RPC原理介绍

RPC功能介绍
RPC (Remote Procedure Call)的主要功能目标是让构建分布式计算(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采用C/S模式。请求程序就是一个客户机,而服务提供程序就是一个服务器。首先,客户机调用进程发送一个有进程参数的调用信息到服务进程,然后等待应答信息。在服务器端,进程保持睡眠状态直到调用信息的到达为止。当一个调用信息到达,服务器获得进程参数,计算结果发送答复信息,然后等待下一个调用信息。最后,客户端调用进程接收答复信息,获得进程结果,然后调用执行继续进行。

RPC调用流程


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1)服务消费方(client)调用以本地调用方式调用服务;
2)client stub接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体;
3)client stub找到服务地址,并将消息发送到服务端;
4)server stub收到消息后进行解码;
5)server stub根据解码结果调用本地的服务;
6)本地服务执行并将结果返回给server stub;
7)server stub将返回结果打包成消息并发送至消费方;
8)client stub接收到消息,并进行解码;
9)服务消费方得到最终结果。

RPC的任务就是封装2-8步骤,使调用过程对调用方透明。

代理
java使用代理的方式封装通信细节。代理类的invoke方法中封装了与远端服务通信的细节,调用方首先从RPCProxyClient获得服务提供方的接口,当执行helloWorldService.sayHello(“test”)方法时就会调用invoke方法。

public class RPCProxyClient implements java.lang.reflect.InvocationHandler{
    private Object obj;
    public RPCProxyClient(Object obj){
        this.obj=obj;
    }
    /**
     * 得到被代理对象;
     */
    public static Object getProxy(Object obj){
        return java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),
            obj.getClass().getInterfaces(), new RPCProxyClient(obj));
    }

    /**
     * 调用此方法执行
     */
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
        throws Throwable {
        //结果参数;
        Object result = new Object();
        // ...执行通信相关逻辑
        // ...
        return result;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService)RPCProxyClient.getProxy(HelloWorldService.class);
        helloWorldService.sayHello("test");
    }
}

序列化
客户端的请求消息结构一般包括以下内容:
(1)接口名和方法名
(2)参数类型和参数值
(3)超时时间
(5)requestID
服务端返回的消息结构一般包括以下内容:
(1)返回值
(2)状态码
(3)requestID
确定了消息的数据结构后,下一步就是要考虑序列化与反序列化了。序列化就是将数据结构或对象转换成二进制串的过程,也就是编码的过程。反序列化就是将在序列化过程中所生成的二进制串转换成数据结构或者对象的过程。
从RPC的角度来选择序列化方案,主要考虑(1)通用性,是否能支持比较复杂的数据结构;(2)可扩展性,增加或删除字段能不影响老的服务;(3)性能,从时间和空间两个维度去衡量序列化效率和序列化后的字节长度。
目前国内各大互联网公司广泛使用hessian、protobuf、thrift、avro等成熟的序列化解决方案来搭建RPC框架。
通信
消息体被编码之后是需要将编码后的请求消息传输到服务方。底层的RPC传输通道可以是TCP也可以是UDP。
如何保证返回结果的有序性
如果有多个线程同时进行远程方法调用,这时建立在client server之间的socket连接上会有很多双方发送的消息传递,前后顺序也可能是随机的,server处理完结果后,将结果消息发送给client,client收到很多消息,怎么知道哪个消息结果是原先哪个线程调用的?
线程A和线程B同时向client socket发送请求requestA和requestB,socket先后将requestB和requestA发送至server,而server可能将responseA先返回,尽管requestA请求到达时间更晚。我们需要一种机制保证responseA返回给ThreadA,responseB返回给ThreadB。

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1)client线程每次通过socket调用远程接口前,生成一个唯一的ID,即requestID(requestID必需保证在一个Socket连接里面是唯一的),一般常常使用AtomicLong从0开始累计数字生成唯一ID;
2)将处理结果的回调对象callback,存放到全局ConcurrentHashMap里面put(requestID, callback);
3)当client线程发送消息后,紧接着执行callback的get()方法试图获取远程返回的结果。在get()内部,则使用synchronized获取回调对象callback的锁。先检测是否已经获取到结果,如果没有,则调用callback的wait()方法,释放callback上的锁,让当前线程处于等待状态。
4)服务端接收到请求并处理后,将response结果(此结果中包含了前面的requestID)发送给客户端,客户端socket连接上专门监听消息的线程收到消息,分析结果取到requestID,再从前面的ConcurrentHashMap里面get(requestID),从而找到callback对象。再用synchronized获取callback上的锁,将方法调用结果设置到callback对象里,再调用callback.notifyAll()唤醒前面处于等待状态的线程。

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