《深入篇》我們主要圍繞 RPC 的功能目標(biāo)和實現(xiàn)考量去展開葵诈，一個基本的 RPC 框架應(yīng)該提供什么功能裸弦，滿足什么要求以及如何去實現(xiàn)它？

RPC 功能目標(biāo)

RPC 的主要功能目標(biāo)是讓構(gòu)建分布式計算（應(yīng)用）更容易作喘，在提供強大的遠程調(diào)用能力時不損失本地調(diào)用的語義簡潔性理疙。為實現(xiàn)該目標(biāo)，RPC 框架需提供一種透明調(diào)用機制讓使用者不必顯式的區(qū)分本地調(diào)用和遠程調(diào)用泞坦，在前文《淺出篇》中給出了一種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)窖贤，基于 stub 的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。下面我們將具體細化 stub 結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)贰锁。

RPC 調(diào)用分類

RPC 調(diào)用分以下兩種：

1. 同步調(diào)用

? 客戶方等待調(diào)用執(zhí)行完成并返回結(jié)果赃梧。

2. 異步調(diào)用

? 客戶方調(diào)用后不用等待執(zhí)行結(jié)果返回，但依然可以通過回調(diào)通知等方式獲取返回結(jié)果李根。

? 若客戶方不關(guān)心調(diào)用返回結(jié)果槽奕，則變成單向異步調(diào)用，單向調(diào)用不用返回結(jié)果房轿。

異步和同步的區(qū)分在于是否等待服務(wù)端執(zhí)行完成并返回結(jié)果。

RPC 結(jié)構(gòu)拆解

《淺出篇》給出了一個比較粗粒度的 RPC 實現(xiàn)概念結(jié)構(gòu)所森，這里我們進一步細化它應(yīng)該由哪些組件構(gòu)成囱持，如下圖所示。

RPC 服務(wù)方通過 RpcServer 去導(dǎo)出（export）遠程接口方法焕济，而客戶方通過 RpcClient 去引入（import）遠程接口方法纷妆。客戶方像調(diào)用本地方法一樣去調(diào)用遠程接口方法晴弃，RPC 框架提供接口的代理實現(xiàn)掩幢，實際的調(diào)用將委托給代理RpcProxy 。代理封裝調(diào)用信息并將調(diào)用轉(zhuǎn)交給RpcInvoker 去實際執(zhí)行上鞠。在客戶端的RpcInvoker 通過連接器RpcConnector 去維持與服務(wù)端的通道RpcChannel际邻，并使用RpcProtocol 執(zhí)行協(xié)議編碼（encode）并將編碼后的請求消息通過通道發(fā)送給服務(wù)方。

RPC 服務(wù)端接收器 RpcAcceptor 接收客戶端的調(diào)用請求芍阎，同樣使用RpcProtocol 執(zhí)行協(xié)議解碼（decode）世曾。解碼后的調(diào)用信息傳遞給RpcProcessor 去控制處理調(diào)用過程，最后再委托調(diào)用給RpcInvoker 去實際執(zhí)行并返回調(diào)用結(jié)果谴咸。

RPC 組件職責(zé)

上面我們進一步拆解了 RPC 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的各個組件組成部分轮听，下面我們詳細說明下每個組件的職責(zé)劃分骗露。

1. RpcServer

? 負責(zé)導(dǎo)出（export）遠程接口

2. RpcClient

? 負責(zé)導(dǎo)入（import）遠程接口的代理實現(xiàn)

3. RpcProxy

? 遠程接口的代理實現(xiàn)

4. RpcInvoker

? 客戶方實現(xiàn)：負責(zé)編碼調(diào)用信息和發(fā)送調(diào)用請求到服務(wù)方并等待調(diào)用結(jié)果返回

? 服務(wù)方實現(xiàn)：負責(zé)調(diào)用服務(wù)端接口的具體實現(xiàn)并返回調(diào)用結(jié)果

5. RpcProtocol

? 負責(zé)協(xié)議編/解碼

6. RpcConnector

? 負責(zé)維持客戶方和服務(wù)方的連接通道和發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)方

7. RpcAcceptor

? 負責(zé)接收客戶方請求并返回請求結(jié)果

8. RpcProcessor

? 負責(zé)在服務(wù)方控制調(diào)用過程，包括管理調(diào)用線程池血巍、超時時間等

9. RpcChannel

? 數(shù)據(jù)傳輸通道

RPC 實現(xiàn)分析

在進一步拆解了組件并劃分了職責(zé)之后萧锉，這里以在 java 平臺實現(xiàn)該 RPC 框架概念模型為例，詳細分析下實現(xiàn)中需要考慮的因素述寡。

導(dǎo)出遠程接口

導(dǎo)出遠程接口的意思是指只有導(dǎo)出的接口可以供遠程調(diào)用驹暑，而未導(dǎo)出的接口則不能。在 java 中導(dǎo)出接口的代碼片段可能如下：

DemoService demo? = new ...;

RpcServer? server = new ...;

server.export(DemoService.class, demo, options);

我們可以導(dǎo)出整個接口辨赐，也可以更細粒度一點只導(dǎo)出接口中的某些方法优俘，如：

// 只導(dǎo)出 DemoService 中簽名為 hi(String s) 的方法

server.export(DemoService.class, demo, "hi", new Class<?>[] { String.class }, options);

java 中還有一種比較特殊的調(diào)用就是多態(tài)，也就是一個接口可能有多個實現(xiàn)掀序，那么遠程調(diào)用時到底調(diào)用哪個帆焕？這個本地調(diào)用的語義是通過 jvm 提供的引用多態(tài)性隱式實現(xiàn)的，那么對于 RPC 來說跨進程的調(diào)用就沒法隱式實現(xiàn)了不恭。如果前面DemoService 接口有 2 個實現(xiàn)叶雹，那么在導(dǎo)出接口時就需要特殊標(biāo)記不同的實現(xiàn)，如：

DemoService demo? = new ...;

DemoService demo2? = new ...;

RpcServer? server = new ...;

server.export(DemoService.class, demo, options);

server.export("demo2", DemoService.class, demo2, options);

上面 demo2 是另一個實現(xiàn)换吧，我們標(biāo)記為 "demo2" 來導(dǎo)出折晦，那么遠程調(diào)用時也需要傳遞該標(biāo)記才能調(diào)用到正確的實現(xiàn)類，這樣就解決了多態(tài)調(diào)用的語義沾瓦。

導(dǎo)入遠程接口與客戶端代理

導(dǎo)入相對于導(dǎo)出遠程接口满着，客戶端代碼為了能夠發(fā)起調(diào)用必須要獲得遠程接口的方法或過程定義。目前贯莺，大部分跨語言平臺 RPC 框架采用根據(jù) IDL 定義通過 code generator 去生成 stub 代碼风喇，這種方式下實際導(dǎo)入的過程就是通過代碼生成器在編譯期完成的。我所使用過的一些跨語言平臺 RPC 框架如 CORBAR缕探、WebService魂莫、ICE、Thrift 均是此類方式爹耗。

代碼生成的方式對跨語言平臺 RPC 框架而言是必然的選擇耙考，而對于同一語言平臺的 RPC 則可以通過共享接口定義來實現(xiàn)。在 java 中導(dǎo)入接口的代碼片段可能如下：

RpcClient client = new ...;

DemoService demo = client.refer(DemoService.class);

demo.hi("how are you?");

在 java 中 'import' 是關(guān)鍵字潭兽，所以代碼片段中我們用 refer 來表達導(dǎo)入接口的意思倦始。這里的導(dǎo)入方式本質(zhì)也是一種代碼生成技術(shù)，只不過是在運行時生成讼溺，比靜態(tài)編譯期的代碼生成看起來更簡潔些楣号。java 里至少提供了兩種技術(shù)來提供動態(tài)代碼生成，一種是 jdk 動態(tài)代理，另外一種是字節(jié)碼生成炫狱。動態(tài)代理相比字節(jié)碼生成使用起來更方便藻懒，但動態(tài)代理方式在性能上是要遜色于直接的字節(jié)碼生成的，而字節(jié)碼生成在代碼可讀性上要差很多视译。兩者權(quán)衡起來嬉荆，個人認為犧牲一些性能來獲得代碼可讀性和可維護性顯得更重要。

協(xié)議編解碼

客戶端代理在發(fā)起調(diào)用前需要對調(diào)用信息進行編碼酷含，這就要考慮需要編碼些什么信息并以什么格式傳輸?shù)椒?wù)端才能讓服務(wù)端完成調(diào)用鄙早。出于效率考慮，編碼的信息越少越好（傳輸數(shù)據(jù)少）椅亚，編碼的規(guī)則越簡單越好（執(zhí)行效率高）限番。我們先看下需要編碼些什么信息：

-- 調(diào)用編碼 --

1. 接口方法

? 包括接口名、方法名

2. 方法參數(shù)

? 包括參數(shù)類型呀舔、參數(shù)值

3. 調(diào)用屬性

? 包括調(diào)用屬性信息弥虐，例如調(diào)用附件隱式參數(shù)、調(diào)用超時時間等

-- 返回編碼 --

1. 返回結(jié)果

? 接口方法中定義的返回值

2. 返回碼

? 異常返回碼

3. 返回異常信息

? 調(diào)用異常信息

除了以上這些必須的調(diào)用信息媚赖，我們可能還需要一些元信息以方便程序編解碼以及未來可能的擴展霜瘪。這樣我們的編碼消息里面就分成了兩部分，一部分是元信息惧磺、另一部分是調(diào)用的必要信息颖对。如果設(shè)計一種 RPC 協(xié)議消息的話，元信息我們把它放在協(xié)議消息頭中磨隘，而必要信息放在協(xié)議消息體中缤底。下面給出一種概念上的 RPC 協(xié)議消息設(shè)計格式：

-- 消息頭 --

magic? ? ? : 協(xié)議魔數(shù)，為解碼設(shè)計

header size: 協(xié)議頭長度琳拭，為擴展設(shè)計

version? ? : 協(xié)議版本训堆，為兼容設(shè)計

st? ? ? ? : 消息體序列化類型

hb? ? ? ? : 心跳消息標(biāo)記，為長連接傳輸層心跳設(shè)計

ow? ? ? ? : 單向消息標(biāo)記白嘁，

rp? ? ? ? : 響應(yīng)消息標(biāo)記，不置位默認是請求消息

status code: 響應(yīng)消息狀態(tài)碼

reserved? : 為字節(jié)對齊保留

message id : 消息 id

body size? : 消息體長度

-- 消息體 --

采用序列化編碼膘流，常見有以下格式

xml? : 如 webservie soap

json? : 如 JSON-RPC

binary: 如 thrift; hession; kryo 等

格式確定后編解碼就簡單了絮缅，由于頭長度一定所以我們比較關(guān)心的就是消息體的序列化方式。序列化我們關(guān)心三個方面：

1. 序列化和反序列化的效率呼股，越快越好耕魄。

2. 序列化后的字節(jié)長度，越小越好彭谁。

3. 序列化和反序列化的兼容性吸奴，接口參數(shù)對象若增加了字段，是否兼容。

上面這三點有時是魚與熊掌不可兼得则奥，這里面涉及到具體的序列化庫實現(xiàn)細節(jié)考润，就不在本文進一步展開分析了。

傳輸服務(wù)

協(xié)議編碼之后读处，自然就是需要將編碼后的 RPC 請求消息傳輸?shù)椒?wù)方糊治，服務(wù)方執(zhí)行后返回結(jié)果消息或確認消息給客戶方。RPC 的應(yīng)用場景實質(zhì)是一種可靠的請求應(yīng)答消息流罚舱，和 HTTP 類似井辜。因此選擇長連接方式的 TCP 協(xié)議會更高效，與 HTTP 不同的是在協(xié)議層面我們定義了每個消息的唯一 id管闷，因此可以更容易的復(fù)用連接粥脚。

既然使用長連接，那么第一個問題是到底 client 和 server 之間需要多少根連接包个？實際上單連接和多連接在使用上沒有區(qū)別刷允，對于數(shù)據(jù)傳輸量較小的應(yīng)用類型，單連接基本足夠赃蛛。單連接和多連接最大的區(qū)別在于恃锉，每根連接都有自己私有的發(fā)送和接收緩沖區(qū)，因此大數(shù)據(jù)量傳輸時分散在不同的連接緩沖區(qū)會得到更好的吞吐效率呕臂。所以破托，如果你的數(shù)據(jù)傳輸量不足以讓單連接的緩沖區(qū)一直處于飽和狀態(tài)的話，那么使用多連接并不會產(chǎn)生任何明顯的提升歧蒋，反而會增加連接管理的開銷土砂。

連接是由 client 端發(fā)起建立并維持。如果 client 和 server 之間是直連的谜洽，那么連接一般不會中斷（當(dāng)然物理鏈路故障除外）萝映。如果 client 和 server 連接經(jīng)過一些負載中轉(zhuǎn)設(shè)備，有可能連接一段時間不活躍時會被這些中間設(shè)備中斷阐虚。為了保持連接有必要定時為每個連接發(fā)送心跳數(shù)據(jù)以維持連接不中斷序臂。心跳消息是 RPC 框架庫使用的內(nèi)部消息，在前文協(xié)議頭結(jié)構(gòu)中也有一個專門的心跳位实束，就是用來標(biāo)記心跳消息的奥秆，它對業(yè)務(wù)應(yīng)用透明。

執(zhí)行調(diào)用

client stub 所做的事情僅僅是編碼消息并傳輸給服務(wù)方咸灿，而真正調(diào)用過程發(fā)生在服務(wù)方构订。server stub 從前文的結(jié)構(gòu)拆解中我們細分了 RpcProcessor 和 RpcInvoker 兩個組件，一個負責(zé)控制調(diào)用過程避矢，一個負責(zé)真正調(diào)用悼瘾。這里我們還是以 java 中實現(xiàn)這兩個組件為例來分析下它們到底需要做什么囊榜？

java 中實現(xiàn)代碼的動態(tài)接口調(diào)用目前一般通過反射調(diào)用。除了原生的 jdk 自帶的反射亥宿，一些第三方庫也提供了性能更優(yōu)的反射調(diào)用卸勺，因此 RpcInvoker 就是封裝了反射調(diào)用的實現(xiàn)細節(jié)。

調(diào)用過程的控制需要考慮哪些因素箩绍，RpcProcessor 需要提供什么樣地調(diào)用控制服務(wù)呢孔庭？下面提出幾點以啟發(fā)思考：

1. 效率提升

? 每個請求應(yīng)該盡快被執(zhí)行，因此我們不能每請求來再創(chuàng)建線程去執(zhí)行材蛛，需要提供線程池服務(wù)圆到。

2. 資源隔離

? 當(dāng)我們導(dǎo)出多個遠程接口時，如何避免單一接口調(diào)用占據(jù)所有線程資源卑吭，而引發(fā)其他接口執(zhí)行阻塞芽淡。

3. 超時控制

? 當(dāng)某個接口執(zhí)行緩慢，而 client 端已經(jīng)超時放棄等待后豆赏，server 端的線程繼續(xù)執(zhí)行此時顯得毫無意義挣菲。

RPC 異常處理

無論 RPC 怎樣努力把遠程調(diào)用偽裝的像本地調(diào)用，但它們依然有很大的不同點掷邦，而且有一些異常情況是在本地調(diào)用時絕對不會碰到的白胀。在說異常處理之前，我們先比較下本地調(diào)用和 RPC 調(diào)用的一些差異：

1. 本地調(diào)用一定會執(zhí)行抚岗，而遠程調(diào)用則不一定或杠，調(diào)用消息可能因為網(wǎng)絡(luò)原因并未發(fā)送到服務(wù)方。

2. 本地調(diào)用只會拋出接口聲明的異常宣蔚，而遠程調(diào)用還會跑出 RPC 框架運行時的其他異常向抢。

3. 本地調(diào)用和遠程調(diào)用的性能可能差距很大，這取決于 RPC 固有消耗所占的比重胚委。

正是這些區(qū)別決定了使用 RPC 時需要更多考量挟鸠。當(dāng)調(diào)用遠程接口拋出異常時，異衬抖可能是一個業(yè)務(wù)異常艘希，也可能是 RPC 框架拋出的運行時異常（如：網(wǎng)絡(luò)中斷等）。業(yè)務(wù)異常表明服務(wù)方已經(jīng)執(zhí)行了調(diào)用硅急，可能因為某些原因?qū)е挛茨苷?zhí)行枢冤，而 RPC 運行時異常則有可能服務(wù)方根本沒有執(zhí)行，對調(diào)用方而言的異常處理策略自然需要區(qū)分铜秆。

由于 RPC 固有的消耗相對本地調(diào)用高出幾個數(shù)量級，本地調(diào)用的固有消耗是納秒級讶迁，而 RPC 的固有消耗是在毫秒級连茧。那么對于過于輕量的計算任務(wù)就并不合適導(dǎo)出遠程接口由獨立的進程提供服務(wù)核蘸，只有花在計算任務(wù)上時間遠遠高于 RPC 的固有消耗才值得導(dǎo)出為遠程接口提供服務(wù)。

總結(jié)

至此我們提出了一個 RPC 實現(xiàn)的概念框架啸驯，并詳細分析了需要考慮的一些實現(xiàn)細節(jié)客扎。無論 RPC 的概念是如何優(yōu)雅，但是“草叢中依然有幾條蛇隱藏著”，只有深刻理解了 RPC 的本質(zhì)，才能更好地應(yīng)用南窗。

原文：https://blog.csdn.net/mindfloating/article/details/39474123