开心一刻
一实习小护士给我挂针,拿着针在我胳膊上扎了好几针也没找到血管
但这位小姑娘真镇定啊,表情严肃认真,势有不扎到血管不罢休的意思
十几针之后,我忍着剧痛,带着敬畏的表情问小护士:你这针法跟容嬷嬷学的么?
写在前面
单机应用中的方法调用很简单,直接调用就行,像这样
因为调用方与被调用方在一个进程内
随着业务的发展,单机应用会越来越力不从心,势必会引入分布式来解决单机的问题,那么调用方如何调用另一台机器上的方法呢 ?
这就涉及到分布式通信方式,从单机走向分布式,产生了很多通信方式
而 RPC 就是实现远程方法调用的方式之一;说 RPC 不是协议,可能很多小伙伴难以置信,以为我在骗你们
看着你们这一身腱子肉,我哪敢骗你们;只要你们把下面的看完,骗没骗你们,你们自己说了算
RPC 的演进过程
先说明一下,下文中的示例虽然是 Java 代码实现的,但原理是通用的,重点是理解其中的原理
第一版
两台机器之间进行交互,那么肯定离不开网络通信协议,TCP / IP 也就成了绕不开的点,所以先辈们最初想到的方法就是通过 TCP / IP 来实现远程方法的调用
而操作系统是没有直接暴露 TCP / IP 接口的,而是通过 Socket 抽象了 TCP / IP 接口,所以我们可以通过 Socket 来实现最初版的远程方法调用
完整示例代码:rpc-01,核心代码如下
Server:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; import com.qsl.rpc.server.UserServiceImpl; import com.qsl.rpc.service.IUserService; import java.io.DataInputStream; import java.io.DataOutputStream; import java.io.InputStream; import java.io.OutputStream; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Server { private static boolean is_running = true; public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888); while (is_running) { System.out.println("等待 client 连接"); Socket client = serverSocket.accept(); System.out.println("获取到 client..."); handle(client); client.close(); } serverSocket.close(); } private static void handle(Socket client) throws Exception { InputStream in = client.getInputStream(); OutputStream out = client.getOutputStream(); DataInputStream dis = new DataInputStream(in); DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out); // 从 socket 读取参数 int id = dis.readInt(); System.out.println("id = " + id); // 查询本地数据 IUserService userService = new UserServiceImpl(); User user = userService.getUserById(id); // 往 socket 写响应值 dos.writeInt(user.getId()); dos.writeUTF(user.getName()); dos.flush(); dis.close(); dos.close(); } }
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Client:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; import java.io.DataInputStream; import java.io.DataOutputStream; import java.net.Socket; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888); // 网络传输数据 // 往 socket 写请求参数 DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream()); dos.writeInt(18); // 从 socket 读响应值 DataInputStream dis = new DataInputStream(s.getInputStream()); int id = dis.readInt(); String name = dis.readUTF(); // 将响应值封装成 User 对象 User user = new User(id, name); dos.close(); dis.close(); s.close(); // 进行业务处理 System.out.println(user); } }
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代码很简单,就是一个简单的 Socket 通信;如果看不懂,那就需要去补充下 Socket 和 IO 的知识
测试结果如下
可以看到 Client 与 Server 之间是可以进行通信的;但是,这种方式非常麻烦,有太多缺点,最明显的一个就是
Client 端业务代码 与 网络传输代码 混合在一起,没有明确的模块划分
如果有多个开发者同时进行 Client 开发,那么他们都需要知道 Socket、IO
第二版
针对第一版的缺点,演进出了这一版,引进 Stub (早期的叫法,不用深究,理解成代理就行)实现 Client 端网络传输代码的封装
完整示例代码:rpc-02,改动部分如下
Stub:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; import java.io.DataInputStream; import java.io.DataOutputStream; import java.net.Socket; /** * 相当于一个静态代理,封装了网络数据传输 * @author 青石路 * @date 2021/1/17 9:38 */ public class Stub { public User getUserById(Integer id) throws Exception { Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888); // 网络传输数据 // 往 socket 写请求参数 DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream()); dos.writeInt(id); // 从 socket 读响应值 DataInputStream dis = new DataInputStream(s.getInputStream()); int userId = dis.readInt(); String name = dis.readUTF(); // 将响应值封装成 User 对象 User user = new User(userId, name); dos.close(); dis.close(); s.close(); return user; } }
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Client:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { // 不再关注网络传输 Stub stub = new Stub(); User user = stub.getUserById(18); // 进行业务处理 System.out.println(user); } }
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Client 不再关注网络数据传输,一心关注业务代码就好
有小伙伴可能就杠上了:这不就是把网络传输代码移了个位置嘛,这也算改进?
迭代开发是一个逐步完善的过程,而这也算是一个改进哦
但这一版还是有很多缺点,最明显的一个就是
Stub 只能代理 IUserService 的一个方法 getUserById ,局限性太大,不够通用
如果想在 IUserService 新增一个方法: getUserByName ,那么需要在 Stub 中新增对应的方法,Server 端也需要做对应的修改来支持
第三版
第二版中的 Stub 代理功能太弱了,那有没有什么方式可以增强 Stub 的代理功能了?
前面的 Stub 相当于是一个静态代理,所以功能有限,那静态代理的增强版是什么了,没错,就是:动态代理
不熟悉动态代理的小伙伴,一定要先弄懂动态代理:设计模式之代理,手动实现动态代理,揭秘原理实现
JDK 有动态代理的 API,我们就用它来实现
完整示例代码:rpc-03,相较于第二版,改动比较大,大家需要仔细看
Server:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; import com.qsl.rpc.server.UserServiceImpl; import com.qsl.rpc.service.IUserService; import java.io.InputStream; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.io.OutputStream; import java.lang.reflect.Method; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Server { private static boolean is_running = true; public static void main(String[] args) throws Exception { ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888); while (is_running) { System.out.println("等待 client 连接"); Socket client = serverSocket.accept(); System.out.println("获取到 client..."); handle(client); client.close(); } serverSocket.close(); } private static void handle(Socket client) throws Exception { InputStream in = client.getInputStream(); OutputStream out = client.getOutputStream(); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out); // 获取方法名、方法的参数类型、方法的参数值 String methodName = ois.readUTF(); Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject(); Object[] args = (Object[]) ois.readObject(); IUserService userService = new UserServiceImpl(); Method method = userService.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes); User user = (User) method.invoke(userService, args); // 往 socket 写响应值;直接写可序列化对象(实现 Serializable 接口) oos.writeObject(user); oos.flush(); ois.close(); oos.close(); } }
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Stub:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; import com.qsl.rpc.service.IUserService; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Proxy; import java.net.Socket; /** * 动态代理,封装了网络数据传输 * @author 青石路 * @date 2021/1/17 9:38 */ public class Stub { public static IUserService getStub() { Object obj = Proxy.newProxyInstance(IUserService.class.getClassLoader(), new Class[]{IUserService.class}, new NetInvocationHandler()); return (IUserService)obj; } static class NetInvocationHandler implements InvocationHandler { /** * * @param proxy * @param method * @param args * @return * @throws Throwable */ @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888); // 网络传输数据 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(s.getOutputStream()); // 传输方法名、方法参数类型、方法参数值;可能会有方法重载,所以要传参数列表 oos.writeUTF(method.getName()); Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes(); oos.writeObject(parameterTypes); oos.writeObject(args); // 从 socket 读响应值 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(s.getInputStream()); User user = (User) ois.readObject(); oos.close(); ois.close(); s.close(); return user; } } }
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Client:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.User; import com.qsl.rpc.service.IUserService; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { IUserService userService = Stub.getStub(); //User user = userService.getUserById(23); User user = userService.getUserByName("李小龙"); // 进行业务处理 System.out.println(user); } }
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我们来看下效果
此时, IUserService 接口的方法都能被代理了,即使它新增接口, Stub 不用做任何修改也能代理上
另外, Server 端的响应值改成了对象,而不是单个属性逐一返回,那么无论 User 是新增属性,还是删减属性,Client 和 Server 都不受影响了
这一版的改进是非常大的进步;但还是存在比较明显的缺点
只支持 IUserService ,通用性还是不够完美
如果新引进了一个 IPersonService ,那怎么办 ?
第四版
第三版相当于 Client 与 Server 端约定好了,只进行 User 服务的交互,所以 User 之外的服务,两边是通信不上的
如果还需要进行其他服务的交互,那么 Client 就需要将请求的服务名作为参数传递给 Server,告诉 Server 我需要和哪个服务进行交互
所以,Client 和 Server 都需要进行改造
完整示例代码:rpc-04,相较于第三版,改动比较小,相信大家都能看懂
Server:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.server.PersonServiceImpl; import com.qsl.rpc.server.UserServiceImpl; import java.io.InputStream; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.io.OutputStream; import java.lang.reflect.Method; import java.net.ServerSocket; import java.net.Socket; import java.util.HashMap; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Server { private static boolean is_running = true; private static final HashMap<String, Object> REGISTRY_MAP = new HashMap(); public static void main(String[] args) throws Exception { // 向注册中心注册服务 REGISTRY_MAP.put("com.qsl.rpc.service.IUserService", new UserServiceImpl()); REGISTRY_MAP.put("com.qsl.rpc.service.IPersonService", new PersonServiceImpl()); ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888); while (is_running) { System.out.println("等待 client 连接"); Socket client = serverSocket.accept(); System.out.println("获取到 client..."); handle(client); client.close(); } serverSocket.close(); } private static void handle(Socket client) throws Exception { InputStream in = client.getInputStream(); OutputStream out = client.getOutputStream(); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out); // 获取服务名 String serviceName = ois.readUTF(); System.out.println("serviceName = " + serviceName); // 获取方法名、方法的参数类型、方法的参数值 String methodName = ois.readUTF(); Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject(); Object[] args = (Object[]) ois.readObject(); // 获取服务;从服务注册中心获取服务 Object serverObject = REGISTRY_MAP.get(serviceName); // 通过反射调用服务的方法 Method method = serverObject.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes); Object resp = method.invoke(serverObject, args); // 往 socket 写响应值;直接写可序列化对象(实现 Serializable 接口) oos.writeObject(resp); oos.flush(); ois.close(); oos.close(); } }
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Stub:
package com.qsl.rpc; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.lang.reflect.InvocationHandler; import java.lang.reflect.Method; import java.lang.reflect.Proxy; import java.net.Socket; /** * 动态代理,封装了网络数据传输 * @author 青石路 * @date 2021/1/17 9:38 */ public class Stub { public static Object getStub(Class clazz) { Object obj = Proxy.newProxyInstance(clazz.getClassLoader(), new Class[]{clazz}, new NetInvocationHandler(clazz)); return obj; } static class NetInvocationHandler implements InvocationHandler { private Class clazz; NetInvocationHandler(Class clazz){ this.clazz = clazz; } @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888); // 网络传输数据 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(s.getOutputStream()); // 传输接口名,告诉服务端,我要哪个服务 oos.writeUTF(clazz.getName()); // 传输方法名、方法参数类型、方法参数值;可能会有方法重载,所以要传参数列表 oos.writeUTF(method.getName()); Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes(); oos.writeObject(parameterTypes); oos.writeObject(args); // 从 socket 读响应值 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(s.getInputStream()); Object resp = ois.readObject(); oos.close(); ois.close(); s.close(); return resp; } } }
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Client:
package com.qsl.rpc; import com.qsl.rpc.entity.Person; import com.qsl.rpc.entity.User; import com.qsl.rpc.service.IPersonService; import com.qsl.rpc.service.IUserService; /** * @author 青石路 * @date 2021/1/16 19:49 */ public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { /*IUserService userService = (IUserService)Stub.getStub(IUserService.class); User user = userService.getUserByName("青石路"); System.out.println(user);*/ IPersonService personService = (IPersonService)Stub.getStub(IPersonService.class); Person person = personService.getPersonByPhoneNumber("123"); System.out.println(person); } }
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此版本抽象的比较好了,屏蔽了底层细节,支持任何服务的任意方法,算是一个比较完美的版本了
至此,一个最基础的 RPC 就已经实现了
但是,还是有大量的细节可以改善,序列化与反序列化就是其中之一
网络中数据的传输都是二进制,所以请求参数需要序列化成二进制,响应参数需要反序列化成对象
而 JDK 自带的序列化与反序列化,具有语言局限性、效率慢、序列化后的长度太长等缺点
序列化与反序列化协议非常多,常见的有
这些协议孰好孰坏,本文不做过多阐述,这里提出来只是想告诉大家:序列化与反序列化协议是 RPC 中的重要一环
总结
1、RPC 的演进过程
2、RPC 的组成要素
三要素:动态代理、序列化与反序列化协议、网络通信协议
网络通信协议可以是 TCP、UDP,也可以是 HTTP 1.x、HTTP 2,甚至有能力可以是自定义协议
3、RPC 框架
RPC 不等同于 RPC 框架,RPC 是一个概念,是一个分布式通信方式
基于 RPC 产生了很多 RPC 框架:Dubbo、Netty、gRPC、BRPC、Thrift、JSON-RPC 等等
RPC 框架对 RPC 进行了功能丰富,包括:服务注册、服务发现、服务治理、服务监控、服务负载均衡等功能
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参考
36行代码透彻解析RPC
序列化和反序列化
你应该知道的RPC原理