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? ? ? ?在學(xué)校期間大家都寫過不少程序，比如寫個(gè)hello world服務(wù)類，然后本地調(diào)用下，如下所示。這些程序的特點(diǎn)是服務(wù)消費(fèi)方和服務(wù)提供方是本地調(diào)用關(guān)系。

　　而一旦踏入公司尤其是大型互聯(lián)網(wǎng)公司就會發(fā)現(xiàn)，公司的系統(tǒng)都由成千上萬大大小小的服務(wù)組成，各服務(wù)部署在不同的機(jī)器上，由不同的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。這時(shí)就會遇到兩個(gè)問題：1）要搭建一個(gè)新服務(wù)，免不了需要依賴他人的服務(wù)，而現(xiàn)在他人的服務(wù)都在遠(yuǎn)端，怎么調(diào)用？2）其它團(tuán)隊(duì)要使用我們的新服務(wù)，我們的服務(wù)該怎么發(fā)布以便他人調(diào)用？下文將對這兩個(gè)問題展開探討。

public interface HelloWorldService {String sayHello(String msg); } public class HelloWorldServiceImpl implements HelloWorldService {@Overridepublic String sayHello(String msg) {String result = "hello world " + msg;System.out.println(result);return result;} } public class Test {public static void main(String[] args) {HelloWorldService helloWorldService = new HelloWorldServiceImpl();helloWorldService.sayHello("test");} }

1.?如何調(diào)用他人的遠(yuǎn)程服務(wù)？

? ? ? ? 由于各服務(wù)部署在不同機(jī)器，服務(wù)間的調(diào)用免不了網(wǎng)絡(luò)通信過程，服務(wù)消費(fèi)方每調(diào)用一個(gè)服務(wù)都要寫一坨網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的代碼，不僅復(fù)雜而且極易出錯(cuò)。

　　如果有一種方式能讓我們像調(diào)用本地服務(wù)一樣調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)，而讓調(diào)用者對網(wǎng)絡(luò)通信這些細(xì)節(jié)透明，那么將大大提高生產(chǎn)力，比如服務(wù)消費(fèi)方在執(zhí)行helloWorldService.sayHello("test")時(shí)，實(shí)質(zhì)上調(diào)用的是遠(yuǎn)端的服務(wù)。這種方式其實(shí)就是RPC（Remote Procedure Call Protocol），在各大互聯(lián)網(wǎng)公司中被廣泛使用，如阿里巴巴的hsf、dubbo（開源）、Facebook的thrift（開源）、Google grpc（開源）、Twitter的finagle（開源）等。

　　要讓網(wǎng)絡(luò)通信細(xì)節(jié)對使用者透明，我們需要對通信細(xì)節(jié)進(jìn)行封裝，我們先看下一個(gè)RPC調(diào)用的流程涉及到哪些通信細(xì)節(jié)：

1）服務(wù)消費(fèi)方（client）調(diào)用以本地調(diào)用方式調(diào)用服務(wù)；

2）client stub接收到調(diào)用后負(fù)責(zé)將方法、參數(shù)等組裝成能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南Ⅲw；

3）client stub找到服務(wù)地址，并將消息發(fā)送到服務(wù)端；

4）server stub收到消息后進(jìn)行解碼；

5）server stub根據(jù)解碼結(jié)果調(diào)用本地的服務(wù)；

6）本地服務(wù)執(zhí)行并將結(jié)果返回給server stub；

7）server stub將返回結(jié)果打包成消息并發(fā)送至消費(fèi)方；

8）client stub接收到消息，并進(jìn)行解碼；

9）服務(wù)消費(fèi)方得到最終結(jié)果。

? ? ??RPC的目標(biāo)就是要2~8這些步驟都封裝起來，讓用戶對這些細(xì)節(jié)透明。

1.1 怎么做到透明化遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用？

　　怎么封裝通信細(xì)節(jié)才能讓用戶像以本地調(diào)用方式調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)呢？對java來說就是使用代理！java代理有兩種方式：1） jdk 動態(tài)代理；2）字節(jié)碼生成。盡管字節(jié)碼生成方式實(shí)現(xiàn)的代理更為強(qiáng)大和高效，但代碼維護(hù)不易，大部分公司實(shí)現(xiàn)RPC框架時(shí)還是選擇動態(tài)代理方式。

　　下面簡單介紹下動態(tài)代理怎么實(shí)現(xiàn)我們的需求。我們需要實(shí)現(xiàn)RPCProxyClient代理類，代理類的invoke方法中封裝了與遠(yuǎn)端服務(wù)通信的細(xì)節(jié)，消費(fèi)方首先從RPCProxyClient獲得服務(wù)提供方的接口，當(dāng)執(zhí)行helloWorldService.sayHello("test")方法時(shí)就會調(diào)用invoke方法。

public class RPCProxyClient implements java.lang.reflect.InvocationHandler{private Object obj;public RPCProxyClient(Object obj){this.obj=obj;}/*** 得到被代理對象;*/public static Object getProxy(Object obj){return java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(), new RPCProxyClient(obj));}/*** 調(diào)用此方法執(zhí)行*/public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)throws Throwable {//結(jié)果參數(shù);Object result = new Object();// ...執(zhí)行通信相關(guān)邏輯// ...return result;} } public class Test {public static void main(String[] args) {HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService)RPCProxyClient.getProxy(HelloWorldService.class);helloWorldService.sayHello("test");} }

1.2 ?怎么對消息進(jìn)行編碼和解碼？

1.2.1 確定消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

上節(jié)講了invoke里需要封裝通信細(xì)節(jié)，而通信的第一步就是要確定客戶端和服務(wù)端相互通信的消息結(jié)構(gòu)。客戶端的請求消息結(jié)構(gòu)一般需要包括以下內(nèi)容：

1）接口名稱

　　在我們的例子里接口名是“HelloWorldService”，如果不傳，服務(wù)端就不知道調(diào)用哪個(gè)接口了；

2）方法名

　　一個(gè)接口內(nèi)可能有很多方法，如果不傳方法名服務(wù)端也就不知道調(diào)用哪個(gè)方法；

3）參數(shù)類型&參數(shù)值

　　參數(shù)類型有很多，比如有bool、int、long、double、string、map、list，甚至如struct（class）；

　　以及相應(yīng)的參數(shù)值；

4）超時(shí)時(shí)間

5）requestID，標(biāo)識唯一請求id，在下面一節(jié)會詳細(xì)描述requestID的用處。

　　同理服務(wù)端返回的消息結(jié)構(gòu)一般包括以下內(nèi)容。

1）返回值

2）狀態(tài)code

3）requestID?

1.2.2?序列化

　　一旦確定了消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，下一步就是要考慮序列化與反序列化了。

　　什么是序列化？序列化就是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο筠D(zhuǎn)換成二進(jìn)制串的過程，也就是編碼的過程。

　　什么是反序列化？將在序列化過程中所生成的二進(jìn)制串轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對象的過程。

　　為什么需要序列化？轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制串后才好進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸嘛！

　　為什么需要反序列化？將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為對象才好進(jìn)行后續(xù)處理！

　　現(xiàn)如今序列化的方案越來越多，每種序列化方案都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，它們在設(shè)計(jì)之初有自己獨(dú)特的應(yīng)用場景，那到底選擇哪種呢？從RPC的角度上看，主要看三點(diǎn)：1）通用性，比如是否能支持Map等復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；2）性能，包括時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，由于RPC框架將會被公司幾乎所有服務(wù)使用，如果序列化上能節(jié)約一點(diǎn)時(shí)間，對整個(gè)公司的收益都將非常可觀，同理如果序列化上能節(jié)約一點(diǎn)內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)帶寬也能省下不少；3）可擴(kuò)展性，對互聯(lián)網(wǎng)公司而言，業(yè)務(wù)變化飛快，如果序列化協(xié)議具有良好的可擴(kuò)展性，支持自動增加新的業(yè)務(wù)字段，而不影響老的服務(wù)，這將大大提供系統(tǒng)的靈活度。

　　目前互聯(lián)網(wǎng)公司廣泛使用Protobuf、Thrift、Avro等成熟的序列化解決方案來搭建RPC框架，這些都是久經(jīng)考驗(yàn)的解決方案。

1.3 ?通信

　　消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被序列化為二進(jìn)制串后，下一步就要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信了。目前有兩種常用IO通信模型：1）BIO；2）NIO。一般RPC框架需要支持這兩種IO模型，原理可參考：一個(gè)故事講清楚NIO。

　　如何實(shí)現(xiàn)RPC的IO通信框架呢？1）使用java nio方式自研，這種方式較為復(fù)雜，而且很有可能出現(xiàn)隱藏bug，但也見過一些互聯(lián)網(wǎng)公司使用這種方式；2）基于mina，mina在早幾年比較火熱，不過這些年版本更新緩慢；3）基于netty，現(xiàn)在很多RPC框架都直接基于netty這一IO通信框架，省力又省心，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Twitter的finagle等。

1.4 ?消息里為什么要有 requestID ？

? ? ? ?如果使用netty的話，一般會用channel.writeAndFlush()方法來發(fā)送消息二進(jìn)制串，這個(gè)方法調(diào)用后對于整個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用(從發(fā)出請求到接收到結(jié)果)來說是一個(gè)異步的，即對于當(dāng)前線程來說，將請求發(fā)送出來后，線程就可以往后執(zhí)行了，至于服務(wù)端的結(jié)果，是服務(wù)端處理完成后，再以消息的形式發(fā)送給客戶端的。于是這里出現(xiàn)以下兩個(gè)問題：

1）怎么讓當(dāng)前線程“暫停”，等結(jié)果回來后，再向后執(zhí)行？

2）如果有多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程方法調(diào)用，這時(shí)建立在client server之間的socket連接上會有很多雙方發(fā)送的消息傳遞，前后順序也可能是隨機(jī)的，server處理完結(jié)果后，將結(jié)果消息發(fā)送給client，client收到很多消息，怎么知道哪個(gè)消息結(jié)果是原先哪個(gè)線程調(diào)用的？

　　如下圖所示，線程A和線程B同時(shí)向client socket發(fā)送請求requestA和requestB，socket先后將requestB和requestA發(fā)送至server，而server可能將responseA先返回，盡管requestA請求到達(dá)時(shí)間更晚。我們需要一種機(jī)制保證responseA丟給ThreadA，responseB丟給ThreadB。

怎么解決呢？

1）client線程每次通過socket調(diào)用一次遠(yuǎn)程接口前，生成一個(gè)唯一的ID，即requestID（requestID必需保證在一個(gè)Socket連接里面是唯一的），一般常常使用AtomicLong從0開始累計(jì)數(shù)字生成唯一ID；

2）將處理結(jié)果的回調(diào)對象callback，存放到全局ConcurrentHashMap里面put(requestID, callback)；

3）當(dāng)線程調(diào)用channel.writeAndFlush()發(fā)送消息后，緊接著執(zhí)行callback的get()方法試圖獲取遠(yuǎn)程返回的結(jié)果。在get()內(nèi)部，則使用synchronized獲取回調(diào)對象callback的鎖，再先檢測是否已經(jīng)獲取到結(jié)果，如果沒有，然后調(diào)用callback的wait()方法，釋放callback上的鎖，讓當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)。

4）服務(wù)端接收到請求并處理后，將response結(jié)果（此結(jié)果中包含了前面的requestID）發(fā)送給客戶端，客戶端socket連接上專門監(jiān)聽消息的線程收到消息，分析結(jié)果，取到requestID，再從前面的ConcurrentHashMap里面get(requestID)，從而找到callback對象，再用synchronized獲取callback上的鎖，將方法調(diào)用結(jié)果設(shè)置到callback對象里，再調(diào)用callback.notifyAll()喚醒前面處于等待狀態(tài)的線程。

public Object get() {synchronized (this) { // 旋鎖while (!isDone) { // 是否有結(jié)果了wait(); //沒結(jié)果是釋放鎖，讓當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)}}} private void setDone(Response res) {this.res = res;isDone = true;synchronized (this) { //獲取鎖，因?yàn)榍懊鎤ait()已經(jīng)釋放了callback的鎖了notifyAll(); // 喚醒處于等待的線程}}

2 如何發(fā)布自己的服務(wù)？

? ? ? ? 如何讓別人使用我們的服務(wù)呢？有同學(xué)說很簡單嘛，告訴使用者服務(wù)的IP以及端口就可以了啊。確實(shí)是這樣，這里問題的關(guān)鍵在于是自動告知還是人肉告知。

　　人肉告知的方式：如果你發(fā)現(xiàn)你的服務(wù)一臺機(jī)器不夠，要再添加一臺，這個(gè)時(shí)候就要告訴調(diào)用者我現(xiàn)在有兩個(gè)ip了，你們要輪詢調(diào)用來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡；調(diào)用者咬咬牙改了，結(jié)果某天一臺機(jī)器掛了，調(diào)用者發(fā)現(xiàn)服務(wù)有一半不可用，他又只能手動修改代碼來刪除掛掉那臺機(jī)器的ip。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)然不會使用人肉方式。

　　有沒有一種方法能實(shí)現(xiàn)自動告知，即機(jī)器的增添、剔除對調(diào)用方透明，調(diào)用者不再需要寫死服務(wù)提供方地址？當(dāng)然可以，現(xiàn)如今zookeeper被廣泛用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)自動注冊與發(fā)現(xiàn)功能！

　　簡單來講，zookeeper可以充當(dāng)一個(gè)服務(wù)注冊表（Service Registry），讓多個(gè)服務(wù)提供者形成一個(gè)集群，讓服務(wù)消費(fèi)者通過服務(wù)注冊表獲取具體的服務(wù)訪問地址（ip+端口）去訪問具體的服務(wù)提供者。如下圖所示：

　　具體來說，zookeeper就是個(gè)分布式文件系統(tǒng)，每當(dāng)一個(gè)服務(wù)提供者部署后都要將自己的服務(wù)注冊到zookeeper的某一路徑上:?/{service}/{version}/{ip:port}, 比如我們的HelloWorldService部署到兩臺機(jī)器，那么zookeeper上就會創(chuàng)建兩條目錄：分別為/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.01:16888 ?/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.02:16888。

　　zookeeper提供了“心跳檢測”功能，它會定時(shí)向各個(gè)服務(wù)提供者發(fā)送一個(gè)請求（實(shí)際上建立的是一個(gè) Socket 長連接），如果長期沒有響應(yīng)，服務(wù)中心就認(rèn)為該服務(wù)提供者已經(jīng)“掛了”，并將其剔除，比如100.19.20.02這臺機(jī)器如果宕機(jī)了，那么zookeeper上的路徑就會只剩/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.01:16888。

　　服務(wù)消費(fèi)者會去監(jiān)聽相應(yīng)路徑（/HelloWorldService/1.0.0），一旦路徑上的數(shù)據(jù)有任務(wù)變化（增加或減少），zookeeper都會通知服務(wù)消費(fèi)方服務(wù)提供者地址列表已經(jīng)發(fā)生改變，從而進(jìn)行更新。

　　更為重要的是zookeeper與生俱來的容錯(cuò)容災(zāi)能力（比如leader選舉），可以確保服務(wù)注冊表的高可用性。

3 小結(jié)

RPC 幾乎是每一個(gè)從學(xué)校進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)公司的同學(xué)都要首先學(xué)習(xí)的框架，之前面試過一個(gè)在大型互聯(lián)網(wǎng)公司工作過兩年的同學(xué)，對RPC 還是停留在使用層面，這是不應(yīng)該的，希望大家不僅要會用而且要知道內(nèi)部的原理。本文也僅是對RPC的一個(gè)比較粗糙的描述，希望對大家有所幫助，錯(cuò)誤之處也請指出修正。

4 一些開源的RPC框架

https://github.com/alibaba/dubbo

http://thrift.apache.org/?cm_mc_uid=87762817217214314008006&cm_mc_sid_50200000=1444181090

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的RPC 【Remote Procedure Call】 原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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