <sys/msg.h>// 消息结构（必须以 long 类型的 mtype 开头）
struct msgbuf {long mtype;       // 消息类型（>0）char mtext[1024]; // 消息数据（可自定义大小和类型）
};

2. 创建/获取消息队列（msgget）

// 创建或获取消息队列，返回队列 ID
int msgid = msgget(key_t key, int flags);

key：用于标识消息队列的键值（可通过 ftok() 生成唯一键）
flags：创建权限和操作标志（如 IPC_CREAT | 0666 表示创建队列，权限为 666）

3. 发送消息（msgsnd）

// 向队列发送消息，成功返回 0，失败返回 -1
int msgsnd(int msgid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

msgid：消息队列 ID
msgp：指向消息结构的指针
msgsz：消息数据部分（mtext）的长度
msgflg：发送标志（0 表示阻塞，IPC_NOWAIT 表示非阻塞）

4. 接收消息（msgrcv）

// 从队列接收消息，成功返回接收的字节数，失败返回 -1
ssize_t msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

msgtyp：指定接收的消息类型（0 接收任意类型，>0 接收指定类型，<0 接收小于等于其绝对值的类型）
其他参数同 msgsnd

5. 控制消息队列（msgctl）

// 控制消息队列（如删除），成功返回 0，失败返回 -1
int msgctl(int msgid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

cmd：操作命令（IPC_RMID 表示删除队列）

完整示例

发送进程（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() {// 生成唯一键（文件路径和项目ID需与接收进程一致）key_t key = ftok("/tmp", 'A');if (key == -1) {perror("ftok failed");exit(1);}// 创建或获取消息队列int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);if (msgid == -1) {perror("msgget failed");exit(1);}// 准备消息（类型为 1，数据为 "Hello, receiver!"）struct msgbuf msg;msg.mtype = 1;strcpy(msg.mtext, "Hello, receiver!");// 发送消息if (msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext) + 1, 0) == -1) {perror("msgsnd failed");exit(1);}printf("发送消息: %s\n", msg.mtext);return 0;
}

接收进程（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() {// 生成与发送进程相同的键key_t key = ftok("/tmp", 'A');if (key == -1) {perror("ftok failed");exit(1);}// 获取消息队列（不创建，只连接已存在的）int msgid = msgget(key, 0666);if (msgid == -1) {perror("msgget failed");exit(1);}// 接收消息（只接收类型为 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);// 接收完成后删除消息队列（可选）if (msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL) == -1) {perror("msgctl failed");exit(1);}return 0;
}

运行方式：

先编译并运行接收进程（会阻塞等待消息）。
再编译并运行发送进程（发送消息后，接收进程会立即输出并删除队列）。

关键注意事项

消息类型的作用
接收进程可通过 msgtyp 筛选消息，例如：
- 按优先级处理（高类型消息优先）
- 实现多进程定向通信（不同进程使用不同类型）
消息大小限制
系统对单条消息的大小有限制（可通过 msgmax 配置），超过限制会导致发送失败。
队列容量限制
消息队列的总字节数也有限制（msgmnb），满队列时发送操作会阻塞（非阻塞模式下返回错误）。
资源释放
消息队列不会自动销毁，需通过 msgctl(..., IPC_RMID, ...) 手动删除，否则会残留内核中占用资源。

与其他 IPC 的对比

机制	特点	适用场景
消息队列	结构化消息、异步、按类型读取	复杂数据交换、多进程通信
管道	流式数据、简单、顺序读取	简单命令交互、父子进程通信
共享内存	速度最快、直接访问内存	高频数据交换、大数据量传输
信号量	用于同步和互斥，不传递数据	控制进程对共享资源的访问