Rpc与RMI服务

前面我们曾经深入的了解过Http协议,以及Https协议的思考,但是在日常开发中,还有这么一种常见的技术--RPC,许多常见的框架库都是基于RPC技术进行开发实现的进程通信的技术,例如RMI,gRpc以及dubbo等,因此在Java开发中,RPC也是常用技术中很重要的一环,本篇开始我们从RPC基础开始逐步了解RPC技术以及经典RPC的实现--RMI的使用及原理

RPC概念

RPC全称Inter-Process Communication ,即我们常说的进程间通信,指至少两个进程间或者跨线程进行传输数据或者信号的技术。进程是计算机系统分配资源的最小单位,而每一个进程都有着自身独立的系统资源,且彼此隔离。为了让不同的进程相互访问并且能进行协调工作,才有了进程间通信技术,这些进程可以运行在同一个计算机上或者在不同的网络连接的计算机上。进程间通信技术包括信息传递、同步、共享内存以及能实现远程调用,而IPC也是Unix通信机制 的一种标准。

而IPC通信常见的有如下两种:

本地过程调用(LPC):LPC用在多任务操作系统中,使得同时运行的任务之间可以互相会话进行数据传输,这些任务之间共享内存空间使得任务同步和互相发送信息

远程过程通信(RPC):RPC与LPC类似,其区别在于RPC仅进行网络上进程间的传输通信,最开始出现RPC是sun公司和HP公司运行在UNIX操作系统的计算机中,一直演化发展至今

简单RPC通信过程

需要明白的是RPC技术的核心并不在于使用什么协议,RPC的目的仅仅是实现远程调用,且对用户透明,实现业务解耦。而一个简单的RPC至少首先会使用动态代理技术,实现通信层的动态隔离,而传输过程中至少会选择一种协议进行传输,将远程的被调用方的方法的返回结果进行序列化传输,即可完成一个最简单的RPC通信,可以参考spring remoting 和RMI,而一个复杂的RPC则是针对其中的细节进行优化扩展,能支持更多的能力和协议以及序列化等的选择,甚至可以和第三方中间件结合使用,此类RPC实现可以参照dubbo,简单来说:

1.RPC就是从一台机器上通过参数传输的方式调用到另外一台机器上的某个固定函数或者方法,并且按照固定的传输协议方式接受到返回的结果

2.RPC会隐藏底层的通信细节,并且RPC自身就是一个请求响应模型

3.客户端发起请求后,服务端返回响应,RPC在使用方式上像调用本地函数一样即可简单实现远程函数的调用

而RPC的通信过程简单来说,可以如图所示:

RPC框架调用过程.png

RPC框架

首先我们来思考一个问题,一个RPC框架至少拥有哪些能力?我们可以从下面几点来考虑:

远程通信能力

首先RPC得定义就是能实现网络端远程服务器之间的通信,所以RPC一定要有的最基础的能力,就是能发起远程的网络传输连接请求,即Sokect通讯的维护和协议能力封装

Call ID映射能力

RPC框架既然拥有跨服务端进行传输数据交互的能力,那么我们需要告知远程服务器如何调用Multiply ,要知道在本地调用中,函数体是直接通过函数指针来指定的,而在远程通信中,由于不在一个机器中,使用函数指针的方式是行不通的,所以在RPC框架中,几乎所有的函数都会有一个自己的ID,且保持唯一,服务端和客户端之间都会去维护ID在本机器中不同的地址,当有RPC请求传递过来的时候,服务端只需要查找本地维护的ID和地址的关系,找到对应的函数,进行调用,并且传输对应的结果即可

序列化/反序列化能力

当数据从远程服务器上返回,由于远程网络传输的原因,在Java中必须使用序列化标准来实现数据的传输,不能像本地调用一样简单的将内存数据读取,所以RPC框架一定要有序列化支持的能力,可以将远程的数据序列化为字节流,接受完毕后反序列化成对应的内存对象

跨平台/夸语言交互能力

由于RPC远程交互传输数据,这个时候服务端的系统环境以及所交互的进程使用的语言等并不是固定的,所以RPC框架需要拥有一个稳定的可以跨平台的,跨语言环境的传输协议支持

常见的RPC框架

了解了RPC框架最基础的能力以后,我们来看看Java开发中那些常见的经典RPC框架吧:

1.Netty:netty框架严格意义上并不属于RPC,更多的是作为一种网络协议框架,能够快速的提供高性能的RPC或者HTTP等的远程通信能力基础

2.bRPC:bRPC是一个基于protobuf接口的PRC框架,看到命名就可以知道此框架来自著名的百度团队,此框架囊括了百度内部的所有RPC协议,并且支持多种第三方协议,由于基于protobuf算法,从性能来看几乎是同类RPC框架中的领跑者

3.dubbo:dubbo框架是业界著名的阿里巴巴团队早期开源的优秀的RPC框架,此框架发展较成熟,能独立作为商业化组件使用,且依托于Spring使用

4.gRPC:gRPC是谷歌团队基于Netty开发实现的底层网络库,而此框架还有Go语言的版本,基于Net库开发

5.RMI:rmi可以说是java中最早的RPC框架之一,且此rpc框架由sun团队开发,集成于JDK中,可以说完全可以实现开箱即用,不需要任何外部jar依赖,但由于早期的rpc实现,且设计上并不是为了解决互联网企业类的高并发问题,所以不建议现在互联网开发中作为rpc实现

RMI框架基本使用

RMI既然是java团队设计出来的rpc框架,虽然现在已经不适合企业级生产使用,但是其中的思想和规范值得学习,我们就来看看RMI框架如何使用吧:

RMI三大基本类

实现RMI所需要的API基本都在三大类中,如下:

java.rmi:提供客户端需要的类、接口和异常;

java.rmi.server:提供服务端需要的类、接口和异常;

java.rmi.registry:提供注册表的创建以及查找和命名远程对象的类、接口和异常 ;

构建RMI服务端

首先在RMI中服务端供客户端调用的实例称之为远程对象,而在RMI中实现了java.rmi.Remote接口的类或者继承了java.rmi.Remote接口的都是RMI的远程对象。那么我们来定义一个接口,继承java.rmi.Remote

/**
 *用户处理器
**/
public interface UserHandler extends Remote {
    String getUserName(int id) throws RemoteException;
    String getUserPassWord() throws RemoteException;
    User getUserByName(String name) throws RemoteException;
}

这里需要注意的一点是,继承了Remote接口的接口中定义的所有的方法必须抛出RemoteException异常,并且该接口的实现类必须直接或者间接继承java.rmi.server.UnicastRemoteObject类,该类中提供了很多支持RMI的方法,可以通过JRMP协议导出一个远程对象的引用,生成动态代理构建的Stub对象,实现代码如下:

public class UserHandlerImpl extends UnicastRemoteObject implements UserHandler {
    //这里因为集继承了UnicastRemoteObject类,其构造器要抛出RemoteException,所以申明构造
    public UserHandlerImpl() throws RemoteException {
        super();
    }

    @Override
    public String getUserName(int id) throws RemoteException {
        return "pdc";
    }
    @Override
    public String getUserPassWord() throws RemoteException{
        return 654321;
    }
    @Override
    public User getUserByName(String name) throws RemoteException{
        return new User(name, 654321);
    }
}

这里我们构造了一个User实体,为了能实现远程传输,所以这里我们将其进行序列化:

public class User implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 42L;
    
    private String name;
    private String passWord;

    public String getName(){
        return this.name;
    }
    
    public String getPassWord(){
        return this.passWord;
    }
    
    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }
    
    public void setPassWord(String passWord){
        this.passWord = passWord;
    }
    
    public User(String name, String passWord) {
        this.name = name;
        this.passWord = passWord;
    }
}

需要注意的一点是,如果jdk版本低于1.5,需要手动运行rmic命令生成实现类的Stub对象,而1.5开始使用动态代理技术,已经可以自动生成Stub对象了,做完这些就可以启动服务端了:

UserHandler userHandler = null;
try {
    userHandler = new UserHandlerImpl();
    Naming.rebind("user", userHandler);//将当前的实例与名称为user绑定,后面客户端调用查找对应的名称
    System.out.println(" RMI 服务端启动成功");
} catch (Exception e) {
    System.err.println(" RMI 服务端启动失败");
    e.printStackTrace();
}

构建RMI注册表

其实所谓注册表就是保存了RMI服务端启动与绑定的名称的进程,由于jdk已经把RMI代码集成到了JDK中,RMI的注册表其实不需要写任何代码,在JDK的bin目录下已经存在一个叫rmiregistry.exe的程序,不过我们需要在当前的class类路径下启动注册表(所以需要注意JAVA_HOME环境变量一定要配置成功) ,来到class类路径下,输入命令:

rmiregistry 9999

即可指定rmi的注册表在9999端口中运行,如果不指定端口,默认使用1099,当然不想让RMI的注册表在前台显示,也可以输入后台运行命令:

start rmiregistry

构建RMI客户端

前面服务端和注册表都已经运行起来了,接下来我们需要的就是客户端发起访问的请求了,需要注意的是,User实例类和UserHandler接口在客户端代码中也有一份(企业开发过程中会依赖同一份代码),所以这里的客户端调用代码如下:

try {
    UserHandler handler = (UserHandler) Naming.lookup("user");//这里使用的user是服务端启动的时候绑定的名称
    String passWord = handler.getUserPassWord();
    String name = handler.getUserName(1);
    System.out.println("name: " + name);
    System.out.println("passWord: " + passWord);
    System.out.println("user: " + handler.getUserByName("pdc"));
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

这样就可以获取到服务端的远程对象的信息了,当然这里有两点需要注意:

1.这里的UserHandler实体类和服务端的UserHandler接口所在的包名需要一致,即使用的限定全类名需要一致,否则会报如下的错误:


userHandler包名不一致导致的报错.png

2.我们这里获取的User实例属于引用类型,需要注意的是获取到的User实例对象也必须和服务端的包名一致,即限定全类名相同,否则,handler.getUserByName("pdc")方法调用的结果会报错,如下所示:


User包名不一致导致报错.png

自定义启动RMI注册表

在本篇的结尾,我们来个彩蛋,还记得上面RMI的注册表吗?前面我们是通过JDK的exe程序启动的,那么我们能不能自己开发或者自己启动RMI注册表呢?其实是可以的,在java.rmi.registry包中有个Registry接口,并且该接口有个默认的实现类LocateRegistry,其实JDK源码中Naming类就是使用的LocateRegistry实现的注册和调用,那么我们来看看LocateRegistry的方法:

createRegistry(int port)
createRegistry(int port, RMIClientSocketFactory csf, RMIServerSocketFactory ssf)
getRegistry()
getRegistry(int port)
getRegistry(String host)
getRegistry(String host, int port)
getRegistry(String host, int port, RMIClientSocketFactory csf)

可以看到这里有两个创建注册表的方法,一个只有端口,开启的默认是本机的注册表,另外一个是可以输入ip,端口,以及一些连接策略的自定义注册表,还有几个获取注册表的方法,很明显这里提供了注册表的创建和调用的方法,同样的我们之前的服务端代码只要稍微改动一下,如下:

UserHandler userHandler = null;
Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(9999);;
try {
    userHandler = new UserHandlerImpl();
    registry.rebind("user", userHandler);//将当前的实例与名称为user绑定,后面客户端调用查找对应的名称
    System.out.println(" RMI 服务端启动成功");
} catch (Exception e) {
    System.err.println(" RMI 服务端启动失败");
    e.printStackTrace();
}

很明显申明一下注册表,并且使用注册表替换Naming来绑定服务实例即可,客户端亦是如此,修改后的代码如下:

try {
    
    Registry registry=LocateRegistry.getRegistry("127.0.0.1",9999);
    UserHandler handler = (UserHandler) registry.lookup("user");//这里使用的user是服务端启动的时候绑定的名称
    String passWord = handler.getUserPassWord();
    String name = handler.getUserName(1);
    System.out.println("name: " + name);
    System.out.println("passWord: " + passWord);
    System.out.println("user: " + handler.getUserByName("pdc"));
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

这样就完成了和之前一样的服务发布与调用过程了

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