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本文適合有 C++ 基礎(chǔ)的朋友

本文作者：HelloGitHub-Anthony

HelloGitHub 推出的《講解開源項目》系列，本期介紹基于 C++ 的 RPC 開源框架——rest_rpc，一個讓小白也可以快速（10 分鐘）開發(fā) RPC 服務(wù)的框架。

項目地址：https://github.com/qicosmos/rest_rpc

rest_rpc 是一個高性能、易用、跨平臺、header only 的 C++11 RPC 庫，它的目標是讓 TCP 通信變得非常簡單易用，即使不懂網(wǎng)絡(luò)通信的人也可以直接使用它、快速上手。同時使用者只需要關(guān)注自己的業(yè)務(wù)邏輯即可。

簡而言之 rest_rpc 能讓您能在沒有任何網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)知識的情況下通過幾行代碼快速編寫屬于自己的網(wǎng)絡(luò)程序，而且使用非常方便，是入門網(wǎng)絡(luò)編程及 RPC 框架的不二之選！

一、預(yù)備知識

1.1 什么是 RPC

RPC 是 Remote Procedure Call 即遠程過程調(diào)用的縮寫。

1.2 RPC 有什么用

舉個例子來講，有兩臺服務(wù)器 A、B 現(xiàn)在 A 上的程序想要遠程調(diào)用 B 上應(yīng)用提供的函數(shù)/方法，就需要通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸調(diào)用所需的消息。

但是消息的網(wǎng)絡(luò)傳輸涉及很多東西，例如：

客戶端和服務(wù)端間 TCP 連接的建立、維持和斷開
消息的序列化、編組
消息的網(wǎng)絡(luò)傳輸
消息的反序列化
等等

RPC 的作用就是屏蔽網(wǎng)絡(luò)相關(guān)操作，讓不在一個內(nèi)存空間，甚至不在一個機器內(nèi)的程序可以像調(diào)用普通函數(shù)一樣被調(diào)用。

1.3 rest_rpc 優(yōu)點

rest_rpc 有很多的優(yōu)點：

使用簡單
支持訂閱模式
允許 future 和 callback 兩種異步調(diào)用接口，滿足不同人群愛好

二、快速開始

rest_rpc 依賴 Boost 在使用之前應(yīng)正確安裝 Boost.

2.1 安裝

通過 git clone 命令將項目下載到本地：

git?clone?https://github.com/qicosmos/rest_rpc

2.2 目錄結(jié)構(gòu)

rest_rpc 項目根目錄中文件及其意義如表所示：

文件名	作用
doc	rest_rpc 性能測試報告
examples	rest_rpc 例子，包含 client 和 server 兩部分
include	rest_rpc 框架頭文件
third	msgpack 支持庫，用于用序列化和反序列化消息

2.3 運行例程

rest_rpc 例程為 visual studio 工程，客戶端和服務(wù)端例程分別存儲在 examples/client 和 examples/server 中，直接使用 visual studio 打開 basic_client.vcxproj 或 basic_server.vcxproj 后直接編譯即可，官方例程運行效果如圖：

注意：項目需要 Boost/asio 支持，如未安裝 Boost 需要先正確安裝 Boost后將 Boost 添加到工程。

工程中添加 Boost ?方法如下：

打開工程后點擊菜單欄中的 項目→屬性（快捷鍵 ?Alt+F7)
選擇左邊的 VC++ 目錄 選項，在右邊的 包含目錄 和 庫目錄 中添加 Boost 的 根目錄 和 依賴庫 后保存

我使用的為 Boost 1.75 安裝目錄為 D:\devPack\boost_1_75_0，配置過程如圖所示：

三、詳細教程

3.1 寫在前面

無論 服務(wù)端 還是 客戶端 都只用包含 include/rest_rpc.hpp 這一個文件即可。

所有示例代碼都是用了如下內(nèi)容作為框架：

#include?
#include?
#include?
using?namespace?rest_rpc;
using?namespace?rest_rpc::rpc_service;

int?main(){
????//?do?something
}

3.2 編寫服務(wù)端

生成一個能提供服務(wù)的客戶端要經(jīng)歷一下幾個過程：

rpc_server 對象的實例化，設(shè)置監(jiān)聽端口等屬性
服務(wù)函數(shù)的注冊，定義服務(wù)端提供哪些服務(wù)
服務(wù)的啟動

1）rpc_server

rpc_server 為 rest_rpc 服務(wù)端對象，負責注冊服務(wù)、發(fā)布訂閱、線程池管理等服務(wù)端基本功能，位于 rest_rpc::rpc_service 命名空間。

使用時需要先實例化一個 rpc_server 對象并提供監(jiān)聽端口、線程池大小，例如：

rpc_server?server(9000,?6);?//?監(jiān)聽?9000?端口，線程池大小為?6

2）服務(wù)端注冊與啟動

rpc_server 提供了 register_handler 方法注冊服務(wù)以及 run 方法啟動服務(wù)端，具體例子如下：

/*服務(wù)函數(shù)第一個參數(shù)必須為?rpc_conn，然后才是實現(xiàn)功能需要的參數(shù)（為可變參數(shù)，數(shù)量可變，也可以沒有*/
std::string?hello(rpc_conn?conn,?std::string?name){?
?/*可以為?void?返回類型，代表調(diào)用后不給遠程客戶端返回消息*/
????return?("Hello?"?+?name);?/*返回給遠程客戶端的內(nèi)容*/
}


int?main(){
????rpc_server?server(9000,?6);
????
????/*func_greet?為服務(wù)名，遠程調(diào)用通過服務(wù)名確定調(diào)用函數(shù)*/
????/*hello?為函數(shù)，綁定當前服務(wù)調(diào)用哪個函數(shù)*/
????server.register_handler("func_greet",?hello);
?
????server.run();//啟動服務(wù)端
????
????return?EXIT_SUCCESS;
}

其中 function 可以為 仿函數(shù) 或 lambda，例子分別如下：

使用仿函數(shù)：

/*仿函數(shù)方法*/

struct?test_func{
????std::string?hello(rpc_conn?conn){
????????return?"Hello?Github!";
????}
};


int?main(){
????test_func?greeting;
????rpc_server?server(9000,?6);
????
????/*greet?為服務(wù)名，遠程調(diào)用通過服務(wù)名確定調(diào)用函數(shù)*/
????/*test_func::hello?為函數(shù)，綁定當前服務(wù)調(diào)用哪個函數(shù)*/
????/*greeting?為實例化仿函數(shù)對象*/
????server.register_handler("greet",?&test_func::hello,?&greeting);
????
????server.run();//啟動服務(wù)端
????
????return?EXIT_SUCCESS;
}

使用 lambda 方法的例子：

/*使用?lambda?方法*/

int?main(){
????rpc_server?server(9000,?6);
????
????/*call_lambda?為服務(wù)名，遠程調(diào)用通過服務(wù)名確定調(diào)用函數(shù)*/
????/*[&server](rpc_conn?conn){...}?為?lambda?對象*/
????server.register_handler("call_lambda",?
????????????????????????????/*除?conn?外其他參數(shù)為可變參數(shù)*/
????????????????????????????[&server](rpc_conn?conn?/*其他參數(shù)可有可無*/)?{
????????????????????????????????std::cout?<"Hello?Github!"?<std::endl;
????????????????????????????????//?返回值可有可無
????????????????????????????});
????
????server.run();//啟動服務(wù)端
????
????return?EXIT_SUCCESS;
}

3）注冊異步服務(wù)

有時因為各種原因我們無法或者不希望一個遠程調(diào)用能同步返回（比如需要等待一個線程返回），這時候只需給 register_handler 方法一個 Async 模板參數(shù)（位于 rest_rpc 命名空間）：

/*異步服務(wù)返回類型為?void*/
void?async_greet(rpc_conn?conn,?const?std::string&?name)?{
????auto?req_id?=?conn.lock()->request_id();//?異步服務(wù)需要先保存請求?id

????//?這里新建了一個線程，代表異步處理了一些任務(wù)
????std::thread?thd([conn,?req_id,?name]?{
????????
????????std::string?ret?=?"Hello?"?+?name?+?",?Welcome?to?Hello?Github!";
????????
????????/*這里的?conn?是一個?weak_ptr*/
????????auto?conn_sp?=?conn.lock();//?使用?weak_ptr?的?lock?方法獲取一個?shared_ptr
????????
????????if?(conn_sp)?{
????????????/*操作完成，返回；std::move(ret)?為返回值*/
????????????conn_sp->pack_and_response(req_id,?std::move(ret));
????????}
????});
????
????thd.detach();
}

int?main(){
????rpc_server?server(9000,?6);
????
?server.register_handler("async_greet",?async_greet);//?使用?Async?作為模板參數(shù)
????
????server.run();//啟動服務(wù)端
????
????return?EXIT_SUCCESS;
}

rest_rpc 支持在同一個端口上注冊多個服務(wù)，例如：

server.register_handler("func_greet",?hello);
server.register_handler("greet",?&test_func::hello,?&greeting);
server.register_handler("call_lambda",?
????????????????????????/*除?conn?外其他參數(shù)為可變參數(shù)*/
????????????????????????[&server](rpc_conn?conn?/*其他參數(shù)可有可無*/)?{
????????????????????????????std::cout?<"Hello?Github!"?<std::endl;
????????????????????????????//?返回值可有可無
????????????????????????});
//?其他服務(wù)等等

server.run();

3.3 編寫客戶端

生成一個能進行遠程服務(wù)調(diào)用的客戶端要經(jīng)歷以下過程：

rpc_client 對象實例化，設(shè)定服務(wù)端地址與端口
連接服務(wù)端
調(diào)用服務(wù)

1）rpc_client

rpc_client 為 rest_rpc 客戶端對象，有連接服務(wù)端、調(diào)用服務(wù)端服務(wù)、序列化消息、反序列化消息等功能，位于 rest_rpc 命名空間。

使用時需要先實例化一個 rpc_client 對象，然后使用其提供的 connect 或 async_connect 方法來同步/異步的連接到服務(wù)器，如：

rpc_client?client;

bool?has_connected?=?client.connect("127.0.0.1",?9000);//同步連接，返回是否連接成功

client.async_connect("127.0.0.1",?9000);//異步連接，無返回值

當然，rpc_client 還提供了 enable_auto_reconnect 和 enable_auto_heartbeat 功能，用于不同情況下保持連接。

2）調(diào)用遠程服務(wù)

rpc_client 提供了 async_call 和 call 兩種方式來異步/同步的調(diào)用遠程服務(wù)，其中 async_call 又支持 callback 和 future 兩種處理返回消息的方法，這部分介紹同步調(diào)用方法 call。

在調(diào)用 call 方法時如果我們的服務(wù)有返回值則需要設(shè)定模板參數(shù)，比如遠程服務(wù)返回一個整數(shù)需要這樣指定返回值類型 call，如果不指定則代表無返回值。

在 編寫服務(wù)端 部分我們說過每個服務(wù)在注冊的時候都有一個名字，通過名字可以進行遠程服務(wù)的調(diào)用，現(xiàn)在我們調(diào)用 服務(wù)端 部分寫的第一個例子：

int?main(){
????/*?rest_rpc?在遇到錯誤（調(diào)用服務(wù)傳入?yún)?shù)和遠程服務(wù)需要參數(shù)不一致、連接失敗等）時會拋出異常*/
????try{

????????/*建立連接*/
????????rpc_client?client("127.0.0.1",?9000);//?IP?地址，端口號
????????/*設(shè)定超時?5s（不填默認為?3s），connect?超時返回?false，成功返回?true*/
????????bool?has_connected?=?client.connect(5);
????????/*沒有建立連接則退出程序*/
????????if?(!has_connected)?{
????????????std::cout?<"connect?timeout"?<std::endl;
????????????exit(-1);
????????}

????????/*調(diào)用遠程服務(wù)，返回歡迎信息*/
????????std::string?result?=?client.call<std::string>("func_greet",?"HG");//?func_greet?為事先注冊好的服務(wù)名，需要一個?name?參數(shù)，這里為?Hello?Github?的縮寫?HG
????????std::cout?<std::endl;

????}
????/*遇到連接錯誤、調(diào)用服務(wù)時參數(shù)不對等情況會拋出異常*/
????catch?(const?std::exception?&?e)?{
????????std::cout?<std::endl;
????}
????
????return?EXIT_SUCCESS;
}

當然，有些調(diào)用也許沒有任何消息返回，這是時候直接使用 client.call("xxx", ...) 即可，此時 call 方法返回類型為 void。

3）異步調(diào)用遠程服務(wù)

有些時候我們調(diào)用的遠程服務(wù)由于各種原因需要一些時間才能返回，這時候可以使用 rpc_client 提供的異步調(diào)用方法 async_call ，它默認為 callback 模式，模板參數(shù)為 timeout 時間，如想要使用 future 模式則需要特別指定。

callback 模式，回調(diào)函數(shù)形參要與例程中一樣，在調(diào)用之后需要加上 client.run()：

/*默認為?call?back?模式，模板參數(shù)代表?timeout?2000ms，async_call?參數(shù)順序為?服務(wù)名,?回調(diào)函數(shù),?調(diào)用服務(wù)需要的參數(shù)(數(shù)目類型不定)*/
/*timeout?不指定則默認為?5s，設(shè)定為?0?代表不檢查?timeout?*/
client.async_call<2000>("async_greet",?
??????????????????/*在遠程服務(wù)返回時自動調(diào)用該回調(diào)函數(shù)，注意形參只能這樣寫*/
??????????????????[&client](const?boost::system::error_code?&?ec,?string_view?data)?{
????????????????????????
????????????????????????auto?str?=?as<std::string>(data);
????????????????????????std::cout?<std::endl;
???????????????????},?
??????????????????"HG");//?echo?服務(wù)將傳入的參數(shù)直接返回
client.run();?//?啟動服務(wù)線程，等待返回

//?其余部分和?call?的使用方法一樣

Future 模式：

auto?f?=?client.async_call("async_greet",?"HG");

if?(f.wait_for(std::chrono::milliseconds(50))?==?std::future_status::timeout)?{
????std::cout?<"timeout"?<std::endl;
}
else?{
????auto?ret?=?f.get().as<std::string>();//?轉(zhuǎn)換為?string?對象，無返回值可以寫?f.get().as()
????std::cout?<std::endl;
}

3.4 序列化

使用 rest_rpc 時如果參數(shù)是標準庫相關(guān)對象則不需要單獨指定序列化方式，如果使用自定義對象，則需要使用 msgpack 定義序列化方式，例如要傳輸這樣一個結(jié)構(gòu)體：

struct?person?{
?int?id;
?std::string?name;
?int?age;
};

則需要加上 MSGPACK_DEFINE()：

/*
注意：無論是服務(wù)端還是客戶端都要進行這樣的操作
客戶端和服務(wù)端?MSGPACK_DEFINE()?中的填入的參數(shù)順序必須一致，這一點和?msgpack?的序列化方式有
如客戶端和服務(wù)端中?MSGPACK_DEFINE()?中參數(shù)順序不一致可能會導(dǎo)致解包時發(fā)生錯誤
*/
struct?person?{
?int?id;
?std::string?name;
?int?age;

?MSGPACK_DEFINE(id,?name,?age);//定義需要序列化的內(nèi)容
};

在對象中也是同理：

class?person{
????private:
?????int?id;
????????std::string?name;
????????int?age;
????public:
?????MSGPACK_DEFINE(id,?name,?age);//需要在?public?中
}

然后即可將 person 作為參數(shù)類型進行使用。

四、特點：發(fā)布/訂閱模式

rest_rpc 的一大特色就是提供了發(fā)布-訂閱模式，這個模式在客戶端和服務(wù)端之間需要不停傳輸消息時非常有用。

服務(wù)端 只需要使用 rpc_server 的 publish 或者 publish_by_token 方法即可發(fā)布一條訂閱消息，其中如果使用 token 則訂閱者需要使用相同的 token 才能訪問，例如：

int?main()?{
????rpc_server?server(9000,?6);

????std::thread?broadcast([&server]()?{
????????while?(true)?{
????????????/*發(fā)布訂閱消息，所有訂閱了?greet?的客戶端都可以獲得消息*/
????????????server.publish("greet",?"Hello?GitHub!");
????????????/*只有訂閱了?secret_greet?并且提供了?www.hellogithub.com?作為?token?才可以獲得消息*/
????????????server.publish_by_token("secret_greet",?"www.hellogithub.com",?"Hello?Github!?this?is?secret?message");

????????????std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));//?等待一秒
????????}
????});

????server.run();//啟動服務(wù)端

????return?EXIT_SUCCESS;
}

客戶端 只需使用 rpc_client 的 ?subscribe 方法即可：

void?test_subscribe()?{
????rpc_client?client;

????client.enable_auto_reconnect();//?自動重連
????client.enable_auto_heartbeat();//?自動心跳包
????bool?r?=?client.connect("127.0.0.1",?9000);
????if?(!r)?{
????????return;
????}

????//?直接訂閱，無?token
????client.subscribe("greet",?[](string_view?data)?{
????????std::cout?<std::endl;
????????});
????//?需要?token?才能正常獲得訂閱消息
????client.subscribe("secret_greet",?"www.hellogithub.com",?[](string_view?data)?{
????????std::cout?<std::endl;
????????});
????
????client.run();//?不斷運行
}

int?main()?{
????
????test_subscribe();

????return?EXIT_SUCCESS;
}

1）訂閱時傳輸自定義對象

如果有這樣一個對象需要傳輸：

struct?person?{
?int?id;
?std::string?name;
?int?age;

?MSGPACK_DEFINE(id,?name,?age);
};

服務(wù)端 直接將其作為一個參數(shù)即可，例如：

person?p{?1,?"tom",?20?};
server.publish("key",?p);

客戶端 需要進行 反序列化：

client.subscribe("key",?
?????????????????[](string_view?data)?{
?????????????????????msgpack_codec?codec;
?????????????????????
?????????????????????person?p?=?codec.unpack(data.data(),?data.size());
?????????????????????std::cout?<std::endl;
?????????????????});

五、最后

RPC 有很多成熟的工業(yè)框架如：

谷歌的 grpc
百度的 brpc 等

但是相較 rest_rpc 來講配置和使用較為復(fù)雜。新手將 rest_rpc 作為 RPC 的入門項目是一個非常好的選擇。

至此，相信你已經(jīng)掌握了 rest_rpc 的絕大部分功能，那么是時候動手搞一個 RPC 服務(wù)啦！

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