一篇文章玩转RPC通信原理，并使用Netty实现一个PRC（精华简版）

女爷i 2024-05-06 21:33 56阅读 0赞

## 1.什么是RPC ##

RPC一般指远程过程调用。 RPC是远程过程调用（Remote Procedure Call）的缩写形式。 首先看下服务的演变过程：

*  单一应用架构 -> MVC三层架构 -> PRC分布式服务 -> 弹性计算架构

接口请求也在慢慢演变：

*  TCP/IP报文协议 -> RMI(仅JAVA可用) -> WebService ->HTTP -> GPRC(Thrift,Dubbo) ->SpringRestful(路径风格)

总体而言就是随着服务的增多，也伴随着服务之间的调用频繁和繁琐，这就有了PRC这代名词。

PRC普通应用在分布式架构中，先看下分布式服务派系

*  阿里系：dubbo zookeeper nginx
 *  spring生态：cloud eureka gateway

RPC的核心职能，以dubbo图解为例

![5588ce94489c4c39bcbddb3799b7badd.png][]

这个机制现在用的很广泛了，例如cloud中的注册中心和配置中心。 大概了解一下理论后，接下来我们用代码来实操，以便更深入的认识PRC。

## 2.Netty实现一个RPC ##

## 2.1 原理概述 ##

*  客户端 1.通过bean的初始化回调判断是否需要注入动态代理 2.在动态代理回调类中使用Netty调用远程服务，并发送约定协议的消息 3.使用回调机制返回服务端响应，并返回原始类
 *  服务端 1.在bean的回调判断是否为发布的服务，是的话保存在公共map中，初始化时启动Rpc服务 2.调用服务解析消息后，通过请求的service获取指定的service，通过反射调用，并将结果返回

## 2.2 pom.xml依赖 ##

基于springboot 2.5.6版本，额外引入lombok和fastjson

//netty依赖
    <dependency>
     <groupId>io.netty</groupId>
     <artifactId>netty-all</artifactId>
     <version>4.1.42.Final</version>
    </dependency>

## 2.3 api jar包 ##

自定义注解，api目录为待发布的API接口，protocol为公用的协议和工具包

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## 2.4. 客户端架构 ##

## 2.4.1 rpc目录下为公用代码，可以单独抽离的 ##

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## 2.4.2 Controller代码 ##

//注意这两个声明，并没有加@Autowired或@Resource
    @RpcReference 
    HellService hellService;
    @RpcReference
    OrderService orderService;
    
    @GetMapping("/hello")
    public String hello(@RequestParam String orderId) {
        return orderService.getOrder(orderId);
    }
    
    @GetMapping("/add")
    public int add(@RequestParam Integer a, @RequestParam Integer b) {
        return hellService.add(a, b);
    }

**PS说明：上面的两个声明没有加@Autowired或@Resource，所以spring容器在注入的时候不会处理这里两个，本文使用的是反射注入。如果想交由spring处理可以参考mybatis第九话 - 手写实现一个简单的mybatis版本中的Mapper接口注入原理**

## 2.4.3 核心动态代理处理类RpcBeanPostProcessor ##

*  实现环境配置回调EnvironmentAware

//该类为初始化类之后的回调 还没到注入阶段
        //因此在这里接收环境的回调，读取RPC的配置传递到代理类中
        Environment environment;
        //注册之前 设置坏境变量
        @Override
        public void setEnvironment(Environment environment) {
            this.environment = environment;
        }

*  实现了InstantiationAwareBeanPostProcessor接口，重写postProcessAfterInitialization方法

//可以在bean初始化之前后返回继承类或者代理类，aop就是典型的例子
    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        Class<?> clazz = bean.getClass();
        //遍历所有的声明
        for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
         //如果包含这个注解就创建代理类，并用反射注入
            if (field.isAnnotationPresent(RpcReference.class)) {
                Object instance;
                String beanClassName = field.getType().getName();
                try {
                 //单例缓存
                    if (cacheProxyMap.containsKey(beanClassName)) {
                        instance = cacheProxyMap.get(beanClassName);
                    } else {
                        //根据不同的服务名称参数传递不同的rpc调用地址
                        RpcReference annotation = field.getAnnotation(RpcReference.class);
                        //生成动态代理
                        instance = Proxy.newProxyInstance(
                                field.getType().getClassLoader(),
                                new Class[]{field.getType()},
                                //可以配置注解参数以获取不同的RPC连接配置
                                new ProxyHandler(bean, beanClassName,
                                        this.environment.getProperty(annotation.name() + ".rpcHost"),
                                        Integer.valueOf(this.environment.getProperty(annotation.name() + ".rpcPort"))));
                    }
                    log.info("create proxy bean:{}", beanClassName);
                    //反射注入
                    field.setAccessible(true);
                    field.set(bean, instance);
                    cacheProxyMap.put(field.getType().getName(), instance);
                } catch (IllegalAccessException e) {
                    log.error("create bean error,beanClassName {}", beanClassName);
                }
            }
        }
        return bean;
    }

## 2.4.4 动态代理调用类ProxyHandler ##

*  invoke方法

@Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            //组装协议
            RpcRequest request = new RpcRequest();
            //设置一个唯一ID，用来回调
            request.setReqId(UUID.randomUUID().toString());
            request.setService(this.service);
            request.setMethod(method.getName());
            request.setParamterType(method.getParameterTypes());
            request.setArgs(args);
    
            //发起服务调用
            NettyClient nettyClient = new NettyClient();
            nettyClient.start(rpcHost, rpcPort, new MyRpcClientHandler());
            //返回结果
            return nettyClient.sendRequest(request);
        }

## 2.4.5 NettyClient 公共类 ##

*  该类不是单例的，但是保存通道和回调的Map是单例的

public Channel channel;
    
        public void start(String host, int port, RpcHandler rpcHandler) {
            String mapKey = "/" + host + ":" + port;
            if (NettyConstans.clientMap.containsKey(mapKey)) {
                this.channel = NettyConstans.clientMap.get(mapKey);
                return;
            }
            NioEventLoopGroup b1 = new NioEventLoopGroup();
            Bootstrap bs = new Bootstrap()
                    .group(b1)
                    .channel(NioSocketChannel.class)
                    .handler(new ChannelInitializer<Channel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(Channel channel) throws Exception {
                            ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
                            //这里偷懒就直接用string的编解码了
                            pipeline.addLast(new StringEncoder());
                            pipeline.addLast(new StringDecoder());
                            pipeline.addLast(rpcHandler);
                        }
                    });
            try {
             //客户端连接服务端
                ChannelFuture future = bs.connect(host, port).sync();
                future.addListener(listen -> {
                    if (listen.isSuccess()) {
                        log.info("connect rpc service success,{}:{}", host, port);
                    }
                });
                channel = future.channel();
                //保存为单例
                NettyConstans.clientMap.put(mapKey, channel);
            } catch (Exception e) {
                b1.shutdownGracefully();
                log.error("connect rpc service error,{}:{}", host, port);
            }
        }
    
    
        public Object sendRequest(RpcRequest rpcRequest) throws Exception {
            //自定义一个返回结果的回调 保存到单例Map中
            RpcFuture<RpcResponse> rpcFuture = new RpcFuture<>(
                    new DefaultPromise<RpcResponse>(new DefaultEventLoop()));
            NettyConstans.rpcFutureMap.put(rpcRequest.getReqId(), rpcFuture);
    
            //消息发送，编解码为string，所以发送的是string
            channel.writeAndFlush(JSONObject.toJSONString(rpcRequest));
    
            //实际上为阻塞等待回调 由接收消息那里回调 
            //其实还有一个熔断线程处理这些超时或者一直没有回调的
            return rpcFuture.getPromise().get().getContent();
        }

## 2.4.6 客户端接收消息handler ##

//MyRpcClientHandler
        /**
         * 协议 RpcResponse
         */
        @Override
        protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
            log.info("RpcResponse receive msg：{}", msg);
            RpcResponse response = JSONObject.parseObject(msg, RpcResponse.class);
            //未知的消息直接忽略
            if (response == null || !NettyConstans.rpcFutureMap.containsKey(response.getReqId())) return;
            //给指定的ReqId回调
            NettyConstans.rpcFutureMap.get(response.getReqId()).getPromise().setSuccess(response);
            NettyConstans.rpcFutureMap.remove(response.getReqId());
        }
    
        @Override
        public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
            log.error("连接出现异常,重置连接:{}", ctx.channel().remoteAddress());
            //异常重连 服务端重启之类的
            NettyConstans.clientMap.remove(ctx.channel().remoteAddress().toString());
        }

客户端的代码基本上贴完了，比较复杂，服务端会比较简单，接下来看看服务端的代码

## 2.5 服务端架构 ##

## 2.5.2.1bean的初始化回调RpcBeanPostProcessor ##

static Map<String, Object> beanMap = new ConcurrentHashMap<>();
        @Override
        public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
            Class<?> clazz = bean.getClass();
            //只要包含该注解的就报保存到Map中
            if (clazz.isAnnotationPresent(RpcService.class)) {
             //存的是服务发布的接口类名称
                beanMap.put(clazz.getInterfaces()[0].getName(), bean);
                log.info("register rpc service：{}", clazz.getInterfaces()[0].getName());
            }
            return bean;
        }

这里没有往注册中心上发布了，直接以本地Map的形式保存的。主要是为弄懂原理

## 2.5.2 NettyService初始化 ##

//使用springboot的启动回调开始一个RPC服务
    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
     //启动代码就不贴了 编解码为String
        NettyService.start(port, new MyRpcHandler());
    }
    
    //自定义handler类MyRpcHandler
    /**
     * 协议 RpcRequest
     */
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, String msg) throws Exception {
        log.info("RpcRequest receive msg：{}", msg);
    
        RpcRequest request = JSONObject.parseObject(msg, RpcRequest.class);
        if (request == null || request.getReqId() == null) return;
    
        String service = request.getService();
        Object bean = RpcBeanPostProcessor.beanMap.get(service);
        //根据方法名称和参数类型获取类中的方法
        Method method = bean.getClass().getMethod(request.getMethod(), request.getParamterType());
        Object result = method.invoke(bean, request.getArgs());
    
        //响应协议
        RpcResponse response = new RpcResponse();
        response.setReqId(request.getReqId());
        response.setContent(result);
        //写出 和发送同理
        ctx.writeAndFlush(JSONObject.toJSONString(response));
    }

## 3. RPC测试 ##

分别启动客户端和服务端

## 3.1 客户端调用 ##

*  控制台日志

create proxy bean:com.exmaple.demo.api.HellService
    create proxy bean:com.exmaple.demo.api.OrderService
    
    //执行http://127.0.0.1:8080/hello?orderId=1234567
    connect rpc service success,127.0.0.1:18080
    RpcResponse receive msg：{"content":"select order service by orderId: 1234567","reqId":"61a37ef5-6a97-4fe7-9ba9-d8c3a955c8c0"}

## 3.2 服务端调用日志 ##

start remote service：18080
    RpcRequest receive msg：{"args":["1234567"],"method":"getOrder","paramterType":["java.lang.String"],"reqId":"61a37ef5-6a97-4fe7-9ba9-d8c3a955c8c0","service":"com.exmaple.demo.api.OrderService"}
    //第二次调用http://127.0.0.1:8080/add?a=4545&b=12日志
    RpcRequest receive msg：{"args":[4545,12],"method":"add","paramterType":["int","int"],"reqId":"4f312678-b463-4db9-a861-d8b4b9c9fc4a","service":"com.exmaple.demo.api.HellService"}

## 4.总结 ##

## 4.1 关于反射注入 ##

正常应该使用的是FactoryBean的方式注入的，这里只是为了搞懂原理，忽略！

## 4.2 关于Rpc服务地址 ##

正常的RPC服务，会先从注册中心获取这个服务发布的地址，也就是我们配置中的地址实际上是注册中心的地址 建立连接后，应该会保持心跳，第二次调用不再重新建立连接

## 4.3 关于阻塞异步回调 ##

实际上还有熔断机制，应该处理掉一直等待的回调

[5588ce94489c4c39bcbddb3799b7badd.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/48170c63c38944c59c52906ef49df7c4.png
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[5ea7d75ecb1845739adc1161a52099dc.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/05/06/50d84c6a2fbe4bec93a16a4dc1b41e02.png