简易的RPC框架实现

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为什么需要RPC,而不是简单的HTTP接口

目前有很多Java的RPC框架,有基于Json的,有基于XML,也有基于二进制对象的。

论复杂度,RPC框架肯定是高于简单的HTTP接口的。但毋庸置疑,HTTP接口由于受限于HTTP协议,需要带HTTP请求头, 导致传输起来效率或者说安全性不如RPC

利用现成的http协议 进行传输。但是如果是一个大型的网站,内部子系统较多、接口非常多的情况下,RPC框架的好处就显示出来了,首先就是长链接,不必每次通信都要像http 一样去3次握手什么的,减少了网络开销;其次就是RPC框架一般都有注册中心,有丰富的监控管理;发布、下线接口、动态扩展等,对调用方来说是无感知、统 一化的操作。第三个来说就是安全性。最后就是最近流行的服务化架构、服务化治理,RPC框架是一个强力的支撑

RPC的目的是让你在本地调用远程的方法,而对你来说这个调用是透明的,你并不知道这个调用的方法是部署哪里。通过RPC能解耦服务,这才是使用RPC的真正目的。RPC的原理主要用到了动态代理模式,至于http协议,只是传输协议而已

简单的说明一下技术原理:

  1、定义RPC请求消息、应答消息结构,里面要包括RPC的接口定义模块、包括远程调用的类名、方法名称、参数结构、参数值等信息。

  2、服务端初始化的时候通过容器加载RPC接口定义和RPC接口实现类对象的映射关系,然后等待客户端发起调用请求。

  3、客户端发起的RPC消息里面包含,远程调用的类名、方法名称、参数结构、参数值等信息,通过网络,以字节流的方式送给RPC服务端,RPC服务端接收到字节流的请求之后,去对应的容器里面,查找客户端接口映射的具体实现对象。

  4、RPC服务端找到实现对象的参数信息,通过反射机制创建该对象的实例,并返回调用处理结果,最后封装成RPC应答消息通知到客户端。

  5、客户端通过网络,收到字节流形式的RPC应答消息,进行拆包、解析之后,显示远程调用结果

上面说的是很简单,但是实现的时候,我们还要考虑如下的问题:

  1、RPC服务器的传输层是基于TCP协议的,出现粘包咋办?这样客户端的请求,服务端不是会解析失败?好在Netty里面已经提供了解决TCP粘包问题的解码器:LengthFieldBasedFrameDecoder,可以靠它轻松搞定TCP粘包问题。

  2、Netty服务端的线程模型是单线程、多线程(一个线程负责客户端连接,连接成功之后,丢给后端IO的线程池处理)、还是主从模式(客户端连接、后端IO处理都是基于线程池的实现)。当然在这里,我出于性能考虑,使用了Netty主从线程池模型。

  3、Netty的IO处理线程池,如果遇到非常耗时的业务,出现阻塞了咋办?这样不是很容易把后端的NIO线程给挂死、阻塞?本文的处理方式是,对于复杂的后端业务,分派到专门的业务线程池里面,进行异步回调处理。

  4、RPC消息的传输是通过字节流在NIO的通道(Channel)之间传输,那具体如何实现呢?本文,是通过基于Java原生对象序列化机制的编码、解码器(ObjectEncoder、ObjectDecoder)进行实现的。当然出于性能考虑,这个可能不是最优的方案。更优的方案是把消息的编码、解码器,搞成可以配置实现的。具体比如可以通过:protobuf、JBoss Marshalling方式进行解码和编码,以提高网络消息的传输效率。

  5、RPC服务器要考虑多线程、高并发的使用场景,所以线程安全是必须的。此外尽量不要使用synchronized进行加锁,改用轻量级的ReentrantLock方式进行代码块的条件加锁。比如本文中的RPC消息处理回调,就有这方面的使用。

  6、RPC服务端的服务接口对象和服务接口实现对象要能轻易的配置,轻松进行加载、卸载。在这里,本文是通过Spring容器进行统一的对象管理

本文设计的RPC服务器调用的流程图如下所示:

客户端并发发起RPC调用请求,然后RPC服务端使用Netty连接器,分派出N个NIO连接线程,这个时候Netty连接器的任务结束。然后NIO连接线程是统一放到Netty NIO处理线程池进行管理,这个线程池里面会对具体的RPC请求连接进行消息编码、消息解码、消息处理等等一系列操作。最后进行消息处理(Handler)的时候,处于性能考虑,这里的设计是,直接把复杂的消息处理过程,丢给专门的RPC业务处理线程池集中处理,然后Handler对应的NIO线程就立即返回、不会阻塞。这个时候RPC调用结束,客户端会异步等待服务端消息的处理结果,本文是通过消息回调机制实现(MessageCallBack)

最后,本文通过Netty这个NIO框架,实现了一个很简单的“高性能”的RPC服务器,代码虽然写出来了,但是还是有一些值得改进的地方,比如:

1.Netty的线程模型可以根据业务需求,进行定制。因为,并不是每笔业务都需要这么强大的并发处理性能。

2.目前RPC计算只支持一个RPC服务接口映射绑定一个对应的实现,后续要支持一对多的情况

3.Netty的Handler处理部分,对于复杂的业务逻辑,现在是统一分派到特定的线程池进行后台异步处理。当然你还可以考虑JMS(消息队列)方式进行解耦,统一分派给消息队列的订阅者,统一处理。目前实现JMS的开源框架也有很多,ActiveMQ、RocketMQ等等,都可以考虑

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