什么是RPC？

52019.07.07 15:40:26字数 1,663阅读 79,091

1. 基本的RPC模型

主要介绍RPC是什么，基本的RPC代码，RPC与REST的区别，gRPC的使用

1.1 基本概念

RPC（Remote Procedure Call）远程过程调用，简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务
本地过程调用：如果需要将本地student对象的age+1，可以实现一个addAge()方法，将student对象传入，对年龄进行更新之后返回即可，本地方法调用的函数体通过函数指针来指定。
远程过程调用：上述操作的过程中，如果addAge()这个方法在服务端，执行函数的函数体在远程机器上，如何告诉机器需要调用这个方法呢？

首先客户端需要告诉服务器，需要调用的函数，这里函数和进程ID存在一个映射，客户端远程调用时，需要查一下函数，找到对应的ID，然后执行函数的代码。
客户端需要把本地参数传给远程函数，本地调用的过程中，直接压栈即可，但是在远程调用过程中不再同一个内存里，无法直接传递函数的参数，因此需要客户端把参数转换成字节流，传给服务端，然后服务端将字节流转换成自身能读取的格式，是一个序列化和反序列化的过程。
3.数据准备好了之后，如何进行传输？网络传输层需要把调用的ID和序列化后的参数传给服务端，然后把计算好的结果序列化传给客户端，因此TCP层即可完成上述过程，gRPC中采用的是HTTP2协议。
总结一下上述过程：

// Client端 
//    Student student = Call(ServerAddr, addAge, student)
1. 将这个调用映射为Call ID。
2. 将Call ID，student（params）序列化，以二进制形式打包
3. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr，这需要使用网络传输层
4. 等待服务器返回结果
5. 如果服务器调用成功，那么就将结果反序列化，并赋给student，年龄更新

// Server端
1. 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map，可以用Map<String, Method> callIdMap
2. 等待服务端请求
3. 得到一个请求后，将其数据包反序列化，得到Call ID
4. 通过在callIdMap中查找，得到相应的函数指针
5. 将student（params）反序列化后，在本地调用addAge()函数，得到结果
6. 将student结果序列化后通过网络返回给Client

在微服务的设计中，一个服务A如果访问另一个Module下的服务B，可以采用HTTP REST传输数据，并在两个服务之间进行序列化和反序列化操作，服务B把执行结果返回过来。
由于HTTP在应用层中完成，整个通信的代价较高，远程过程调用中直接基于TCP进行远程调用，数据传输在传输层TCP层完成，更适合对效率要求比较高的场景，RPC主要依赖于客户端和服务端之间建立Socket链接进行，底层实现比REST更复杂。

1.2 rpc demo

系统类图

系统调用过程

客户端：

public class RPCClient<T> {
    public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {
        // 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理，在动态代理中实现接口的远程调用
        return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        Socket socket = null;
                        ObjectOutputStream output = null;
                        ObjectInputStream input = null;
                        try{
                            // 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者
                            socket = new Socket();
                            socket.connect(addr);

                            // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者
                            output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
                            output.writeUTF(serviceInterface.getName());
                            output.writeUTF(method.getName());
                            output.writeObject(method.getParameterTypes());
                            output.writeObject(args);

                            // 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回
                            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                            return input.readObject();
                        }finally {
                            if (socket != null){
                                socket.close();
                            }
                            if (output != null){
                                output.close();
                            }
                            if (input != null){
                                input.close();
                            }
                        }
                    }
                });
    }
}

服务端：

public class ServiceCenter implements Server {

    private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

    private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();

    private static boolean isRunning = false;

    private static int port;


    public ServiceCenter(int port){
        ServiceCenter.port = port;
    }


    @Override
    public void start() throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket();
        server.bind(new InetSocketAddress(port));
        System.out.println("Server Start .....");
        try{
            while(true){
                executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));
            }
        }finally {
            server.close();
        }
    }

    @Override
    public void register(Class serviceInterface, Class impl) {
        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
    }

    @Override
    public boolean isRunning() {
        return isRunning;
    }

    @Override
    public int getPort() {
        return port;
    }

    @Override
    public void stop() {
        isRunning = false;
        executor.shutdown();
    }
   private static class ServiceTask implements Runnable {
        Socket client = null;

        public ServiceTask(Socket client) {
            this.client = client;
        }

        @Override
        public void run() {
            ObjectInputStream input = null;
            ObjectOutputStream output = null;
            try{
                input = new ObjectInputStream(client.getInputStream());
                String serviceName = input.readUTF();
                String methodName = input.readUTF();
                Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();
                Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();
                Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
                if(serviceClass == null){
                    throw new ClassNotFoundException(serviceName + "not found!");
                }
                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);

                output = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());
                output.writeObject(result);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                if(output!=null){
                    try{
                        output.close();
                    }catch (IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (input != null) {
                    try {
                        input.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (client != null) {
                    try {
                        client.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

public class ServiceProducerImpl implements ServiceProducer{
    @Override
    public String sendData(String data) {
        return "I am service producer!!!, the data is "+ data;
    }
}

public class RPCTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);
                    serviceServer.register(ServiceProducer.class, ServiceProducerImpl.class);
                    serviceServer.start();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        ServiceProducer service = RPCClient.getRemoteProxyObj(ServiceProducer.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));
        System.out.println(service.sendData("test"));
    }
}

1.3 完整源码

RPCdemo

1.4 分析

这里客户端只需要知道Server端的接口ServiceProducer即可，服务端在执行的时候，会根据具体实例调用实际的方法ServiceProducerImpl，符合面向对象过程中父类引用指向子类对象。

2. gRPC的使用

2.1. gRPC与REST

REST通常以业务为导向，将业务对象上执行的操作映射到HTTP动词，格式非常简单，可以使用浏览器进行扩展和传输，通过JSON数据完成客户端和服务端之间的消息通信，直接支持请求/响应方式的通信。不需要中间的代理，简化了系统的架构，不同系统之间只需要对JSON进行解析和序列化即可完成数据的传递。
但是REST也存在一些弊端，比如只支持请求/响应这种单一的通信方式，对象和字符串之间的序列化操作也会影响消息传递速度，客户端需要通过服务发现的方式，知道服务实例的位置，在单个请求获取多个资源时存在着挑战，而且有时候很难将所有的动作都映射到HTTP动词。
正是因为REST面临一些问题，因此可以采用gRPC作为一种替代方案，gRPC 是一种基于二进制流的消息协议，可以采用基于Protocol Buffer的IDL定义grpc API,这是Google公司用于序列化结构化数据提供的一套语言中立的序列化机制，客户端和服务端使用HTTP/2以Protocol Buffer格式交换二进制消息。
gRPC的优势是，设计复杂更新操作的API非常简单，具有高效紧凑的进程通信机制，在交换大量消息时效率高，远程过程调用和消息传递时可以采用双向的流式消息方式，同时客户端和服务端支持多种语言编写，互操作性强；不过gRPC的缺点是不方便与JavaScript集成，某些防火墙不支持该协议。
注册中心：当项目中有很多服务时，可以把所有的服务在启动的时候注册到一个注册中心里面，用于维护服务和服务器之间的列表，当注册中心接收到客户端请求时，去找到该服务是否远程可以调用，如果可以调用需要提供服务地址返回给客户端，客户端根据返回的地址和端口，去调用远程服务端的方法，执行完成之后将结果返回给客户端。这样在服务端加新功能的时候，客户端不需要直接感知服务端的方法，服务端将更新之后的结果在注册中心注册即可，而且当修改了服务端某些方法的时候，或者服务降级服务多机部署想实现负载均衡的时候，我们只需要更新注册中心的服务群即可。

RPC调用过程

2.2. gRPC与Spring Boot

这里使用SpringBoot+gRPC的形式实现RPC调用过程
项目结构分为三部分：client、grpc、server

项目结构

2.2.2 grpc

pom.xml中引入依赖：

<dependency>
      <groupId>io.grpc</groupId>
      <artifactId>grpc-all</artifactId>
       <version>1.12.0</version>
 </dependency>

引入bulid

<build>
        <extensions>
            <extension>
                <groupId>kr.motd.maven</groupId>
                <artifactId>os-maven-plugin</artifactId>
                <version>1.4.1.Final</version>
            </extension>
        </extensions>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
                <version>0.5.0</version>
                <configuration>
                    <pluginId>grpc-java</pluginId>
                    <protocArtifact>com.google.protobuf:protoc:3.0.2:exe:${os.detected.classifier}</protocArtifact>
                    <pluginArtifact>io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.2.0:exe:${os.detected.classifier}</pluginArtifact>
                </configuration>
                <executions>
                    <execution>
                        <goals>
                            <goal>compile</goal>
                            <goal>compile-custom</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

创建.proto文件

syntax = "proto3";   // 语法版本

// stub选项
option java_package = "com.shgx.grpc.api";
option java_outer_classname = "RPCDateServiceApi";
option java_multiple_files = true;

// 定义包名
package com.shgx.grpc.api;

// 服务接口定义，服务端和客户端都要遵守该接口进行通信
service RPCDateService {
    rpc getDate (RPCDateRequest) returns (RPCDateResponse) {}
}

// 定义消息（请求）
message RPCDateRequest {
    string userName = 1;
}

// 定义消息（响应）
message RPCDateResponse {
    string serverDate = 1;
}

mvn complie

生成代码：

2.2.3 client

根据gRPC中的项目配置在client和server两个Module的pom.xml添加依赖

<dependency>
    <groupId>com.shgx</groupId>
    <artifactId>grpc</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <scope>compile</scope>
</dependency>

编写GRPCClient

public class GRPCClient {
    private static final String host = "localhost";
    private static final int serverPort = 9999;

    public static void main( String[] args ) throws Exception {
        ManagedChannel managedChannel = ManagedChannelBuilder.forAddress( host, serverPort ).usePlaintext().build();
        try {
            RPCDateServiceGrpc.RPCDateServiceBlockingStub rpcDateService = RPCDateServiceGrpc.newBlockingStub( managedChannel );
            RPCDateRequest rpcDateRequest = RPCDateRequest
                    .newBuilder()
                    .setUserName("shgx")
                    .build();
            RPCDateResponse rpcDateResponse = rpcDateService.getDate( rpcDateRequest );
            System.out.println( rpcDateResponse.getServerDate() );
        } finally {
            managedChannel.shutdown();
        }
    }
}

2.2.4 server

按照2.2.3 client的方式添加依赖
创建RPCDateServiceImpl

public class RPCDateServiceImpl extends RPCDateServiceGrpc.RPCDateServiceImplBase{
    @Override
    public void getDate(RPCDateRequest request, StreamObserver<RPCDateResponse> responseObserver) {
        RPCDateResponse rpcDateResponse = null;
        Date now=new Date();
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("今天是"+"yyyy年MM月dd日 E kk点mm分");
        String nowTime = simpleDateFormat.format( now );
        try {
            rpcDateResponse = RPCDateResponse
                    .newBuilder()
                    .setServerDate( "Welcome " + request.getUserName()  + ", " + nowTime )
                    .build();
        } catch (Exception e) {
            responseObserver.onError(e);
        } finally {
            responseObserver.onNext( rpcDateResponse );
        }
        responseObserver.onCompleted();
    }
}

创建GRPCServer

public class GRPCServer {
   private static final int port = 9999;
   public static void main( String[] args ) throws Exception {
       Server server = ServerBuilder.
               forPort(port)
               .addService( new RPCDateServiceImpl() )
               .build().start();
       System.out.println( "grpc服务端启动成功, 端口=" + port );
       server.awaitTermination();
   }
}

2.3. 完整源码

源码参考

3. 参考文章

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SpringBoot