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在校期間大家都寫(xiě)過(guò)不少程序墨坚，比如寫(xiě)個(gè)hello world服務(wù)類，然后本地調(diào)用下申鱼，如下所示英妓。這些程序的特點(diǎn)是服務(wù)消費(fèi)方和服務(wù)提供方是本地調(diào)用關(guān)系。

而一旦踏入公司尤其是大型互聯(lián)網(wǎng)公司就會(huì)發(fā)現(xiàn)酒请，公司的系統(tǒng)都由成千上萬(wàn)大大小小的服務(wù)組成骡技，各服務(wù)部署在不同的機(jī)器上，由不同的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)羞反。這時(shí)就會(huì)遇到兩個(gè)問(wèn)題：1）要搭建一個(gè)新服務(wù)布朦，免不了需要依賴他人的服務(wù)，而現(xiàn)在他人的服務(wù)都在遠(yuǎn)端昼窗，怎么調(diào)用是趴？2）其它團(tuán)隊(duì)要使用我們的服務(wù)，我們的服務(wù)該怎么發(fā)布以便他人調(diào)用膏秫？下文我們將對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)探討右遭。

public interface HelloWorldService {
    String sayHello(String msg);
}

public class HelloWorldServiceImpl implements HelloWorldService {
    @Override
    public String sayHello(String msg) {
        String result = "hello world " + msg;
        System.out.println(result);
        return result;
    }
}

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

1 如何調(diào)用他人的遠(yuǎn)程服務(wù)做盅？

由于各服務(wù)部署在不同機(jī)器缤削，服務(wù)間的調(diào)用免不了網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程窘哈，服務(wù)消費(fèi)方每調(diào)用一個(gè)服務(wù)都要寫(xiě)一坨網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的代碼，不僅復(fù)雜而且極易出錯(cuò)亭敢。

如果有一種方式能讓我們像調(diào)用本地服務(wù)一樣調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)滚婉，而讓調(diào)用者對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信這些細(xì)節(jié)透明，那么將大大提高生產(chǎn)力帅刀，比如服務(wù)消費(fèi)方在執(zhí)行helloWorldService.sayHello(“test”)時(shí)让腹，實(shí)質(zhì)上調(diào)用的是遠(yuǎn)端的服務(wù)。這種方式其實(shí)就是RPC（Remote Procedure Call Protocol）扣溺，在各大互聯(lián)網(wǎng)公司中被廣泛使用骇窍，如阿里巴巴的hsf、dubbo（開(kāi)源）锥余、Facebook的thrift（開(kāi)源）腹纳、Google grpc（開(kāi)源）、Twitter的finagle等驱犹。

要讓網(wǎng)絡(luò)通信細(xì)節(jié)對(duì)使用者透明嘲恍，我們自然需要對(duì)通信細(xì)節(jié)進(jìn)行封裝，我們先看下一個(gè)RPC調(diào)用的流程：

image

• 1）服務(wù)消費(fèi)方（client）調(diào)用以本地調(diào)用方式調(diào)用服務(wù)雄驹；
• 2）client stub接收到調(diào)用后負(fù)責(zé)將方法佃牛、參數(shù)等組裝成能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南Ⅲw；
• 3）client stub找到服務(wù)地址医舆，并將消息發(fā)送到服務(wù)端俘侠；
• 4）server stub收到消息后進(jìn)行解碼；
• 5）server stub根據(jù)解碼結(jié)果調(diào)用本地的服務(wù)蔬将；
• 6）本地服務(wù)執(zhí)行并將結(jié)果返回給server stub兼贡；
• 7）server stub將返回結(jié)果打包成消息并發(fā)送至消費(fèi)方；
• 8）client stub接收到消息娃胆，并進(jìn)行解碼遍希；
• 9）服務(wù)消費(fèi)方得到最終結(jié)果。

RPC的目標(biāo)就是要2~8這些步驟都封裝起來(lái)里烦，讓用戶對(duì)這些細(xì)節(jié)透明凿蒜。

1.1 怎么做到透明化遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用？

怎么封裝通信細(xì)節(jié)才能讓用戶像以本地調(diào)用方式調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)呢胁黑？對(duì)java來(lái)說(shuō)就是使用代理废封！java代理有兩種方式：1） jdk 動(dòng)態(tài)代理；2）字節(jié)碼生成丧蘸。盡管字節(jié)碼生成方式實(shí)現(xiàn)的代理更為強(qiáng)大和高效漂洋，但代碼不易維護(hù)，大部分公司實(shí)現(xiàn)RPC框架時(shí)還是選擇動(dòng)態(tài)代理方式。

下面簡(jiǎn)單介紹下動(dòng)態(tài)代理怎么實(shí)現(xiàn)我們的需求刽漂。我們需要實(shí)現(xiàn)RPCProxyClient代理類演训，代理類的invoke方法中封裝了與遠(yuǎn)端服務(wù)通信的細(xì)節(jié)，消費(fèi)方首先從RPCProxyClient獲得服務(wù)提供方的接口贝咙，當(dāng)執(zhí)行helloWorldService.sayHello(“test”)方法時(shí)就會(huì)調(diào)用invoke方法样悟。

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

    /**
     * 調(diào)用此方法執(zhí)行
     */
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
        //結(jié)果參數(shù);
        Object result = new Object();
        // ...執(zhí)行通信相關(guān)邏輯
        // ...
        return result;
    }
}

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

1.2 怎么對(duì)消息進(jìn)行編碼和解碼？

1.2.1 確定消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

上節(jié)講了invoke里需要封裝通信細(xì)節(jié)庭猩，而通信的第一步就是要確定客戶端和服務(wù)端相互通信的消息結(jié)構(gòu)窟她。客戶端的請(qǐng)求消息結(jié)構(gòu)一般需要包括以下內(nèi)容：

1）接口名稱

在我們的例子里接口名是“HelloWorldService”蔼水，如果不傳震糖，服務(wù)端就不知道調(diào)用哪個(gè)接口了；

2）方法名

一個(gè)接口內(nèi)可能有很多方法趴腋，如果不傳方法名服務(wù)端也就不知道調(diào)用哪個(gè)方法吊说；

3）參數(shù)類型&參數(shù)值

參數(shù)類型有很多，比如有bool于样、int疏叨、long、double穿剖、string蚤蔓、map、list糊余，甚至如struct（class）秀又；

以及相應(yīng)的參數(shù)值；

4）超時(shí)時(shí)間

5）requestID贬芥，標(biāo)識(shí)唯一請(qǐng)求id吐辙，在下面一節(jié)會(huì)詳細(xì)描述requestID的用處。

同理服務(wù)端返回的消息結(jié)構(gòu)一般包括以下內(nèi)容蘸劈。

1）返回值

2）狀態(tài)code

3）requestID

1.2.2 序列化

一旦確定了消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后昏苏，下一步就是要考慮序列化與反序列化了。

什么是序列化威沫？序列化就是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο筠D(zhuǎn)換成二進(jìn)制串的過(guò)程贤惯，也就是編碼的過(guò)程。

什么是反序列化棒掠？將在序列化過(guò)程中所生成的二進(jìn)制串轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者對(duì)象的過(guò)程孵构。

為什么需要序列化？轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制串后才好進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸嘛烟很！為什么需要反序列化颈墅？將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為對(duì)象才好進(jìn)行后續(xù)處理蜡镶！

現(xiàn)如今序列化的方案越來(lái)越多，每種序列化方案都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)恤筛，它們?cè)谠O(shè)計(jì)之初有自己獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景官还，那到底選擇哪種呢？從RPC的角度上看叹俏，主要看三點(diǎn)：1）通用性妻枕，比如是否能支持Map等復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僻族；2）性能粘驰，包括時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，由于RPC框架將會(huì)被公司幾乎所有服務(wù)使用述么，如果序列化上能節(jié)約一點(diǎn)時(shí)間蝌数，對(duì)整個(gè)公司的收益都將非常可觀度秘，同理如果序列化上能節(jié)約一點(diǎn)內(nèi)存顶伞，網(wǎng)絡(luò)帶寬也能省下不少；3）可擴(kuò)展性剑梳，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)公司而言唆貌，業(yè)務(wù)變化快，如果序列化協(xié)議具有良好的可擴(kuò)展性垢乙，支持自動(dòng)增加新的業(yè)務(wù)字段锨咙，刪除老的字段，而不影響老的服務(wù)追逮，這將大大提供系統(tǒng)的健壯性酪刀。

目前國(guó)內(nèi)各大互聯(lián)網(wǎng)公司廣泛使用hessian、protobuf钮孵、thrift骂倘、avro等成熟的序列化解決方案來(lái)搭建RPC框架，這些都是久經(jīng)考驗(yàn)的解決方案巴席。

1.3 通信

消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被序列化為二進(jìn)制串后历涝，下一步就要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信了。目前有兩種IO通信模型：1）BIO漾唉；2）NIO荧库。一般RPC框架需要支持這兩種IO模型，原理可參考：《一個(gè)故事講清楚 NIO》毡证。

如何實(shí)現(xiàn)RPC的IO通信框架电爹？1）使用java nio方式自研，這種方式較為復(fù)雜料睛，而且很有可能出現(xiàn)隱藏bug丐箩，見(jiàn)過(guò)一些互聯(lián)網(wǎng)公司使用這種方式摇邦；2）基于mina，mina在早幾年比較火熱屎勘，不過(guò)這些年版本更新緩慢施籍；3）基于netty，現(xiàn)在很多RPC框架都直接基于netty這一IO通信框架概漱，比如阿里巴巴的HSF丑慎、dubbo，Twitter的finagle等瓤摧。

1.4 消息里為什么要帶有requestID竿裂？

如果使用netty的話，一般會(huì)用channel.writeAndFlush()方法來(lái)發(fā)送消息二進(jìn)制串照弥，這個(gè)方法調(diào)用后對(duì)于整個(gè)遠(yuǎn)程調(diào)用(從發(fā)出請(qǐng)求到接收到結(jié)果)來(lái)說(shuō)是一個(gè)異步的腻异，即對(duì)于當(dāng)前線程來(lái)說(shuō)，將請(qǐng)求發(fā)送出來(lái)后这揣，線程就可以往后執(zhí)行了悔常，至于服務(wù)端的結(jié)果，是服務(wù)端處理完成后给赞，再以消息的形式發(fā)送給客戶端的机打。于是這里出現(xiàn)以下兩個(gè)問(wèn)題：

1）怎么讓當(dāng)前線程“暫停”片迅，等結(jié)果回來(lái)后残邀，再向后執(zhí)行？

2）如果有多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程方法調(diào)用障涯，這時(shí)建立在client server之間的socket連接上會(huì)有很多雙方發(fā)送的消息傳遞罐旗，前后順序也可能是隨機(jī)的，server處理完結(jié)果后唯蝶，將結(jié)果消息發(fā)送給client九秀，client收到很多消息，怎么知道哪個(gè)消息結(jié)果是原先哪個(gè)線程調(diào)用的粘我？

如下圖所示鼓蜒，線程A和線程B同時(shí)向client socket發(fā)送請(qǐng)求requestA和requestB，socket先后將requestB和requestA發(fā)送至server征字，而server可能將responseA先返回都弹，盡管requestA請(qǐng)求到達(dá)時(shí)間更晚。我們需要一種機(jī)制保證responseA丟給ThreadA匙姜，responseB丟給ThreadB畅厢。

image

怎么解決呢？

1）client線程每次通過(guò)socket調(diào)用一次遠(yuǎn)程接口前氮昧，生成一個(gè)唯一的ID框杜，即requestID（requestID必需保證在一個(gè)Socket連接里面是唯一的）浦楣，一般常常使用AtomicLong從0開(kāi)始累計(jì)數(shù)字生成唯一ID；

2）將處理結(jié)果的回調(diào)對(duì)象callback咪辱，存放到全局ConcurrentHashMap里面put(requestID, callback)振劳；

3）當(dāng)線程調(diào)用channel.writeAndFlush()發(fā)送消息后，緊接著執(zhí)行callback的get()方法試圖獲取遠(yuǎn)程返回的結(jié)果油狂。在get()內(nèi)部历恐，則使用synchronized獲取回調(diào)對(duì)象callback的鎖，再先檢測(cè)是否已經(jīng)獲取到結(jié)果专筷，如果沒(méi)有弱贼，然后調(diào)用callback的wait()方法，釋放callback上的鎖仁堪，讓當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)哮洽。

4）服務(wù)端接收到請(qǐng)求并處理后填渠，將response結(jié)果（此結(jié)果中包含了前面的requestID）發(fā)送給客戶端弦聂，客戶端socket連接上專門監(jiān)聽(tīng)消息的線程收到消息，分析結(jié)果氛什，取到requestID莺葫，再?gòu)那懊娴腃oncurrentHashMap里面get(requestID)，從而找到callback對(duì)象枪眉，再用synchronized獲取callback上的鎖捺檬，將方法調(diào)用結(jié)果設(shè)置到callback對(duì)象里，再調(diào)用callback.notifyAll()喚醒前面處于等待狀態(tài)的線程贸铜。

public Object get() {
        synchronized (this) {  // 旋鎖
            while (!isDone) {  // 是否有結(jié)果了
                wait(); //沒(méi)結(jié)果是釋放鎖堡纬，讓當(dāng)前線程處于等待狀態(tài)
            }
        }
    }

private void setDone(Response res) {
        this.res = res;
        isDone = true;
        synchronized (this) { //獲取鎖，因?yàn)榍懊鎤ait()已經(jīng)釋放了callback的鎖了
            notifyAll(); // 喚醒處于等待的線程
        }
    }

2 如何發(fā)布自己的服務(wù)蒿秦？

如何讓別人使用我們的服務(wù)呢烤镐？有同學(xué)說(shuō)很簡(jiǎn)單嘛，告訴使用者服務(wù)的IP以及端口就可以了啊棍鳖。確實(shí)是這樣炮叶，這里問(wèn)題的關(guān)鍵在于是自動(dòng)告知還是人肉告知。

人肉告知的方式：如果你發(fā)現(xiàn)你的服務(wù)一臺(tái)機(jī)器不夠渡处，要再添加一臺(tái)镜悉，這個(gè)時(shí)候就要告訴調(diào)用者我現(xiàn)在有兩個(gè)ip了，你們要輪詢調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡医瘫；調(diào)用者咬咬牙改了侣肄，結(jié)果某天一臺(tái)機(jī)器掛了，調(diào)用者發(fā)現(xiàn)服務(wù)有一半不可用醇份，他又只能手動(dòng)修改代碼來(lái)刪除掛掉那臺(tái)機(jī)器的ip〖诠現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)然不會(huì)使用人肉方式叮喳。

有沒(méi)有一種方法能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)告知，即機(jī)器的增添缰贝、剔除對(duì)調(diào)用方透明馍悟，調(diào)用者不再需要寫(xiě)死服務(wù)提供方地址？當(dāng)然可以剩晴，現(xiàn)如今zookeeper被廣泛用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)自動(dòng)注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)功能锣咒！

簡(jiǎn)單來(lái)講，zookeeper可以充當(dāng)一個(gè)服務(wù)注冊(cè)表（Service Registry）赞弥，讓多個(gè)服務(wù)提供者形成一個(gè)集群毅整，讓服務(wù)消費(fèi)者通過(guò)服務(wù)注冊(cè)表獲取具體的服務(wù)訪問(wèn)地址（ip+端口）去訪問(wèn)具體的服務(wù)提供者。如下圖所示：

image

具體來(lái)說(shuō)绽左，zookeeper就是個(gè)分布式文件系統(tǒng)悼嫉，每當(dāng)一個(gè)服務(wù)提供者部署后都要將自己的服務(wù)注冊(cè)到zookeeper的某一路徑上: /{service}/{version}/{ip:port}, 比如我們的HelloWorldService部署到兩臺(tái)機(jī)器，那么zookeeper上就會(huì)創(chuàng)建兩條目錄：分別為/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.01:16888 /HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.02:16888拼窥。

zookeeper提供了“心跳檢測(cè)”功能戏蔑，它會(huì)定時(shí)向各個(gè)服務(wù)提供者發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求（實(shí)際上建立的是一個(gè) socket 長(zhǎng)連接），如果長(zhǎng)期沒(méi)有響應(yīng)鲁纠，服務(wù)中心就認(rèn)為該服務(wù)提供者已經(jīng)“掛了”总棵，并將其剔除，比如100.19.20.02這臺(tái)機(jī)器如果宕機(jī)了改含，那么zookeeper上的路徑就會(huì)只剩/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.01:16888情龄。

服務(wù)消費(fèi)者會(huì)去監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)路徑（/HelloWorldService/1.0.0），一旦路徑上的數(shù)據(jù)有任務(wù)變化（增加或減少）捍壤，zookeeper都會(huì)通知服務(wù)消費(fèi)方服務(wù)提供者地址列表已經(jīng)發(fā)生改變骤视，從而進(jìn)行更新。

更為重要的是zookeeper 與生俱來(lái)的容錯(cuò)容災(zāi)能力（比如leader選舉）鹃觉，可以確保服務(wù)注冊(cè)表的高可用性专酗。

3 小結(jié)

RPC幾乎是每一個(gè)從學(xué)校進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)公司的同學(xué)都要首先學(xué)習(xí)的框架，之前面試過(guò)一個(gè)在大型互聯(lián)網(wǎng)公司工作過(guò)兩年的同學(xué)帜慢，對(duì)RPC還是停留在使用層面笼裳，這是不應(yīng)該的。本文也僅是對(duì)RPC的一個(gè)比較粗糙的描述粱玲，希望對(duì)大家有所幫助躬柬，錯(cuò)誤之處也請(qǐng)指出修正轧葛。

4 一些開(kāi)源的RPC框架

https://github.com/alibaba/dubbo

http://thrift.apache.org/?cm_mc_uid=87762817217214314008006&cm_mc_sid_50200000=1444181090