RPC框架

系统管理员 2022-01-28 08:29 356阅读 0赞

## 背景 ##

>  *  随着企业 IT 服务的不断发展，单台服务器逐渐无法承受用户日益增长的请求压力时，就需要多台服务器联合起来构成「服务集群」共同对外提供服务。
>  *  同时业务服务会随着产品需求的增多越来越肿，架构上必须进行服务拆分，一个完整的大型服务会被打散成很多很多独立的小服务，**每个小服务会由独立的进程去管理来对外提供服务**，**这就是「微服务」**。
>  *  当用户的请求到来时，我们需要将用户的请求分散到多个服务去各自处理，然后又需要将这些子服务的结果汇总起来呈现给用户。那么服务之间该使用何种方式进行交互就是需要解决的核心问题。**RPC 就是为解决服务之间信息交互而发明和存在的**。

## 什么是 RPC ？ ##

>  *  RPC (Remote Procedure Call)即**远程过程调用**，是分布式系统常见的一种通信方法。它允许程序调用另一个地址空间（通常是共享网络的另一台机器上）的过程或函数，而不用程序员显式编码这个远程调用的细节。
>  *  除 RPC 之外，常见的多系统数据交互方案还有分布式消息队列、HTTP 请求调用、数据库和分布式缓存等。
>  *  其中 RPC 和 HTTP 调用是没有经过中间件的，它们是端到端系统的直接数据交互。

**简单的说**

*  RPC就是从一台机器（客户端）上通过参数传递的方式调用另一台机器（服务器）上的一个函数或方法（可以统称为服务）并得到返回的结果。
 *  RPC会隐藏底层的通讯细节（不需要直接处理Socket通讯或Http通讯）。
 *  客户端发起请求，服务器返回响应（类似于Http的工作方式）RPC在使用形式上像调用本地函数（或方法）一样去调用远程的函数（或方法）。

## 为什么我们要用RPC? ##

RPC 的主要目标是让**构建分布式应用更容易**，在提供强大的远程调用能力时不损失本地调用的语义简洁性。为实现该目标，RPC 框架需提供一种透明调用机制让使用者不必显式的区分本地调用和远程调用。

## **RPC需要解决的三个问题** ##

> RPC要达到的目标：远程调用时，要能够像本地调用一样方便，让调用者感知不到远程调用的逻辑。

1.  **Call ID映射**。我们怎么告诉远程机器我们要**调用哪个函数呢**？在本地调用中，函数体是直接通过函数指针来指定的，我们调用具体函数，编译器就自动帮我们调用它相应的函数指针。但是在远程调用中，是无法调用函数指针的，因为两个进程的地址空间是完全不一样。所以，在RPC中，**所有的函数都必须有自己的一个ID**。这个ID在所有进程中都是唯一确定的。客户端在做远程过程调用时，必须附上这个ID。然后我们还需要在客户端和服务端分别维护一个 \{函数 <--> Call ID\} 的对应表。两者的表不一定需要完全相同，但相同的函数对应的Call ID必须相同。当客户端需要进行远程调用时，它就查一下这个表，找出相应的Call ID，然后把它传给服务端，服务端也通过查表，来确定客户端需要调用的函数，然后执行相应函数的代码。
2.  **序列化和反序列化**。客户端怎么把参数值传给远程的函数呢？在本地调用中，我们只需要把参数压到栈里，然后让函数自己去栈里读就行。但是在远程过程调用时，客户端跟服务端是不同的进程，**不能通过内存来传递参数**。甚至有时候客户端和服务端使用的都**不是同一种语言**（比如服务端用C++，客户端用Java或者Python）。这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流，传给服务端后，再把字节流转成自己能读取的格式。这个过程叫序列化和反序列化。同理，从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。
3.  **网络传输**。远程调用往往是基于网络的，客户端和服务端是通过网络连接的。所有的数据都需要通过网络传输，因此就需要有一个网络传输层。网络传输层需要把Call ID和序列化后的参数字节流传给服务端，然后再把序列化后的调用结果传回客户端。只要能完成这两者的，都可以作为传输层使用。因此，它所使用的协议其实是不限的，能完成传输就行。尽管大部分RPC框架都使用TCP协议，但其实UDP也可以，而gRPC干脆就用了HTTP2。Java的Netty也属于这层的东西。

## **实现高可用RPC框架需要考虑到的问题** ##

> 要实现一个RPC不算难，难的是实现一个高性能高可靠的RPC框架

1.  既然系统采用分布式架构，那一个服务势必会有多个实例，要解决**如何获取实例的问题**。所以需要一个服务注册中心，比如在Dubbo中，就可以使用Zookeeper作为注册中心，在调用时，从Zookeeper获取服务的实例列表，再从中选择一个进行调用；
2.  如何选择实例呢？就要考虑负载均衡，例如dubbo提供了4种负载均衡策略；
3.  如果每次都去注册中心查询列表，效率很低，那么就要加缓存；
4.  客户端总不能每次调用完都等着服务端返回数据，所以就要支持异步调用；
5.  服务端的接口修改了，老的接口还有人在用，这就需要版本控制；
6.  服务端总不能每次接到请求都马上启动一个线程去处理，于是就需要线程池；

## 理论结构模型 ##

![Image 1][]

image

RPC 服务端通过RpcServer去导出（export）远程接口方法，而客户端通过RpcClient去导入（import）远程接口方法。客户端像调用本地方法一样去调用远程接口方法，**RPC 框架提供接口的代理实现**，实际的调用将委托给代理RpcProxy。代理封装调用信息并将调用转交给RpcInvoker去实际执行。在客户端的RpcInvoker通过连接器RpcConnector去维持与服务端的通道RpcChannel，并使用RpcProtocol执行协议编码（encode）并将编码后的请求消息通过通道发送给服务端。

RPC 服务端接收器RpcAcceptor接收客户端的调用请求，同样使用RpcProtocol执行协议解码（decode）。

解码后的调用信息传递给RpcProcessor去控制处理调用过程，最后再委托调用给RpcInvoker去实际执行并返回调用结果。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>组 件</th> 
   <th>功 能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>PrcServer</td> 
   <td>负责导出（export）远程接口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcClient</td> 
   <td>负责导入（import）远程接口的代理实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcProxy</td> 
   <td>远程接口的代理实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcInvoker</td> 
   <td>客户端：负责编码调用信息和发送调用请求到服务端并等待调用结果返回;服务端：负责调用服务端接口的具体实现并返回调用结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcProtocol</td> 
   <td>负责协议编/解码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcConnector</td> 
   <td>负责维持客户端和服务端的连接通道和发送数据到服务端</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcAcceptor</td> 
   <td>负责接收客户端请求并返回请求结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcProcessor</td> 
   <td>负责在服务端控制调用过程，包括管理调用线程池、超时时间等</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>RpcChannel</td> 
   <td>数据传输通道</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>————————</td> 
   <td>-</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 主流的RPC框架 ##

### 服务治理型 ###

*  **dubbo**：是阿里巴巴公司开源的一个Java高性能优秀的服务框架，使得应用可通过高性能的 RPC 实现服务的输出和输入功能，可以和 Spring框架无缝集成。dubbo 已经与12年年底停止维护升级。
 *  **dubbox**：是当当团队基于dubbo升级的一个版本。是一个分布式的服务架构，可直接用于生产环境作为SOA服务框架。[dubbox资源链接][dubbox]
 *  **motan**：是新浪微博开源的一个Java框架。它诞生的比较晚，起于2013年，2016年5月开源。Motan 在微博平台中已经广泛应用，每天为数百个服务完成近千亿次的调用。[motan资源链接][motan]

### 多语言型 ###

*  **gRPC**:是Google开发的高性能、通用的开源RPC框架，其由Google主要面向移动应用开发并基于HTTP/2协议标准而设计，基于ProtoBuf(Protocol Buffers)序列化协议开发，且支持众多开发语言。本身它不是分布式的，所以要实现上面的框架的功能需要进一步的开发。[gRPC资源链接][gRPC]
 *  **thrift**：是Apache的一个跨语言的高性能的服务框架，也得到了广泛的应用。[Thrift文档][Thrift]

文章来源：[https://www.jianshu.com/p/28e48e5f9c73][https_www.jianshu.com_p_28e48e5f9c73]

[Image 1]: 
[dubbox]: http://dubbo.apache.org/en-us/
[motan]: https://github.com/weibocom/motan/wiki/zh_quickstart
[gRPC]: http://doc.oschina.net/grpc?t=60134
[Thrift]: http://thrift.apache.org/docs/
[https_www.jianshu.com_p_28e48e5f9c73]: https://www.jianshu.com/p/28e48e5f9c73