思考一個(gè)問(wèn)題：為什么需要 RPC 服務(wù)？

在傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式中，我們通常將系統(tǒng)的各個(gè)服務(wù)部署在單臺(tái)機(jī)器，隨著服務(wù)的擴(kuò)展，這種方式已經(jīng)完全無(wú)法滿足系統(tǒng)大規(guī)模的擴(kuò)展需要，分布式系統(tǒng)由此誕生，在分布式系統(tǒng)中，最重要就是各個(gè)服務(wù)之間的 RPC 調(diào)用。

RPC 全稱 Remote Procedure Call——遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用，它是一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)程序上請(qǐng)求服務(wù)，而不需要了解底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式。簡(jiǎn)單一點(diǎn)就是：通過(guò)一定協(xié)議和方法使得調(diào)用遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的服務(wù)，就像調(diào)用本地服務(wù)一樣。

通常來(lái)說(shuō)，RPC 的實(shí)現(xiàn)方式有很多，可以基于常見(jiàn)的 HTTP 協(xié)議，也可以在TCP上層封裝自定義協(xié)議，常見(jiàn)的 Web Service 就是基于 HTTP 協(xié)議的 RPC，HTTP 協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的跨平臺(tái)性，特別適合異構(gòu)系統(tǒng)較多的公司，但是由于 HTTP 報(bào)頭較為冗長(zhǎng)，性能較差，基于 TCP 協(xié)議的 RPC 可以建立長(zhǎng)連接，速度和效率明顯，但是難度和復(fù)雜程度很高。

RPC 的誕生讓構(gòu)建分布式應(yīng)用更容易，極大的擴(kuò)大系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，容錯(cuò)性。為復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯的系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)化改造和高可用性升級(jí)提供了可能。

RPC 調(diào)用分類

RPC 調(diào)用的分類方式有很多種。

從通信協(xié)議層面可以分為：

基于 HTTP 協(xié)議的 RPC；

基于二進(jìn)制協(xié)議的 RPC；

基于 TCP 協(xié)議的 RPC。

從是否跨平臺(tái)可分為：

單語(yǔ)言 RPC，如 RMI, Remoting；

跨平臺(tái) RPC，如 google protobuffer, restful json，http XML。

從調(diào)用過(guò)程來(lái)看，可以分為同步通信RPC和異步通信RPC：

同步 RPC：指的是客戶端發(fā)起調(diào)用后，必須等待調(diào)用執(zhí)行完成并返回結(jié)果；

異步 RPC：指客戶方調(diào)用后不關(guān)心執(zhí)行結(jié)果返回，如果客戶端需要結(jié)果，可用通過(guò)提供異步 callback 回調(diào)獲取返回信息。大部分 RPC 框架都同時(shí)支持這兩種方式的調(diào)用。

RPC 框架結(jié)構(gòu)

一個(gè)完整的 RPC 框架的架構(gòu)主要模塊如圖所示。

RPC 服務(wù)方的主要職責(zé)是提供服務(wù)，供客戶端調(diào)用訪問(wèn)，服務(wù)端會(huì)通過(guò)一個(gè)接收器接受客戶端的調(diào)用請(qǐng)求，根據(jù)相應(yīng)的 RPC 協(xié)議進(jìn)行解碼獲取調(diào)用方法以及相關(guān)參數(shù)，當(dāng)調(diào)用完成后，服務(wù)器端通過(guò)后臺(tái)處理模塊處理完成并將結(jié)果返回給客戶端。

對(duì)于客戶端來(lái)說(shuō)，服務(wù)調(diào)用完全透明，像調(diào)用本地服務(wù)一樣調(diào)用遠(yuǎn)程方法，客戶端調(diào)用服務(wù)時(shí)候通過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)程連接和服務(wù)端建立通道，并通過(guò)相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行編碼，將調(diào)用的方法和相關(guān)參數(shù)發(fā)送給服務(wù)方。

上 手 篇

RPC 模塊詳解

下面我們根據(jù)上面的RPC的架構(gòu)圖，對(duì)圖中的各個(gè)模塊進(jìn)行拆解，并解釋每個(gè)模塊的作用。

服務(wù)端（Server)：RPC 服務(wù)的提供者，負(fù)責(zé)將 RPC 服務(wù)導(dǎo)出；

客戶端 （Client）：RPC 服務(wù)的消費(fèi)者，負(fù)責(zé)調(diào)用 RPC 服務(wù)；

代理（Proxy）：通過(guò)動(dòng)態(tài)代理，提供對(duì)遠(yuǎn)程接口的代理實(shí)現(xiàn)；

執(zhí)行器（Invoker）：對(duì)于客戶端：主要負(fù)責(zé)服務(wù)調(diào)用的編碼，調(diào)用請(qǐng)求發(fā)送和等待結(jié)果返回；對(duì)于服務(wù)方：負(fù)責(zé)處理調(diào)用邏輯并返回調(diào)用結(jié)果；

協(xié)議管理（Protocol）：協(xié)議管理組件，負(fù)責(zé)整個(gè) RPC 通信協(xié)議的編/解碼；

連接端口（Connector）：負(fù)責(zé)維持客戶方和服務(wù)方的長(zhǎng)連接通道；

后臺(tái)處理（Processor）：負(fù)責(zé)整個(gè)調(diào)用服務(wù)中的管理調(diào)度，包括線程池，分發(fā)，異常處理等；

連接通道（Channel）：客戶端和服務(wù)器端的數(shù)據(jù)傳輸通道。

具體到 JAVA 平臺(tái)來(lái)說(shuō)，其中的3,4通常使用動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)，5,6,7,8使用 NIO 或者一些高性能 NIO 框架，如 mina,netty 實(shí)現(xiàn)。

最簡(jiǎn)單的 RPC JAVA 實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)一步拆解了組件并劃分了職責(zé)之后，這里以一個(gè)最簡(jiǎn)單 Java RPC 框架實(shí)現(xiàn)為例，對(duì) RPC 具體邏輯進(jìn)行分析。

RPC 框架服務(wù)發(fā)布代碼：

服務(wù)端發(fā)布服務(wù)的代碼如上，首先校驗(yàn)傳入的端口和服務(wù)是否合法，然后開(kāi)啟一個(gè) socket 監(jiān)聽(tīng)，這兒為了簡(jiǎn)便，沒(méi)有采用 NIO 方式，同時(shí)直接采用 java 的序列化方式，將傳入的數(shù)據(jù)通過(guò)反射取出調(diào)用的方法和參數(shù)，本地執(zhí)行后將運(yùn)行結(jié)果通過(guò) socket 套接字返回給客戶端。

RPC 框架服務(wù)調(diào)用代碼：

框架中客戶端調(diào)用的代碼中，首先校驗(yàn)對(duì)應(yīng)的端口和主機(jī)是否合法，然后通過(guò)動(dòng)態(tài)代理生成一個(gè)代理對(duì)象，在代理對(duì)象的方法中，攔截調(diào)用，通過(guò)建立 socket 連接，將方法和參數(shù)傳遞到遠(yuǎn)端執(zhí)行并獲取遠(yuǎn)程執(zhí)行返回結(jié)果。

RPC 調(diào)用測(cè)試：

如上圖所示，服務(wù)器端發(fā)布一個(gè)接口服務(wù) HelloService，客戶端成功通過(guò) RPC 調(diào)用。

思 考 篇

自定義 RPC 協(xié)議

協(xié)議頭

在上面的示例程序當(dāng)中，我們僅僅是完成了一個(gè)基本的遠(yuǎn)程調(diào)用，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn) RPC 框架中的很多組件功能，從最簡(jiǎn)單的代碼版本中我們可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)起一個(gè) RPC 調(diào)用，需要傳輸?shù)淖罨緮?shù)據(jù)如下：

接口方法：包括接口的名字和相應(yīng)的方法名字；

方法參數(shù)：包括參數(shù)的類型和取值；

附件參數(shù)，包括調(diào)用接口版本，接口超時(shí)時(shí)間等等。

因此，如果要自定義協(xié)議實(shí)現(xiàn) RPC，我們必須再協(xié)議的消息體中包含這部分?jǐn)?shù)據(jù)，另外，我們需要定義一些協(xié)議元數(shù)據(jù)，這些元數(shù)據(jù)通常放在協(xié)議頭中，和包含必要參數(shù)的協(xié)議體一期組成了自定義消息。

元數(shù)據(jù)通常會(huì)包含以下字段，大部分字段只需要1-2位：

magic: 魔數(shù)，方便協(xié)議解碼

header_size: 協(xié)議頭大小，便于解碼，同時(shí)可用用于處理TCP粘包問(wèn)題

id :消息 id，用來(lái)標(biāo)示這次調(diào)用

version: 接口版本

type:消息類型，可用包括普通調(diào)用消息，心跳，控制消息

status:消息狀態(tài),是否首次處理或者已經(jīng)處理

body_size: 消息體長(zhǎng)度

serialize_type:消息體序列化類型

body：具體消息

具體消息

消息內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上傳輸需要對(duì)其進(jìn)行編碼，這個(gè)編碼的過(guò)程就是序列化過(guò)程，顯然，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，在能夠保證信息足夠解碼的情況下，序列化的大小越小，傳輸?shù)拈_(kāi)銷就越小，效率就越高，目前 JAVA 平臺(tái)常用的序列化方式有：xml，json ，binary(包括 thrift; hession; kryo 等)。

在 RPC 調(diào)用中我們推薦使用二進(jìn)制方式進(jìn)行序列化，在大部分的測(cè)試中，二進(jìn)制方式序列化具有相當(dāng)好的表現(xiàn)，另外一個(gè)比較有意思的地方是，每一次 JDK 版本的升級(jí)，JAVA 自帶的序列化方式的效率都有提升。

服務(wù)端調(diào)用優(yōu)化

從前面的示例代碼中，我們僅僅簡(jiǎn)單的考慮了實(shí)現(xiàn)了組件中的服務(wù)端和客戶端，并沒(méi)有考慮效率問(wèn)題，在一個(gè)完整的 RPC 框架中，我們需要考慮實(shí)現(xiàn)并優(yōu)化調(diào)用的每一個(gè)地方，同時(shí)，為了符合業(yè)務(wù)需求，需要有很高的可靠性和容錯(cuò)機(jī)制。

具體來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)代理模塊，我們不會(huì)采用 java 自帶的動(dòng)態(tài)接口，而是會(huì)采用一些性能更高的三方庫(kù)，在連接通道和連接模塊，我們會(huì)采用更優(yōu)秀的三方NIO，如 netty 來(lái)實(shí)現(xiàn)，在后端處理模塊，我們也不會(huì)僅僅是執(zhí)行結(jié)果并返回，要考慮更多的東西：

并發(fā)控制：當(dāng)多個(gè)請(qǐng)求并發(fā)處理的時(shí)候，如何管理和控制線程池和超時(shí)等待時(shí)間；

版本隔離：當(dāng)服務(wù)有多個(gè)版本的時(shí)候，如何讓不同的調(diào)用者能夠調(diào)用正確的服務(wù)；

服務(wù)路由：當(dāng)服務(wù)提供者有多臺(tái)機(jī)器的時(shí)候，如何提高系統(tǒng)負(fù)載均衡，路由到正確的服務(wù)端；

服務(wù)降級(jí)：當(dāng)多個(gè)服務(wù)重要性有不同的時(shí)候，如果保證核心業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性，適當(dāng)?shù)慕档头呛诵臉I(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)；

服務(wù)監(jiān)控和報(bào)警：服務(wù)出現(xiàn)異常情況時(shí)候，運(yùn)維和對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)負(fù)責(zé)人能夠第一時(shí)間得到告警和錯(cuò)誤信息。

以上的思考大部分要結(jié)合運(yùn)維層面一起考慮，但是 RPC 框架本身也要提供足夠的支持才能保證它足夠的健壯性。

需要注意的一些地方

雖然 RPC 有足夠多的優(yōu)點(diǎn)讓你去使用，但是當(dāng)真正轉(zhuǎn)向服務(wù)化的時(shí)候，依然有很多需要考慮的地方：

網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題：本地調(diào)用無(wú)需考慮是否能夠執(zhí)行問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)調(diào)用可能會(huì)因?yàn)楦鞣N外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，端口攔截，IP 受限等可能情況導(dǎo)致無(wú)法成功執(zhí)行。所以 RPC 的服務(wù)端通常要考慮冪等性和容錯(cuò)性，接口需要較強(qiáng)的魯棒性設(shè)計(jì)。

異常處理：RPC 和本地服務(wù)最大的不同就是 RPC 服務(wù)存在分布式一致性問(wèn)題，當(dāng)服務(wù)沒(méi)有調(diào)用成功情況下，本地和遠(yuǎn)程的服務(wù)可能處于一個(gè)不一致的狀態(tài)，如何進(jìn)行異常處理和事物的回滾機(jī)制也是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題，是需要保障強(qiáng)一致性和最終一致性通常取決于具體的業(yè)務(wù)需求。

由于網(wǎng)絡(luò)原因，RPC 服務(wù)通常會(huì)被本地服務(wù)處理慢一個(gè)數(shù)量級(jí)，在比較輕量級(jí)的業(yè)務(wù)和并發(fā)量很小的情況下，并不需要 RPC 服務(wù)，引入 RPC 服務(wù)后，無(wú)論是系統(tǒng)的調(diào)試，還是線上問(wèn)題分析都會(huì)變得非常復(fù)雜，是否引入也需要權(quán)衡相關(guān)利弊。

文末小結(jié)

本文簡(jiǎn)單的介紹了 RPC 的基本知識(shí)和相關(guān)分析以供拋磚引玉，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)可以參考當(dāng)前最主流的一些 RPC 框架，如dubbo, protobuff ,thrift 通過(guò)對(duì)其源碼的深入學(xué)習(xí)，相信能獲益匪淺。