用Java实现RPC框架实例

以你之姓@ 2022-05-11 13:10 245阅读 0赞

一、RPC简介

RPC，全称为Remote Procedure Call，即远程过程调用，它是一个计算机通信协议。它允许像调用本地服务一样调用远程服务。它可以有不同的实现方式。如RMI(远程方法调用)、Hessian、Http invoker等。另外，RPC是与语言无关的。

RPC示意图  
![70][]

如上图所示，假设Computer1在调用sayHi()方法，对于Computer1而言调用sayHi()方法就像调用本地方法一样，调用 –>返回。但从后续调用可以看出Computer1调用的是Computer2中的sayHi()方法，RPC屏蔽了底层的实现细节，让调用者无需关注网络通信，数据传输等细节。

二、RPC框架的实现

上面介绍了RPC的核心原理：RPC能够让本地应用简单、高效地调用服务器中的过程（服务）。它主要应用在分布式系统。如Hadoop中的IPC组件。但怎样实现一个RPC框架呢？

从下面几个方面思考，仅供参考：

1.通信模型：假设通信的为A机器与B机器，A与B之间有通信模型，在Java中一般基于BIO或NIO；。

2.过程（服务）定位：使用给定的通信方式，与确定IP与端口及方法名称确定具体的过程或方法；

3.远程代理对象：本地调用的方法(服务)其实是远程方法的本地代理，因此可能需要一个远程代理对象，对于Java而言，远程代理对象可以使用Java的动态对象实现，封装了调用远程方法调用；

4.序列化，将对象名称、方法名称、参数等对象信息进行网络传输需要转换成二进制传输，这里可能需要不同的序列化技术方案。如:protobuf，Arvo等。

三、Java实现RPC框架

1、实现技术方案

下面使用比较原始的方案实现RPC框架，采用Socket通信、动态代理与反射与Java原生的序列化。

2、RPC框架架构

RPC架构分为三部分：

1）服务提供者，运行在服务器端，提供服务接口定义与服务实现类。

2）服务中心，运行在服务器端，负责将本地服务发布成远程服务，管理远程服务，提供给服务消费者使用。

3）服务消费者，运行在客户端，通过远程代理对象调用远程服务。

3、 具体实现

服务提供者接口定义与实现，代码如下：

HelloServices接口实现类：

public interface HelloService {
        String sayHi(String name);
    }

public class HelloServiceImpl implements HelloService \{

@Override  
    public String sayHi(String name) \{  
        return "hi " + name;  
    \}  
\}

服务中心代码实现，代码如下：

public interface Server \{

void stop();

void start() throws IOException;

void register(Class serviceInterface, Class impl);

boolean isRunning();

int getPort();

服务中心实现类：

package com.example.demoms.rpc.server;

import java.io.IOException;  
import java.io.ObjectInputStream;  
import java.io.ObjectOutputStream;  
import java.lang.reflect.Method;  
import java.net.ServerSocket;  
import java.net.Socket;  
import java.util.HashMap;  
import java.util.Map;  
import java.util.concurrent.ExecutorService;  
import java.util.concurrent.Executors;

public class ServerImpl implements Server \{

private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

private Map<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<>();

private boolean isRunning = false;

private int port;

public ServerImpl(int port) \{  
        this.port = port;  
    \}

public ServerImpl() \{  
    \}

@Override  
    public void stop() \{  
        isRunning = false;  
        executorService.shutdown();  
    \}

@Override  
    public void start() throws IOException \{

try (ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(port)) \{  
            //serverSocket.bind(new InetSocketAddress(port));  
            System.out.println("server start...");  
            try \{  
                while (true) \{  
                    executorService.execute(new ServerTask(serverSocket.accept()));  
                \}  
            \} finally \{  
                serverSocket.close();  
            \}

@Override  
    public void register(Class serviceInterface, Class impl) \{  
        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);  
    \}

@Override  
    public boolean isRunning() \{  
        return isRunning;  
    \}

@Override  
    public int getPort() \{  
        return port;  
    \}

class ServerTask implements Runnable \{

private Socket client;

public ServerTask(Socket accept) \{  
            this.client = accept;  
        \}

@Override  
        public void run() \{  
            ObjectInputStream inputStream = null;  
            ObjectOutputStream outputStream = null;  
            try \{  
                inputStream = new ObjectInputStream(client.getInputStream());  
                String serviceName = inputStream.readUTF();  
                String methodName = inputStream.readUTF();  
                Class<?>\[\] argsType = ((Class<?>\[\]) inputStream.readObject());  
                Object\[\] args = (Object\[\]) inputStream.readObject();

Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);  
                if (serviceClass == null) \{  
                    throw new ClassNotFoundException("远程调用类不存在：" + serviceName);  
                \}  
                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, argsType);  
                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), args);

outputStream = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());  
                outputStream.writeObject(result);

\} catch (Exception e) \{  
                e.printStackTrace();  
            \} finally \{  
                try \{  
                    if (outputStream != null) \{  
                        outputStream.close();  
                    \}  
                    if (inputStream != null) \{  
                        inputStream.close();  
                    \}  
                    if (client != null) \{  
                        client.close();  
                    \}  
                \} catch (IOException e) \{  
                    e.printStackTrace();  
                \}  
            \}  
        \}  
    \}

客户端的远程代理对象：

package com.example.demoms.rpc.consumer;

import java.io.ObjectInputStream;  
import java.io.ObjectOutputStream;  
import java.lang.reflect.Proxy;  
import java.net.InetSocketAddress;

public class RPCClient \{

public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress address) \{  
        return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class\[\]\{serviceInterface\},  
                (proxy, method, args) -> \{  
                    Socket socket = null;  
                    ObjectInputStream inputStream = null;  
                    ObjectOutputStream outputStream = null;  
                    try \{  
                        socket = new Socket();  
                        socket.connect(address);

outputStream = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());  
                        outputStream.writeUTF(serviceInterface.getName());  
                        outputStream.writeUTF(method.getName());  
                        outputStream.writeObject(method.getParameterTypes());  
                        outputStream.writeObject(args);

inputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());  
                        return inputStream.readObject();

\} finally \{  
                        if (outputStream != null) outputStream.close();  
                        if (inputStream != null) inputStream.close();  
                        if (socket != null) socket.close();

\}  
                \});  
    \}

最后为测试类：

package com.example.demoms.rpc.consumer;

import com.example.demoms.rpc.provider.HelloService;  
import com.example.demoms.rpc.provider.HelloServiceImpl;  
import com.example.demoms.rpc.server.Server;  
import com.example.demoms.rpc.server.ServerImpl;

import java.io.IOException;  
import java.net.InetSocketAddress;

public class RPCTest \{

public static void main(String\[\] args) \{  
        new Thread(() -> \{  
            Server server = new ServerImpl(8888);  
            server.register(HelloService.class, HelloServiceImpl.class);  
            try \{  
                server.start();  
            \} catch (IOException e) \{  
                e.printStackTrace();  
            \}  
        \}).start();

HelloService service = RPCClient.getRemoteProxyObj(HelloService.class, new InetSocketAddress("localhost", 8888));  
        System.out.println(service.sayHi("hello"));  
    \}

运行结果：

server start...  
hi hello

四、总结   
      RPC本质为消息处理模型，RPC屏蔽了底层不同主机间的通信细节，让进程调用远程的服务就像是本地的服务一样。

五、可以改进的地方   
     这里实现的简单RPC框架是使用Java语言开发，与Java语言高度耦合，并且通信方式采用的Socket是基于BIO实现的，IO效率不高，还有Java原生的序列化机制占内存太多，运行效率也不高。可以考虑从下面几种方法改进。

可以采用基于JSON数据传输的RPC框架；   
可以使用NIO或直接使用Netty替代BIO实现；   
使用开源的序列化机制，如Hadoop Avro与Google protobuf等；   
服务注册可以使用Zookeeper进行管理，能够让应用更加稳定。

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