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          10 分鐘入門 Python Rpc 實現(xiàn)

          共 50776字,需瀏覽 102分鐘

           ·

          2021-06-03 23:49

          XML-RPC 是一種遠(yuǎn)程過程調(diào)用方法,它使用通過 HTTP 傳遞的 XML 作為載體。有了它,客戶端可以在遠(yuǎn)程服務(wù)器上調(diào)用帶參數(shù)的服務(wù)器方法(服務(wù)器以 URI 命名)并獲取結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。python自帶xmlrpc實現(xiàn),學(xué)習(xí)xmlrpc,可以讓我們快速了解rpc的實現(xiàn)及原理,本文包括下面幾個部分:

          • xmlrpc演示
          • xmlrpc-API
          • xmlrpc-server實現(xiàn)
          • xmlrpc-client實現(xiàn)
          • xmlrpc序列化/反序列化
          • 小結(jié)

          xmlrpc演示

          xmlrpc可以直接運(yùn)行,啟動rpc服務(wù):

          # python3 -m xmlrpc.server
          Serving XML-RPC on localhost port 8000
          It is advisable to run this example server within a secure, closed network.
          127.0.0.1 - - [05/May/2021 18:03:16] "POST /RPC2 HTTP/1.1" 200 -
          127.0.0.1 - - [05/May/2021 18:03:16] "POST /RPC2 HTTP/1.1" 200 -

          啟動rpc客戶端:

          # python3 -m xmlrpc.client
          20210505T18:03:16
          42
          512
          3

          從服務(wù)端可以看到2個http請求。我們先看抓包得到的第一個http請求報文:

          METHOD: POST
          URL: http://localhost:8000/RPC2
          HEADERS
              accept-encoding: gzip
              content-length: 120
              content-type: text/xml
          host: localhost:8000
          user-agent: Python-xmlrpc/3.8

          請求的數(shù)據(jù)是:

          <?xml version='1.0'?>
            <methodCall>
              <methodName>
                currentTime.getCurrentTime
              </methodName>
              <params>
              </params>
            </methodCall>

          http響應(yīng)報文:

          STATUS: 200 OK
          HEADERS
              content-length: 163
              content-type: text/xml
              date: Wed, 05 May 2021 09:40:57 GMT
          server: BaseHTTP/0.6 Python/3.8.5

          響應(yīng)的數(shù)據(jù)是:

          <?xml version='1.0'?>
            <methodResponse>
              <params>
                <param>
                  <value>
                    <dateTime.iso8601>
                      20210505T18:03:16
                    </dateTime.iso8601>
                  </value>
                </param>
              </params>
            </methodResponse>

          第二個請求的數(shù)據(jù)報文我就不貼出來了,下面是請求xml:

          <?xml version='1.0'?>
            <methodCall>
              <methodName>
                system.multicall
              </methodName>
              <params>
                <param>
                  <value>
                    <array>
                      <data>
                        <value>
                          <struct>
                            <member>
                              <name>
                                methodName
                              </name>
                              <value>
                                <string>
                                  getData
                                </string>
                              </value>
                            </member>
                            <member>
                              <name>
                                params
                              </name>
                              <value>
                                <array>
                                  <data>
                                  </data>
                                </array>
                              </value>
                            </member>
                          </struct>
                        </value>
                        <value>
                          <struct>
                            <member>
                              <name>
                                methodName
                              </name>
                              <value>
                                <string>
                                  pow
                                </string>
                              </value>
                            </member>
                            <member>
                              <name>
                                params
                              </name>
                              <value>
                                <array>
                                  <data>
                                    <value>
                                      <int>
                                        2
                                      </int>
                                    </value>
                                    <value>
                                      <int>
                                        9
                                      </int>
                                    </value>
                                  </data>
                                </array>
                              </value>
                            </member>
                          </struct>
                        </value>
                        <value>
                          <struct>
                            <member>
                              <name>
                                methodName
                              </name>
                              <value>
                                <string>
                                  add
                                </string>
                              </value>
                            </member>
                            <member>
                              <name>
                                params
                              </name>
                              <value>
                                <array>
                                  <data>
                                    <value>
                                      <int>
                                        1
                                      </int>
                                    </value>
                                    <value>
                                      <int>
                                        2
                                      </int>
                                    </value>
                                  </data>
                                </array>
                              </value>
                            </member>
                          </struct>
                        </value>
                      </data>
                    </array>
                  </value>
                </param>
              </params>
            </methodCall>

          下面是響應(yīng)xml:

          <?xml version='1.0'?>
            <methodResponse>
              <params>
                <param>
                  <value>
                    <array>
                      <data>
                        <value>
                          <array>
                            <data>
                              <value>
                                <string>
                                  42
                                </string>
                              </value>
                            </data>
                          </array>
                        </value>
                        <value>
                          <array>
                            <data>
                              <value>
                                <int>
                                  512
                                </int>
                              </value>
                            </data>
                          </array>
                        </value>
                        <value>
                          <array>
                            <data>
                              <value>
                                <int>
                                  3
                                </int>
                              </value>
                            </data>
                          </array>
                        </value>
                      </data>
                    </array>
                  </value>
                </param>
              </params>
            </methodResponse>

          注: 為了完整展示xmlrpc數(shù)據(jù),所以我貼了xml全文,導(dǎo)致內(nèi)容有點(diǎn)長。

          從演示可以看到xmlrpc下面幾個特點(diǎn):

          • 使用http協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。使用 POST 方法,url是 RPC2,content-type是 text/xml。
          • 使用xml對請求/響應(yīng)進(jìn)行編碼。請求使用 methodCall 標(biāo)簽, 響應(yīng)使用 methodResponse 標(biāo)簽。
          • 使用xml數(shù)據(jù)層層嵌套,冗余較多,看起來非常煩瑣 (這應(yīng)該是xmlrpc沒流行起來的原因之一)。

          xmlrpc-API

          繼續(xù)查看xmlrpc的API使用,服務(wù)端代碼:

          class ExampleService:
              def getData(self):
                  return '42'

              class currentTime:
                  @staticmethod
                  def getCurrentTime():
                      return datetime.datetime.now()

          with SimpleXMLRPCServer(("localhost", 8000)) as server:
              server.register_function(pow)
              server.register_function(lambda x,y: x+y, 'add')
              server.register_instance(ExampleService(), allow_dotted_names=True)
              server.register_multicall_functions()
              print('Serving XML-RPC on localhost port 8000')
              print('It is advisable to run this example server within a secure, closed network.')
              try:
                  server.serve_forever()
              except KeyboardInterrupt:
                  print("\nKeyboard interrupt received, exiting.")
                  sys.exit(0)

          服務(wù)端做了下面幾件事:

          • 在8000端口創(chuàng)建SimpleXMLRPCServer的實例server
          • 向server注冊pow和名為add的lambda函數(shù)接口
          • 向server注冊服務(wù)實例instance(可能叫app更合適),instance帶有2個函數(shù)實現(xiàn): getDatacurrentTime.getCurrentTime
          • 向server注冊system.multicall實現(xiàn),這個實現(xiàn)支持多個rpc請求合并使用一個http請求
          • 啟動server

          客戶端是這樣使用的:

          server = ServerProxy("http://localhost:8000")

          print(server.currentTime.getCurrentTime())

          multi = MultiCall(server)
          multi.getData()
          multi.pow(2,9)
          multi.add(1,2)
          try:
              for response in multi():
                  print(response)
          except Error as v:
              print("ERROR", v)
          • 創(chuàng)建了一個服務(wù)代理(可以理解為rpc-client)
          • 調(diào)用服務(wù)端的實現(xiàn) currentTime.getCurrentTime
          • 使用MultiCall的方式調(diào)用 getData, powadd 三個rpc接口
          • 發(fā)送multicall請求,并循環(huán)打印服務(wù)調(diào)用結(jié)果

          可以很明顯的對比出xmlrpc服務(wù)和http服務(wù)的不同:

          • rpc服務(wù)接口都是普通的函數(shù),比如pow,getData和getCurrentTime;這些接口和http的request和response是隔離的
          • 客戶端需要額外實現(xiàn),并不是直接發(fā)送的http請求

          同時大家對 RPC(remote procedure call) 應(yīng)該也有直觀了解,簡單的解釋就是遠(yuǎn)程函數(shù)調(diào)用。所謂遠(yuǎn)程:跨機(jī)器是遠(yuǎn)程,我們這里的跨進(jìn)程也是遠(yuǎn)程。至于如何實現(xiàn)遠(yuǎn)程函數(shù)調(diào)用,就是各個RPC框架的功能了,今天我們先看看xmlrpc的實現(xiàn)。

          xmlrpc-server的實現(xiàn)

          服務(wù)端http協(xié)議實現(xiàn)

          xmlrpc中http協(xié)議由SimpleXMLRPCServer和SimpleXMLRPCRequestHandler實現(xiàn):

          class SimpleXMLRPCServer(socketserver.TCPServer,
                                   SimpleXMLRPCDispatcher):

              allow_reuse_address = True

              _send_traceback_header = False

              def __init__(self, addr, requestHandler=SimpleXMLRPCRequestHandler,
                           logRequests=True, allow_none=False, encoding=None,
                           bind_and_activate=True, use_builtin_types=False):
                  self.logRequests = logRequests

                  SimpleXMLRPCDispatcher.__init__(self, allow_none, encoding, use_builtin_types)
                  socketserver.TCPServer.__init__(self, addr, requestHandler, bind_and_activate)

          SimpleXMLRPCServer的父類TCPServer在之前的博文中有介紹,提供tcp服務(wù)的實現(xiàn)。SimpleXMLRPCRequestHandler負(fù)責(zé)http協(xié)議部分的實現(xiàn),而xmlrpc規(guī)范是必須使用POST請求到 /RPC2 重點(diǎn)就在 do_POST 方法:

          class SimpleXMLRPCRequestHandler(BaseHTTPRequestHandler):
              # rpc-url
              rpc_paths = ('/''/RPC2')
              
              def do_POST(self):
                  ...
                  max_chunk_size = 10*1024*1024
                  size_remaining = int(self.headers["content-length"])
                  L = []
                  while size_remaining:
                      chunk_size = min(size_remaining, max_chunk_size)
                      chunk = self.rfile.read(chunk_size)
                      if not chunk:
                          break
                      L.append(chunk)
                      size_remaining -= len(L[-1])
                  data = b''.join(L)
                  ...
                  response = self.server._marshaled_dispatch(
                              data, getattr(self, '_dispatch', None), self.path
                          )
                  ...
                  self.send_response(200)
                  self.send_header("Content-type""text/xml")
                  self.send_header("Content-length", str(len(response)))
                  self.end_headers()
                  self.wfile.write(response)

          do_POST方法分三段:

          • 從http請求上讀取請求數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)長度由 content-length 決定
          • 使用server的_marshaled_dispatch方法調(diào)用rpc接口
          • 將接口返回值包裝成http響應(yīng)返回

          服務(wù)端rpc協(xié)議實現(xiàn)

          SimpleXMLRPCServer的另外一個父類SimpleXMLRPCDispatcher提供了rpc協(xié)議的實現(xiàn):

          class SimpleXMLRPCDispatcher:
              def __init__(self, allow_none=False, encoding=None,
                           use_builtin_types=False):
                  # 接口函數(shù)字典
                  self.funcs = {}
                  # 服務(wù)實例 (app)
                  self.instance = None
                  self.allow_none = allow_none
                  self.encoding = encoding or 'utf-8'
                  self.use_builtin_types = use_builtin_types
              
              def register_instance(self, instance, allow_dotted_names=False):
                  # 注冊服務(wù)實例對象
                  self.instance = instance
                  self.allow_dotted_names = allow_dotted_names

              def register_function(self, function=None, name=None):
                  # 注冊接口方法
                  if name is None:
                      name = function.__name__
                  self.funcs[name] = function
                  return function
              
              def register_multicall_functions(self):
                  """Registers the XML-RPC multicall method in the system
                  namespace."
          ""
                  # 復(fù)合調(diào)用
                  self.funcs.update({'system.multicall' : self.system_multicall})

          instace和function的注冊比較簡單,我們可以跳過實現(xiàn)會略微復(fù)雜一點(diǎn)的multical,先看看注冊的接口如何在_marshaled_dispatch中調(diào)用:

          def _marshaled_dispatch(self, data, dispatch_method = None, path = None):

              try:
                  # 解析rpc接口和參數(shù)
                  params, method = loads(data, use_builtin_types=self.use_builtin_types)

                  # generate response
                  response = self._dispatch(method, params)
                  # wrap response in a singleton tuple
                  response = (response,)
                  # 生成xml響應(yīng)
                  response = dumps(response, methodresponse=1,
                                   allow_none=self.allow_none, encoding=self.encoding)
              except Fault as fault:
                  ...
              except:
                  ...
              return response.encode(self.encoding, 'xmlcharrefreplace')

          def _dispatch(self, method, params):
              try:
                  # call the matching registered function
                  # 查找接口
                  func = self.funcs[method]
              except KeyError:
                  pass
              else:
                  if func is not None:
                      # 執(zhí)行接口
                      return func(*params)
                  ...

              if self.instance is not None:
                  if hasattr(self.instance, '_dispatch'):
                      # call the `_dispatch` method on the instance
                      return self.instance._dispatch(method, params)

                  # call the instance's method directly
                  try:
                      func = resolve_dotted_attribute(
                          self.instance,
                          method,
                          self.allow_dotted_names
                      )
                  except AttributeError:
                      pass
                  else:
                      if func is not None:
                          return func(*params)
              ...

          代碼比較長,主要做了2件事:

          • 從請求中解析 paramsmethod
          • 根據(jù)method從func或者instance中調(diào)用方法并返回

          服務(wù)端multi-call實現(xiàn)

          了解 single-call 后,再回頭看 multi-call 的實現(xiàn),就比較容易。注冊接口:

          def register_multicall_functions(self):
              self.funcs.update({'system.multicall' : self.system_multicall})

          funcs字典中會增加一個名為 system.multicall ,處理函數(shù)為system_multicall的調(diào)用:

          def system_multicall(self, call_list):
              """system.multicall([{'methodName': 'add', 'params': [2, 2]}, ...]) => \
          [[4], ...]

              Allows the caller to package multiple XML-RPC calls into a single
              request.

              See http://www.xmlrpc.com/discuss/msgReader$1208
              "
          ""
              results = []
              # 順序執(zhí)行多個call
              for call in call_list:
                  method_name = call['methodName']
                  params = call['params']
                  ...
                  results.append([self._dispatch(method_name, params)])
                  ...
              return results

          system_multicall和注釋介紹一樣,就是從請求中接受多個請求,然后逐一調(diào)用執(zhí)行。system.multicall的調(diào)用數(shù)據(jù)示例:

          <methodName>
            system.multicall
          </methodName>
          <params>
              ...
                        <member>
                          <name>
                            methodName
                          </name>
                          <value>
                            <string>
                              getData
                            </string>
                          </value>
                        </member>
              ...
          <params>

          xmlrpc-client實現(xiàn)

          客戶端http協(xié)議實現(xiàn)

          客戶端也需要實現(xiàn)http協(xié)議,主要在ServerProxy和Transport中(SafeTransport實現(xiàn)https)。ServerProxy包裝Transport對象:

          class ServerProxy:
              def __init__(self, uri, transport=None, encoding=None, verbose=False,
                           allow_none=False, use_datetime=False, use_builtin_types=False,
                           *, headers=(), context=None):
                  # get the url
                  type, uri = urllib.parse._splittype(uri)

                  self.__host, self.__handler = urllib.parse._splithost(uri)
                  ..
                  handler = Transport
                  extra_kwargs = {}
                  transport = handler(use_datetime=use_datetime,
                                          use_builtin_types=use_builtin_types,
                                          headers=headers,
                                          **extra_kwargs)
                  self.__transport = transport
                  ...
              
              def __request(self, methodname, params):
                  # call a method on the remote server
                  # 接口調(diào)用轉(zhuǎn)為xml請求數(shù)據(jù)
                  request = dumps(params, methodname, encoding=self.__encoding,
                                  allow_none=self.__allow_none).encode(self.__encoding, 'xmlcharrefreplace')

                  response = self.__transport.request(
                      self.__host,
                      self.__handler,
                      request,
                      verbose=self.__verbose
                      )

                  return response

          Transport實現(xiàn)http細(xì)節(jié):

          class Transport:
              """Handles an HTTP transaction to an XML-RPC server."""
              def __init__(self, use_datetime=False, use_builtin_types=False,
                           *, headers=()):
                  self._use_datetime = use_datetime
                  self._use_builtin_types = use_builtin_types
                  self._connection = (None, None)
                  self._headers = list(headers)
                  self._extra_headers = []
              
              def request(self, host, handler, request_body, verbose=False):
                  http_conn = self.send_request(host, handler, request_body, verbose)
                  resp = http_conn.getresponse()
                  if resp.status == 200:
                      self.verbose = verbose
                      return self.parse_response(resp)
              
              def send_request(self, host, handler, request_body, debug):
                  connection = self.make_connection(host)
                  headers = self._headers + self._extra_headers
                  ...
                  connection.putrequest("POST", handler)
                  headers.append(("Content-Type""text/xml"))
                  headers.append(("User-Agent", self.user_agent))
                  self.send_headers(connection, headers)
                  self.send_content(connection, request_body)
                  return connection
              
              def make_connection(self, host):
                  if self._connection and host == self._connection[0]:
                      return self._connection[1]
                  # create a HTTP connection object from a host descriptor
                  chost, self._extra_headers, x509 = self.get_host_info(host)
                  self._connection = host, http.client.HTTPConnection(chost)
                  return self._connection[1]
              
              def parse_response(self, response):
                  stream = response
                  p, u = self.getparser()
                  while 1:
                      data = stream.read(1024)
                      if not data:
                          break
                      if self.verbose:
                          print("body:", repr(data))
                      p.feed(data)

                  if stream is not response:
                      stream.close()
                  p.close()

                  return u.close()
          • 使用http.client創(chuàng)建http連接
          • 使用send_request發(fā)送http請求
          • 使用parse_response解析http請求

          客戶端rpc協(xié)議實現(xiàn)

          在http協(xié)議上使用_Method包裝請求:

          class ServerProxy:
              def __getattr__(self, name):
                  # magic method dispatcher
                  return _Method(self.__request, name)
                  
          class _Method:
              # some magic to bind an XML-RPC method to an RPC server.
              # supports "nested" methods (e.g. examples.getStateName)
              def __init__(self, send, name):
                  self.__send = send
                  self.__name = name
              def __getattr__(self, name):
                  return _Method(self.__send, "%s.%s" % (self.__name, name))
              def __call__(self, *args):
                  return self.__send(self.__name, args)

          可以使用 server.currentTime.getCurrentTime() 發(fā)送請求,這是一個鏈?zhǔn)秸{(diào)用。server.currentTime會調(diào)用 ServerProxy.__getattr__ 得到一個_Method對象;繼續(xù)調(diào)用getCurrentTime會執(zhí)行 _Method.__getattr__ 又得到一個_Method對象,最后使用 getCurrentTime() 執(zhí)行這個method對象的call方法,會使用ServerProxy的call方法將請求發(fā)送出去。

          客戶端multi-call實現(xiàn)

          了解客戶端 single-call 實現(xiàn)后,繼續(xù)查看 multi-call,主要涉及下面3個類:

          class _MultiCallMethod:

              def __init__(self, call_list, name):
                  self.__call_list = call_list
                  self.__name = name
              def __getattr__(self, name):
                  return _MultiCallMethod(self.__call_list, "%s.%s" % (self.__name, name))
              def __call__(self, *args):
                  self.__call_list.append((self.__name, args))  # 添加一個call

          class MultiCallIterator:

              def __init__(self, results):
                  self.results = results

              def __getitem__(self, i):
                  item = self.results[i]
                  if type(item) == type({}):
                      raise Fault(item['faultCode'], item['faultString'])
                  elif type(item) == type([]):
                      return item[0]
                  else:
                      raise ValueError("unexpected type in multicall result")

          class MultiCall:

              def __init__(self, server):
                  self.__server = server
                  self.__call_list = []

              def __getattr__(self, name):
                  return _MultiCallMethod(self.__call_list, name)

              def __call__(self):
                  marshalled_list = []
                  for name, args in self.__call_list:
                      marshalled_list.append({'methodName' : name, 'params' : args})
                  # 最后執(zhí)行system.multical
                  return MultiCallIterator(self.__server.system.multicall(marshalled_list))

          代碼行數(shù)比較多,和Method一樣都是使用python的魔法函數(shù):call, getattr和getitem, 可以對比調(diào)用示例體會:

          multi = MultiCall(server)
          multi.getData()
          multi.pow(2,9)
          multi.add(1,2)
          for response in multi():
              print(response)

          xmlrpc序列化/反序列化

          rpc服務(wù)需要跨網(wǎng)絡(luò)傳輸,server和client之間的數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行序列化/反序列化。主要由Marshaller和Unmarshaller兩個類實現(xiàn):

          # client.py

          class Marshaller:
              ...

          class Unmarshaller:
              ...

          xmlrpc支持下面9種數(shù)據(jù)類型:

          • array
          • base64
          • boolean
          • date/time
          • double
          • integer
          • string
          • struct
          • nil

          一些數(shù)據(jù)類型的,比如double和nil在python中是不存在的。這2種數(shù)據(jù)的編/解碼如下:

          class Marshaller:
              
              def dump_double(self, value, write):
                  write("<value><double>")
                  write(repr(value))
                  write("</double></value>\n")
              dispatch[float] = dump_double
              
              def dump_nil (self, value, write):
                  if not self.allow_none:
                      raise TypeError("cannot marshal None unless allow_none is enabled")
                  write("<value><nil/></value>")
              dispatch[type(None)] = dump_nil
              

          class Unmarshaller:
              
              def end_double(self, data):
                  self.append(float(data)) # float
                  self._value = 0
              dispatch["double"] = end_double
              dispatch["float"] = end_double
              
              def end_nil (self, data):
                  self.append(None) # None
                  self._value = 0
              dispatch["nil"] = end_nil

          小結(jié)

          xmlrpc不考慮tcp協(xié)議的情況下,主要是2層模型,底層是http協(xié)議,上層是xmlrpc協(xié)議。http協(xié)議負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸;xmlrpc協(xié)議負(fù)責(zé)將rpc請求轉(zhuǎn)換成xml數(shù)據(jù),然后再反序列化成請求執(zhí)行。

          結(jié)構(gòu)

          參考鏈接

          • https://en.wikipedia.org/wiki/XML-RPC


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