RPC框架的核心是什么

清疚 2023-10-15 11:40 8阅读 0赞

## 什么是 RPC ##

首先思考这样一个问题，假设你不知道任何框架，现在有两台机器，每台机器上有一个服务，让你在其中的一个服务中调用另一个服务中的接口，怎么样才能做到呢？

RPC 全称为远程过程调用（Remote Procedure Call Protocol），通俗点来说，就是从一台机器通过网络调用到另一台机器的某个方法。

那这样说来的话，通过 Socket 调用另一台机器的 Sokcet 服务也是RPC，通过一些 HTTP 请求工具包调用一个远程 HTTP 接口也是 RPC 了。

最开始的 RPC 定义还有可能是这样的，但是这种方式太底层、太繁琐了。

现在的 RPC 除了要有明显的网络通信特征外，还要具备下面几个特点：

1、良好的封装：让我们感觉调用远程接口就好像是调用本地方法一样方便，封装底层网络通信的细节，让我们更专注于业务逻辑。

2、良好的协议设计：数据在调用方和提供方传输，数据组织要遵循约定好的协议格式，比如 HTTP 协议、TCP 协议这种。

3、高效的序列化和反序列化：远程调用，所以很大一部分开销来自于数据传输，所以原则上数据量越小越好，这就依赖于序列化的算法了。

## 封装的艺术（如何隐藏底层逻辑） ##

如果每次调用提供方提供的方法时都像下面这样繁琐，指明 URL、自己构造 JSON 序列化字符串等等，会不会不太方便。

json复制代码public static final MediaType JSON
        = MediaType.get("application/json; charset=utf-8");
    
    OkHttpClient client = new OkHttpClient();
    
    String post(String url, String json) throws IOException {
      RequestBody body = RequestBody.create(json, JSON);
      Request request = new Request.Builder()
          .url(url)
          .post(body)
          .build();
      try (Response response = client.newCall(request).execute()) {
        return response.body().string();
      }
    }

而像 Dubbo 这样调用，如果没有接触过 RPC 的人，刚看到这段代码会感觉到好像就是在调用本地的一个方法。隐藏了很多的细节。

java复制代码@DubboReference
    private DemoService demoService;
    
    String result = demoService.sayHello("world");
    System.out.println("Receive result ======> " + result);

这就是现代 RPC 里一个很重要的特性，就是封装，尽量隐藏网络上的细节，让使用者感觉就是在调用本地的方法。

![format_png][]

那在一般的 RPC 框架中，例如 Dubbo、GRPC等，是如何进行封装的呢。

我们看上面的图，其中调用方和服务提供方都有一个部分叫做存根（Stub），就是靠的它。听上去感觉这词不太容易理解啊，啥叫存根呢，其实说简单点儿就是一个代理方案。

举个例子，当我们调用本地的一个服务类的某个方法时，实际上这个服务类已经是一个代理类了，调用这个类的某个方法，实际上代理方法中可以加入很多额外的逻辑，比如构造 HTTP 请求、构造TCP 请求等等，最终穿过网络调用到真正的服务提供方的同名方法。

说到 Java 中的代理技术，相信大家都不陌生，有动态代理、静态代理，不了解的同学可以参考 [Spring AOP 和 动态代理技术][Spring AOP _] 这篇文章。

## 协议的实现 ##

这里说的协议就是网络通信协议。远程过程调用嘛，那必须得通过网络传输才行，而通过网络传输那就得有遵行规定的协议。

这个协议是用来规范传输的数据的，所以它是一个应用层协议，比如 HTTP ，而不是传输层的协议，比如 TCP 、UDP 。

比如 GRPC 框架中用的协议是 HTTP2，Dubbo中可以选择多种协议，比如Hession、HTTP等。

下图是 HTTP 1.0 协议的格式，包括首部和请求内容，首部可以指定请求方式、URI、版本、内容类型和长度等，内容部分就是真正要传输的数据， 如果是一个 RPC 调用的话，那就是调用方法的参数和一些额外的信息（比如调用的方法名、类名等），首部和内容由一个空行分隔。

接收端可以根据空行了解哪些是头部，哪些是内容。

可以通过首部的内容长度字段来进行分配内存或其他操作。

![format_png 1][]

其他的协议都有自己的格式，我们也可以自定义一个协议。如下是一个简单的协议格式：

通过魔术位可以直接判断是不是本协议数据，如果是的话，再进行处理。

通过整体长度和首部长度可以确定数据内容的长度，用来解析首部和数据。

通过序列化方式字段可以确定数据序列化采用的什么方式，用来实现反序列化。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>0-8bit</th> 
   <th>9-24bit</th> 
   <th>25-32bit</th> 
   <th>33-40bit</th> 
   <th>不定长</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>标志位（魔术位）</td> 
   <td>整体长度</td> 
   <td>首部长度</td> 
   <td>序列化方式</td> 
   <td>数据内容</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

一个 RPC 框架使用哪种协议是有权衡取舍的，如果考虑通用性那就可能使用 HTTP或者 HTTP2这种协议，比如 GRPC ，这样一来，可以在各种语言框架中通用，但是性能就稍微差一点了。

而如果从性能方面考虑呢，那就要牺牲掉一部分通用性了，比如Hession、Dubbo2协议，只有框架开发者提供了对应语言的版本，才能在相应的语言中使用。

### 序列化和反序列化（编解码） ###

上面说的协议主要指的是数据通信协议，而序列化和反序列化其实也要遵循一定的协议。

说到序列化和反序列化，其实我们并不陌生。在Java开发中，经常会遇到。最常用的就是把 Java Bean 序列化为 JSON，将 JSON 反序列化为 Java Bean。

JSON 就是最常见的一种序列化和发序列化协议，其他的序列化方式还有 XML、GRPC 中用到的 Protocol Buffers。 Hessian 也有它自己的序列化算法。

为什么要有序列化呢，数据要想在网络中传输，那必须是二进制的形式。在远程调用里，我们像调用本地方法那样调用，使用的参数都是和当前项目语言一致的参数类型，比如Java中的 `String`、`List`、`Map`等等，那要把这些类型转换成二进制，靠的就是序列化算法。

JSON 和 XML 这种文本序列化方式比较简单，使用场景非常广泛，通用性强，但是序列化后产生的二进制体积也比较大，这样在传输的时候就会比较耗时、占用带宽。

而像 Protocol Buffers 这种序列化方式，它使用结构化的消息定义语言（IDL）来定义数据结构和服务接口，支持多种编程语言，而且序列化后的二进制也会最大程度的压缩，少占用带宽，有很高的传输效率。

## 总结 ##

下图是整个 RPC 调用过程的简化版。

![format_png 2][]

序列化和反序列化功能会在代理中进行，在很多框架中也称这部分为编解码。

封装的网络请求既有可能是 HTTP 请求，也有可能是 Sockets 请求，比如有很多 RPC 功能都使用 Netty 作为通讯层。

除了主要的功能外，一个成熟的 RPC 框架还有考虑诸多其他因素，比如性能、安全性、兼容性等等。

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[Spring AOP _]: https://link.juejin.cn?target=https%3A%2F%2Fmp.weixin.qq.com%2Fs%3F__biz%3DMzAxMjA0MDk2OA%3D%3D%26mid%3D2449468644%26idx%3D1%26sn%3D55899dfeadca950bf6033c3e5828d9db%26chksm%3D8fbca283b8cb2b95ee7241fededea8942258deaa085931f646addb1f214bd7b730693dd8135e%26token%3D1613720944%26lang%3Dzh_CN%23rd
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