Dubbo之手写RPC框架

Love The Way You Lie 2022-12-10 03:53 249阅读 0赞

建议从[Dubbo之@SPI][Dubbo_SPI]开始看。

> **关键词：**[Dubbo][]    [RPC][]

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纯手写实现一个简单的RPC调用，帮助更好地学习和理解Dubbo

**RPC-远程过程调用**，我感觉可以理解成**客户端（即消费者）**通过**TCP**加上特定的**消息协议**访问**服务端（即提供者）**，服务端根据消息协议内容调用本地方法并响应给客户端。就好像浏览器采用http协议，通过TCP传输去调用服务端接口一样，只不过http调用的是服务端的接口，接口其实对应着某个特定的方法。而RPC则直接调用服务端的方法。

关于协议：协议就是双方约定好的一种消息格式，这样发送消息的人发送出去的消息，接收消息的人才能够认识。就好比，两个人通信，发信人用的是中文，收信人呢就去查看新华字典来一个个读取信件中的内容，然后便知道和理解发信人的目的和行为了。你想想，如果此时的收信人拿出一本牛津词典查来查去，他是如论如何都不会理解中文的信件的。这里的新华字典就好比协议。

通过简单的代码来实现简单的RPC调用，这样更有助于理解和使用Dubbo，Dubbo包装了很多功能，理解起来还是蛮困难的。我感觉就像上面说的那样，本质还是TCP调用。TCP是传输层的协议了，比较底层，在JAVA中对应着就是Socket和ServerSocket。

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# **█ 总体认识** #

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl81MDUxODI3MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

*  我代码都放在一个模块里面了，实际的项目中，客户端代码和服务端代码是分开的，有可能就是放在不同的服务器上。公共代码是客户端和服务端都需要的。
 *  客户端代码就是消费者，也就是服务的调用方；服务端代码就是提供者，也就是服务的提供者

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# **█ 公共代码** #

package common;
    
    /**
     *
     * 接口，面向接口调用。客户端调用的是接口的代理，
     * 服务端真正调用接口的实现类（即CatService或DogService）
     *
     */
    public interface AnimalService {
    
        String say();
    
        int age(int age);
    
    }

**协议**类，客户端和服务端都需要使用。客户端根据协议的规定格式创建请求信息，服务端根据协议的规定格式解析请求内容。我这里的协议比较简单，就是字符串拼接，包含了请求的接口，方法和参数等信息（这样都是定位到调用的具体方法必不可少的条件）。dubbo-start的作用是用来标识一段请求消息的内容的。当多个客户端同时请求了服务端，服务端获取到的请求内容可能会被放到同一个字节数组里面，这样dubbo-start方面拆分每一条请求。请求的唯一标识的作用差不多，能够方便客户端解析响应消息的时候，对应上自己的哪一次请求。

package common;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.HashMap;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    
    /**
     * 协议类，用于组装、拆解交流的信息
     *
     * 协议规定：一个请求必须以dubbo-start开头，第二个是请求的唯一标识 第三个是类的全限定名，第四个是方法名 第五个是参数类型列表
     * 第六个是参数值，（参数类型和参数值，多个用逗号分割）
     * 值与值中间用一个空行分割
     *
     */
    public class Protocol {
    
        /**
         * 构建请求信息，即客户端按照协议规定的格式构建请求信息
         * @param requestId 请求唯一标识
         * @param targetClass 请求的目标类
         * @param methodName 请求的目标方法
         * @param paramTypes 目标方法的参数类型
         * @param paramValues 传给目标方法的参数
         * @return
         */
        public byte[] packRequest(String requestId, Class targetClass, String methodName, Class[] paramTypes, Object[] paramValues) {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            // 拼接协议信息
            sb.append("dubbo-start").append(" ").append(requestId).append(" ").append(targetClass.getName()).append(" ").
                    append(methodName).append(" ");
    
            // 处理参数类型
            if (paramTypes!=null && paramTypes.length>0) {
                StringBuilder paramType = new StringBuilder();
                for (Class type : paramTypes) {
                    paramType.append(type.getName()).append(",");
                }
                // 去掉结尾的逗号
                String substring = paramType.toString().substring(0, paramType.toString().length() - 1);
                sb.append(substring).append(" ");
            }
            // 处理参数值
            if (paramValues!=null && paramValues.length>0) {
                StringBuilder paramValue = new StringBuilder();
                for (Object value : paramValues) {
                    paramValue.append(value).append(",");
                }
                // 去掉结尾的逗号
                String substring = paramValue.toString().substring(0, paramValue.toString().length() - 1);
                sb.append(substring);
            }
            return sb.toString().getBytes();
        }
    
        /**
         * 拆解请求信息，即服务端解析客户端的请求信息
         * @param bytes
         * @param len
         * @return
         */
        public Map<String, Object> unpackRequest(byte[] bytes, int len) {
            Map<String, Object> map = new HashMap<>();
            String recv = new String(bytes, 0, len);
            // 根据协议约定，按照空格分隔各个请求信息
            String[] split = recv.split(" ");
            System.out.println("请求信息："+split);
            // 请求ID
            map.put(Const.REQUEST_ID, split[1]);
            // 接口名
            map.put(Const.INTERFACE_NAME, split[2]);
            // 方法名
            map.put(Const.METHOD_NAME, split[3]);
            // 参数类型
            List<Class> paramTypelist = new ArrayList<>();
            if (split.length>4 && split[4]!=null) {
                String[] types = split[4].split(",");
                for (String type : types) {
                    paramTypelist.add(convertParamType(type));
                }
                map.put(Const.PARAM_TYPES, paramTypelist);
            }
            // 参数值
            if (split.length>5 && split[5]!=null) {
                String[] values = split[5].split(",");
                List<Object> valueList = new ArrayList<>(values.length);
                for (int i=0; i<values.length; i++) {
                    valueList.add(convertParamValue(paramTypelist.get(i), values[i]));
                }
                map.put(Const.PARAM_VALUES, valueList);
            }
    
            return map;
        }
    
        /**
         * 参数类型转换
         * @param type
         * @return
         */
        private Class convertParamType(String type) {
            // 简单地举了几个例子
            if ("int".equals(type)) {
                return int.class;
            } else if ("java.util.ArrayList".equals(type) || "ArrayList".equals(type)) {
                return ArrayList.class;
            }
            return String.class;
        }
    
        /**
         * 参数值转换。解析的时候都转成了字符串，
         * 这里需要根据参数具体的类型转换
         * @param type
         * @param value
         * @return
         */
        private Object convertParamValue(Class type, String value) {
            // 简单的举了几个例子
            if (type==int.class) {
                return Integer.parseInt(value);
            } else if (type==double.class) {
                return Double.parseDouble(value);
            }
            return value;
        }
    
    }

package common;
    
    /**
     *
     * 常量类，抽出字符串
     *
     */
    public class Const {
    
        // 请求ID
        public static final String REQUEST_ID = "requestId";
    
        // 请求目标接口类型
        public static final String INTERFACE_NAME = "interfaceName";
    
        // 请求目标方法
        public static final String METHOD_NAME = "methodName";
    
        // 请求方法参数类型
        public static final String PARAM_TYPES = "paramTypes";
    
        // 请求方法参数值
        public static final String PARAM_VALUES = "paramValues";
    
    }

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# **█ 服务端** #

Service-包装了服务发布的功能，即通过创建的**ServerSocket**来接收和响应客户端的请求。

package server;
    
    import common.Const;
    import common.Protocol;
    
    import java.io.InputStream;
    import java.io.OutputStream;
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    
    /**
     *
     * 包装服务端服务发布的功能
     * 
     */
    public class Service<T> {
        // 用于存放接口和实现类对象的关系，作为服务端服务字典，方便查找
        private static ConcurrentHashMap<String, Object> beanMap = new ConcurrentHashMap<>();
        // 协议，在服务端，协议的作用就是解析消费端发送过来的消息
        private Protocol protocol = new Protocol();
    
        // 接口的实现类
        private T obejct;
        // 接口类型
        private Class interfaceClass;
    
        public Service(Class interfaceClass, T object) {
            // 前置校验，借实现类是否实现了接口
            boolean assignableFrom = interfaceClass.isAssignableFrom(object.getClass());
            if (!assignableFrom) {
                throw new IllegalArgumentException("object 必须实现interfaceClass接口");
            }
            this.interfaceClass = interfaceClass;
            this.obejct = object;
            // 缓存起来，方便客户端调用的时候，查找目标类
            beanMap.put(interfaceClass.getName(), object);
        }
    
        public void export() {
            try {
                ServerSocket serverSocket = ServiceServer.getServerSocket();
                while (true) {
                    // 这里会阻塞，等待客户端的连接
                    Socket socket = serverSocket.accept();
                    // 响应结果
                    byte[] result = new byte[1];
                    // 接收消费者的请求
                    InputStream inputStream = socket.getInputStream();
                    byte[] recv = new byte[1024];
                    // 这里会阻塞，等待客户端的请求信息
                    int len = inputStream.read(recv);
                    // 根据协议，转换请求信息
                    Map<String, Object> requestMap = protocol.unpackRequest(recv, len);
                    // 获取调用的接口
                    Object interfaceName = requestMap.get(Const.INTERFACE_NAME);
                    // 获取接口实现类对象
                    Object object = beanMap.get(interfaceName);
                    if (object==null) {
                        result = "请求的接口不存在".getBytes();
                    } else {
                        // 方法名
                        Object methodName = requestMap.get(Const.METHOD_NAME);
                        // 参数类型
                        Class[] paramTypes = null;
                        List<Class> paramTypeList = (List<Class>)requestMap.get(Const.PARAM_TYPES);
                        if (paramTypeList!=null && paramTypeList.size()>0) {
                            paramTypes = paramTypeList.toArray(new Class[paramTypeList.size()]);
                        }
                        // 参数值
                        Object[] paramValues = null;
                        List<Object> paramValueList = (List<Object>)requestMap.get(Const.PARAM_VALUES);
                        if (paramValueList!=null && paramValueList.size()>0) {
                            paramValues = paramValueList.toArray();
                        }
                        // 获取到调用的方法
                        Method method = object.getClass().getMethod(methodName.toString(), paramTypes);
                        // 方法调用结果
                        Object invoke = method.invoke(object, paramValues);
                        if (invoke!=null) {
                            result = invoke.toString().getBytes();
                        }
                    }
                    // 将结果返回给客户端
                    OutputStream os = socket.getOutputStream();
                    os.write(result);
                    os.flush();
                    os.close();
                    inputStream.close();
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }

package server;
    
    import java.net.ServerSocket;
    
    /**
     * 创建ServerSocket，暴露服务
     * 多次服务暴露，都使用一个ServerSocket
     * 这里的端口号就固定写了8899
     *
     */
    public class ServiceServer {
    
        private static volatile ServerSocket serverSocket;
    
        private ServiceServer() {
            throw new IllegalStateException();
        }
    
        /**
         * 创建一个ServerSocket，用于暴露服务。
         * @return
         */
        public static ServerSocket getServerSocket() {
            if (serverSocket==null) {
                synchronized (ServiceServer.class) {
                    if (serverSocket==null) {
                        try {
                            // 因为没有注册中心的功能，没法让消费者去感知服务的端口，这里端口就写死了
                            serverSocket = new ServerSocket(8899);
                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
            return serverSocket;
        }
    
    }

package server;
    
    import common.AnimalService;
    
    public class DogService implements AnimalService {
    
        @Override
        public String say() {
            return "this is a dog";
        }
    
        @Override
        public int age(int age) {
            return age;
        }
        
    }

package server;
    
    import common.AnimalService;
    
    public class CatService implements AnimalService {
    
        @Override
        public String say() {
            return "this is a cat";
        }
    
        @Override
        public int age(int age) {
            return age + 10;
        }
        
    }

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# **█ 客户端** #

package client;
    
    import common.Protocol;
    
    import java.io.InputStream;
    import java.io.OutputStream;
    import java.lang.reflect.InvocationHandler;
    import java.lang.reflect.Method;
    import java.lang.reflect.Proxy;
    import java.net.Socket;
    import java.util.UUID;
    
    /**
     * 服务端调用代理类
     * 客户端并不知道在服务端上接口具体的实现类是哪个，只能通过调用接口来获取。
     * 创建接口的代理，主要工作就是创建Socket去连接服务端，并按照协议格式发送请求
     *
     */
    public class Reference implements InvocationHandler {
    
        // 协议
        private Protocol protocol = new Protocol();
    
        private Class interfaceClass;
    
        public Reference(Class interfaceClass) {
            this.interfaceClass = interfaceClass;
        }
    
        public Object getReference() {
            return Proxy.newProxyInstance(Reference.class.getClassLoader(), new Class[]{interfaceClass}, this);
        }
    
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Object result = null;
    
            String name = method.getName();
            // 如果是父类Object中的方法就直接返回方法名，这里举几个例子，不全
            if ("equals".equals(name) || "toString".equals(name)) {
                return name;
            }
            Socket socket = new Socket("localhost", 8899);
            // 客户端发送请求
            OutputStream os = socket.getOutputStream();
            // 通过约定好的协议格式构建请求信息
            byte[] requestByte = protocol.packRequest(UUID.randomUUID().toString(), interfaceClass, name, method.getParameterTypes(), args);
            os.write(requestByte);
            os.flush();
            os.close();
            // 客户端接收响应结果
            InputStream is = socket.getInputStream();
            byte[] recv = new byte[1024];
            int read = is.read(recv);
            is.close();
            // 这里应该还有解码器的，我就简单地写了一下
            Class<?> returnType = method.getReturnType();
            if (String.class==returnType) {
                result = new String(recv, 0, read);
            } else if (int.class==returnType || Integer.class==returnType) {
                return Integer.parseInt(new String(recv, 0, read));
            }
    
            return result;
        }
    }

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# **█ 运行服务端** #

package server;
    
    import common.AnimalService;
    
    public class Main {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 暴露DogService
            Service service = new Service(AnimalService.class, new DogService());
            // 启动一个ServerSocket，等待客户端的连接和接收消息
            service.export();
        }
    
    }

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# **█ 运行客户端** #

package client;
    
    import common.AnimalService;
    
    public class Main {
    
        public static void main(String[] args) {
            // 客户端创建代理对象，代理去实现请求服务端的逻辑
            Reference reference = new Reference(AnimalService.class);
            AnimalService animalService = (AnimalService)reference.getReference();
            // 当调用say方法，实际会调用Reference的invoke方法
            String say = animalService.say();
            System.out.println(say);
            System.out.println("获取到的age="+animalService.age(10));
    
            // 输出结果：
            // this is a dog
            //获取到的age=10
        }
    
    }

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# **█ 总结** #

上面代码写的粗糙，功能也粗糙，只是简单地模拟了一下RPC调用，实现了服务端和客户端，根据协议构建和解析协议的功能。希望看完能够帮助更好的去理解Dubbo。在Dubbo中还实现了**注册中心，路由选择，负载均衡，容错**等等强大的功能，这些功能有机会的话会在后面介绍（希望我能坚持写下去）。我想，只有理解了RPC的工作原理，才能更好的去学习和理解Dubbo的功能。

关于Dubbo的使用、**服务暴露、服务注册**、负载均衡等，官网已经有很详细的介绍了。我就不重复写了，写了也就是分析源码。具体请移步[Dubbo官网][Dubbo 1]慢慢品味：我简述一下自己关于Dubbo的理解：

**服务端：**

*  服务暴露：将ServiceConfig对应的接口实现类对外提供调用服务，让客户端（消费者）能够请求调用。

*  服务注册：将ServiceConfig对应的接口实现类注册到注册中心上，这样是对客户端透明，即提供了一个公示栏，让客户端调用者查看其可以调用哪些服务。

*  一个<dubbo:service />或@Service，就对应一个ServiceConfig实例。ServiceConfig是Dubbo服务暴露和注册的起点。开始于export方法

*  ServiceConfig在暴露和注册服务时，使用了Invoker这样的代理类，能够灵活地调用具体的接口实现类，而不用写死代码。
 *  服务暴露时，一个Invoker又会被封装成一个Exporter，由这个Exporter负责具体的服务暴露和引用工作。
 *  所有被暴露的服务都会缓存在Map<String, Exporter<?>> exporterMap = new ConcurrentHashMap()，exporterMap之中，key是服务的标识信息（端口，版本号，分组名）。这样当消费者待着请求信息过来请求时，Dubbo提取一些参数值，组装成key，去本地缓存中查找对应的Exporter，而Exporter中又包含了Invoker，这样自然就调用了实际的接口实现类方法了。
 *  真正做服务暴露和注册的是协议Protocol，不如DubboProtocol，RegistryProtocol。

Service -----> ServiceConfig -------> Invoker -----> Exporter

**消费端：**

*  一个<dubbo:reference />或@Reference对应一个ReferenceConfig。起点是get方法。
 *  一个ReferenceConfig也是对应一个Invoker，通过Invoker代理服务端的调用。
 *  Invoker外包装了一层Directory。这个可以理解成消费者端的本地缓存，缓存了服务端的服务调用。当发起远程调用时，要去Directory这个缓存中去查找对应的Invoker，由Invoker完成具体的调用过程。
 *  Directory又被Cluster所有。Cluster根据Directory中缓存的Invoker列表完成路由、负载均衡和容错功能

Reference -----> ReferenceConfig ------> Cluster -------> Directory -----> Invoker------->（Exporter ------>Invoker----->Service）

[Dubbo_SPI]: https://blog.csdn.net/weixin_50518271/article/details/108475521
[Dubbo]: https://baike.baidu.com/item/Dubbo/18907815?fr=aladdin
[RPC]: https://baike.baidu.com/item/%E8%BF%9C%E7%A8%8B%E8%BF%87%E7%A8%8B%E8%B0%83%E7%94%A8?fromtitle=RPC&fromid=609861
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[Dubbo 1]: http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/user/quick-start.html