輕量級(jí)分布式 RPC 框架

一、什么是RPC框架？

RPC，全稱(chēng)為Remote Procedure Call，即遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用，是一種計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。

比如現(xiàn)在有兩臺(tái)機(jī)器：A機(jī)器和B機(jī)器，并且分別部署了應(yīng)用A和應(yīng)用B。假設(shè)此時(shí)位于A機(jī)器上的A應(yīng)用想要調(diào)用位于B機(jī)器上的B應(yīng)用提供的函數(shù)或是方法，由于A應(yīng)用和B應(yīng)用不在一個(gè)內(nèi)存空間里面，所以不能直接調(diào)用，此時(shí)就需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)表達(dá)調(diào)用的方式和傳輸調(diào)用的數(shù)據(jù)。也即所謂的遠(yuǎn)程調(diào)用。

二、RPC框架的實(shí)現(xiàn)原理？

主要有以下幾個(gè)步驟：

1、建立通信

首先要解決通訊的問(wèn)題：即A機(jī)器想要調(diào)用B機(jī)器，首先得建立起通信連接。主要是通過(guò)在客戶端和服務(wù)器之間建立TCP連接，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的所有相關(guān)的數(shù)據(jù)都在這個(gè)連接里面進(jìn)行傳輸交換。

通常這個(gè)連接可以是按需連接（需要調(diào)用的時(shí)候就先建立連接，調(diào)用結(jié)束后就立馬斷掉），也可以是長(zhǎng)連接（客戶端和服務(wù)器建立起連接之后保持長(zhǎng)期持有，不管此時(shí)有無(wú)數(shù)據(jù)包的發(fā)送，可以配合心跳檢測(cè)機(jī)制定期檢測(cè)建立的連接是否存活有效），多個(gè)遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用共享同一個(gè)連接。

2、服務(wù)尋址

解決尋址的問(wèn)題：即A機(jī)器上的應(yīng)用A要調(diào)用B機(jī)器上的應(yīng)用B，那么此時(shí)對(duì)于A來(lái)說(shuō)如何告知底層的RPC框架所要調(diào)用的服務(wù)具體在哪里呢？

通常情況下我們需要提供B機(jī)器（主機(jī)名或IP地址）以及特定的端口，然后指定調(diào)用的方法或者函數(shù)的名稱(chēng)以及入?yún)⒊鰠⒌刃畔?，這樣才能完成服務(wù)的一個(gè)調(diào)用。比如基于Web服務(wù)協(xié)議棧的RPC，就需要提供一個(gè)endpoint URI，或者是從UDDI服務(wù)上進(jìn)行查找。如果是RMI調(diào)用的話，還需要一個(gè)RMI Registry來(lái)注冊(cè)服務(wù)的地址。

3、網(wǎng)絡(luò)傳輸

3.1、序列化

當(dāng)A機(jī)器上的應(yīng)用發(fā)起一個(gè)RPC調(diào)用時(shí)，調(diào)用方法和其入?yún)⒌刃畔⑿枰ㄟ^(guò)底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如TCP傳輸?shù)紹機(jī)器，由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是基于二進(jìn)制的，所有我們傳輸?shù)膮?shù)數(shù)據(jù)都需要先進(jìn)行序列化（Serialize）或者編組（marshal）成二進(jìn)制的形式才能在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。然后通過(guò)尋址操作和網(wǎng)絡(luò)傳輸將序列化或者編組之后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)送給B機(jī)器。

3.2、反序列化

當(dāng)B機(jī)器接收到A機(jī)器的應(yīng)用發(fā)來(lái)的請(qǐng)求之后，又需要對(duì)接收到的參數(shù)等信息進(jìn)行反序列化操作（序列化的逆操作），即將二進(jìn)制信息恢復(fù)為內(nèi)存中的表達(dá)方式，然后再找到對(duì)應(yīng)的方法（尋址的一部分）進(jìn)行本地調(diào)用（一般是通過(guò)生成代理Proxy去調(diào)用, 通常會(huì)有JDK動(dòng)態(tài)代理、CGLIB動(dòng)態(tài)代理、Javassist生成字節(jié)碼技術(shù)等），之后得到調(diào)用的返回值。

4、服務(wù)調(diào)用

B機(jī)器進(jìn)行本地調(diào)用（通過(guò)代理Proxy）之后得到了返回值，此時(shí)還需要再把返回值發(fā)送回A機(jī)器，同樣也需要經(jīng)過(guò)序列化操作，然后再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸將二進(jìn)制數(shù)據(jù)發(fā)送回A機(jī)器，而當(dāng)A機(jī)器接收到這些返回值之后，則再次進(jìn)行反序列化操作，恢復(fù)為內(nèi)存中的表達(dá)方式，最后再交給A機(jī)器上的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)處理（一般是業(yè)務(wù)邏輯處理操作）。

通常，經(jīng)過(guò)以上四個(gè)步驟之后，一次完整的RPC調(diào)用算是完成了，另外可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)等原因需要重試等。

三、為什么需要RPC？

主要就是因?yàn)樵趲讉€(gè)進(jìn)程內(nèi)（應(yīng)用分布在不同的機(jī)器上），無(wú)法共用內(nèi)存空間，或者在一臺(tái)機(jī)器內(nèi)通過(guò)本地調(diào)用無(wú)法完成相關(guān)的需求，比如不同的系統(tǒng)之間的通訊，甚至不同組織之間的通訊。此外由于機(jī)器的橫向擴(kuò)展，需要在多臺(tái)機(jī)器組成的集群上部署應(yīng)用等等。

四、RPC支持哪些協(xié)議？

最早的CORBA，WebService方式的RPC風(fēng)格， Hessian, Thrift甚至Rest API。

五、RPC的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)？

1、需要有非常高效的網(wǎng)絡(luò)通信，比如一般選擇Netty作為網(wǎng)絡(luò)通信框架

2、需要有比較高效的序列化框架，比如谷歌的Protobuf序列化框架

3、可靠的尋址方式（主要是提供服務(wù)的發(fā)現(xiàn)），比如可以使用Zookeeper來(lái)注冊(cè)服務(wù)等等

4、如果是帶會(huì)話（狀態(tài)）的RPC調(diào)用，還需要有會(huì)話和狀態(tài)保持的功能

六、RPC調(diào)用過(guò)程？

6.1 一個(gè)基本的RPC架構(gòu)里面應(yīng)該至少包含以下4個(gè)組件：

1、客戶端（Client）:服務(wù)調(diào)用方（服務(wù)消費(fèi)者）

2、客戶端存根（Client Stub）:存放服務(wù)端地址信息，將客戶端的請(qǐng)求參數(shù)數(shù)據(jù)信息打包成網(wǎng)絡(luò)消息，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送給服務(wù)端

3、服務(wù)端存根（Server Stub）:接收客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的請(qǐng)求消息并進(jìn)行解包，然后再調(diào)用本地服務(wù)進(jìn)行處理

4、服務(wù)端（Server）:服務(wù)的真正提供者

6.2 具體的調(diào)用過(guò)程如下：

1、服務(wù)消費(fèi)者（client客戶端）通過(guò)本地調(diào)用的方式調(diào)用服務(wù)

2、客戶端存根（client stub）接收到調(diào)用請(qǐng)求后負(fù)責(zé)將方法、入?yún)⒌刃畔⑿蛄谢ńM裝）成能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南Ⅲw

3、客戶端存根（client stub）找到遠(yuǎn)程的服務(wù)地址，并且將消息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)端

4、服務(wù)端存根（server stub）收到消息后進(jìn)行解碼（反序列化操作）

5、服務(wù)端存根（server stub）根據(jù)解碼結(jié)果調(diào)用本地的服務(wù)進(jìn)行相關(guān)處理

6、本地服務(wù)執(zhí)行具體業(yè)務(wù)邏輯并將處理結(jié)果返回給服務(wù)端存根（server stub）

7、服務(wù)端存根（server stub）將返回結(jié)果重新打包成消息（序列化）并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至消費(fèi)方

8、客戶端存根（client stub）接收到消息，并進(jìn)行解碼（反序列化）

9、服務(wù)消費(fèi)方得到最終結(jié)果

而RPC框架的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)則是將上面的第2-10步完好地封裝起來(lái)，也就是把調(diào)用、編碼/解碼的過(guò)程給封裝起來(lái)，讓用戶感覺(jué)上像調(diào)用本地服務(wù)一樣的調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)。

七、RPC框架需要解決的問(wèn)題？

1、如何確定客戶端和服務(wù)端之間的通信協(xié)議？

2、如何更高效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信？

3、服務(wù)端提供的服務(wù)如何暴露給客戶端？

4、客戶端如何發(fā)現(xiàn)這些暴露的服務(wù)？

5、如何更高效地對(duì)請(qǐng)求對(duì)象和響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行序列化和反序列化操作？

八、使用了哪些技術(shù)？

8.1、動(dòng)態(tài)代理

生成Client Stub（客戶端存根）和Server Stub（服務(wù)端存根）的時(shí)候需要用到php動(dòng)態(tài)代理技術(shù)。

8.2、序列化

在網(wǎng)絡(luò)中，所有的數(shù)據(jù)都將會(huì)被轉(zhuǎn)化為字節(jié)進(jìn)行傳送，所以為了能夠使參數(shù)對(duì)象在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行序列化和反序列化操作。

序列化：把對(duì)象轉(zhuǎn)換為字節(jié)序列的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)象的序列化，也就是編碼的過(guò)程。

反序列化：把字節(jié)序列恢復(fù)為對(duì)象的過(guò)程稱(chēng)為對(duì)象的反序列化，也就是解碼的過(guò)程。

目前比較高效的開(kāi)源序列化框架：如Kryo、fastjson和Protobuf等。

8.3、NIO通信

出于并發(fā)性能的考慮，傳統(tǒng)的阻塞式 IO 顯然不太合適，因此我們需要異步的 IO，即 NIO。

8.4、服務(wù)注冊(cè)中心

可選：Redis、Zookeeper、Consul 、Etcd。

一般使用ZooKeeper提供服務(wù)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)功能，解決單點(diǎn)故障以及分布式部署的問(wèn)題(注冊(cè)中心)。

實(shí)現(xiàn)RPC框架

參考?

https://my.oschina.net/huangyong/blog/361751

github代碼?

https://github.com/hu1991die/netty-rpc

原文參考：

1.https://www.zhihu.com/question/25536695

2.http://www.importnew.com/22003.html

3.http://blog.jobbole.com/92290/