面向服务的体系架构 SOA（一） --- 基于TCP、HTTP协议的RPC

1.1 基于TCP协议的RPC

1.1.1 RPC名词解释

　　RPC的全称是Remote Process Call，即远程过程调用，RPC的实现包括客户端和服务端，即服务调用方和服务提供方。服务调用方发送RPC请求到服务提供方，服务提供方根据请求的参数执行请求方法，并将结果返回给服务调用方，一次RPC调用完成。

1.1.2 对象的序列化

　　在网络上传输的数据，无论何种类型，最终都需要转化为二进制流。在面向对象的程序设计中，客户端将对象转化为二进制流发送给服务端，服务端接收数据后将二进制流转化为对象，java中将这两种转化方式称为对象的序列化和反序列化。下面介绍java内置的序列化方式和基于java的Hessian序列化方式：

java内置的序列化和反序列化关键代码：

　　

 1         //序列化操作
 2         Person person = new Person();
 3         ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();
 4         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(os);
 5         out.writeObject(person);
 6         byte[] byteArray = os.toByteArray();
 7         
 8         //反序列化操作
 9         ByteArrayInputStream is = new ByteArrayInputStream(byteArray);
10         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(is);
11         Person newPerson = new Person();
12         newPerson = (Person) in.readObject();

基于java的Hessian序列化和反序列化关键代码：

 1         //序列化操作
 2         ByteArrayOutputStream osH = new ByteArrayOutputStream();
 3         HessianOutput outH = new HessianOutput(osH);
 4         outH.writeObject(person);
 5         byte[] byteArrayH = osH.toByteArray();
 6         
 7         //反序列化操作
 8         ByteArrayInputStream isH = new ByteArrayInputStream(byteArrayH);
 9         HessianInput inH = new HessianInput(isH);
10         newPerson = (Person) inH.readObject();

1.1.3 基于TCP协议实现RPC

我们利用java的SocketAPI实现一个简单的RPC调用，服务的接口和实现比较简单，根据传入的参数来判断返回"hello" or "bye bye"。

 1 public interface SayHelloService {
 2 
 3     public String sayHello(String arg);
 4 }
 5 
 6 public class SayHelloServiceImpl implements SayHelloService {
 7 
 8     public String sayHello(String arg) {
 9         return "hello".equals(arg) ? "hello" : "bye bye";
10     }
11     
12 }

服务消费者Consumer类：

 1 /**
 2  * 基于TCP协议实现RPC -- 服务消费者
 3  * @author admin
 4  *
 5  */
 6 public class Consumer {
 7     
 8     public static void main(String[] args) throws Exception {
 9         //接口名称
10         String interfaceName = SayHelloService.class.getName();
11         //需要执行远程的方法
12         Method method = SayHelloService.class.getMethod("sayHello", String.class);
13         //传递到远程的参数
14         Object [] arguments = {"hello"};
15         Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 1234);
16         //将方法名和参数传递到远端
17         ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
18         out.writeUTF(interfaceName);//接口名称
19         out.writeUTF(method.getName());//方法名称
20         out.writeObject(method.getParameterTypes());//方法参数类型
21         out.writeObject(arguments);//传递的参数
22         System.out.println("发送信息到服务端，发送的信息为:" + arguments[0]);
23         //从远端读取返回结果
24         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
25         String result = (String) in.readObject();
26         System.out.println("服务返回的结果为：" + result); 
27     }
28 }

服务提供者Provider类：

 1 /**
 2  * 基于TCP协议实现RPC -- 服务提供者
 3  * @author admin
 4  *
 5  */
 6 public class Provider {
 7     
 8     public static void main(String[] args) throws Exception {
 9         ServerSocket server = new ServerSocket(1234);
10         Map<Object, Object> services = new HashMap<Object, Object>();  
11         services.put(SayHelloService.class.getName(), new SayHelloServiceImpl());
12         while(true) {
13             System.out.println("服务提供者启动，等待客户端调用…………"); 
14             Socket socket = server.accept();
15             //读取服务信息
16             ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
17             String interfaceName = in.readUTF();
18             String methodName = in.readUTF();
19             Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) in.readObject();
20             Object [] arguments = (Object[]) in.readObject();
21             System.out.println("客户端调用服务端接口" + interfaceName + "的" + methodName + "方法");
22             //执行调用
23             Class serviceClass = Class.forName(interfaceName);//得到接口的class
24             Object service = services.get(interfaceName);//取得服务实现的对象
25             Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);//获得要调用的方法
26             Object result = method.invoke(service, arguments);
27             ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
28             out.writeObject(result);
29             System.out.println("服务端返回结果为：" + result);
30         }
31     }
32 }

在真实的生产环境中往往是多个客户端同时请求服务端，服务端则需要同时接收和处理多个客户端请求消息，涉及并发处理、服务路由、负载均衡等现实问题，以上代码显然不能完成。

 

1.2 基于HTTP协议的RPC

1.2.1 HTTP协议栈

HTTP的全称是HyperText Transfer Protocol，即超文本传输协议，当今普遍采用的版本是HTTP1.1。HTTP协议属于应用层协议，它构建在TCP和IP协议之上，处于TCP/IP架构的顶端，为了更好的理解HTTP协议，我们基于java的SocketAPI设计一个简单的应用层通信协议，来窥探协议实现的一些过程与细节。

客户端向服务端发送一条命令，服务端接收到命令后，会判断命令是否为"HELLO"，若是则返回客户端"hello!",否则返回客户端"bye bye"。

 1 /**
 2  * 协议请求
 3  * 
 4  * @author admin
 5  *
 6  */
 7 public class Request {
 8 
 9     /**
10      * 协议编码 0：GBK；1：UTF-8
11      */
12     private byte encode;
13     /**
14      * 命令
15      */
16     private String command;
17     /**
18      * 命令长度
19      */
20     private int commandLength;
21 
22     public byte getEncode() {
23         return encode;
24     }
25 
26     public void setEncode(byte encode) {
27         this.encode = encode;
28     }
29 
30     public String getCommand() {
31         return command;
32     }
33 
34     public void setCommand(String command) {
35         this.command = command;
36     }
37 
38     public int getCommandLength() {
39         return commandLength;
40     }
41 
42     public void setCommandLength(int commandLength) {
43         this.commandLength = commandLength;
44     }
45 
46 }

 1 /**
 2  * 协议响应
 3  * 
 4  * @author admin
 5  *
 6  */
 7 public class Response {
 8     /**
 9      * 编码
10      */
11     private byte encode;
12     /**
13      * 响应
14      */
15     private String response;
16     /**
17      * 响应长度
18      */
19     private int responseLength;
20 
21     public byte getEncode() {
22         return encode;
23     }
24 
25     public void setEncode(byte encode) {
26         this.encode = encode;
27     }
28 
29     public String getResponse() {
30         return response;
31     }
32 
33     public void setResponse(String response) {
34         this.response = response;
35     }
36 
37     public int getResponseLength() {
38         return responseLength;
39     }
40 
41     public void setResponseLength(int responseLength) {
42         this.responseLength = responseLength;
43     }
44 
45     @Override
46     public String toString() {
47         return "Response [encode=" + encode + ", response=" + response + ", responseLength=" + responseLength + "]";
48     }
49     
50 }

客户端发送以及服务端响应处理代码：

 1 /**
 2  * 服务端
 3  * @author admin
 4  *
 5  */
 6 public class Server {
 7     
 8     public static void main(String[] args) throws Exception {
 9         ServerSocket server = new ServerSocket(1234);
10         while(true) {
11             Socket client = server.accept();
12             //读取请求数据
13             Request request = ProtocolUtil.readRequest(client.getInputStream());
14             //封装响应数据
15             Response response = new Response();
16             response.setEncode(Encode.UTF8.getValue());
17             response.setResponse(request.getCommand().equals("HELLO") ? "hello!" : "bye bye");
18             response.setResponseLength(response.getResponse().length());
19             //响应到客户端
20             ProtocolUtil.writeResponse(client.getOutputStream(), response);
21         }
22     }
23 }
24 
25 /**
26  * 客户端
27  * @author admin
28  *
29  */
30 public class Client {
31     
32     public static void main(String[] args) throws Exception {
33         //组装请求数据
34         Request request = new Request();
35         request.setCommand("HELLO");
36         request.setCommandLength(request.getCommand().length());
37         request.setEncode(Encode.UTF8.getValue());
38         Socket client = new Socket("127.0.0.1", 1234);
39         //发送请求
40         ProtocolUtil.writeRequest(client.getOutputStream(), request);
41         //读取相应
42         Response response = ProtocolUtil.readResponse(client.getInputStream());
43         System.out.println(response);
44     }
45 }

ProtocolUtil 类：

 1 public class ProtocolUtil {
 2     
 3     public static void writeRequest(OutputStream out, Request request) {
 4         try {
 5             out.write(request.getEncode());
 6             //write一个int值会截取其低8位传输，丢弃其高24位，因此需要将基本类型转化为字节流
 7             //java采用Big Endian字节序，而所有的网络协议也都是以Big Endian字节序来进行传输，所以再进行数据的传输和接收时，需要先将数据转化成Big Endian字节序
 8             //out.write(request.getCommandLength());
 9             out.write(int2ByteArray(request.getCommandLength()));
10             out.write(Encode.GBK.getValue() == request.getEncode() ? request.getCommand().getBytes("GBK") : request.getCommand().getBytes("UTF8"));
11             out.flush();
12         } catch (Exception e) {
13             System.err.println(e.getMessage());
14         }
15     }
16     
17     /**
18      * 将响应输出到客户端
19      * @param os
20      * @param response
21      */
22     public static void writeResponse(OutputStream out, Response response) {
23         try {
24             out.write(response.getEncode());
25             out.write(int2ByteArray(response.getResponseLength()));
26             out.write(Encode.GBK.getValue() == response.getEncode() ? response.getResponse().getBytes("GBK") : response.getResponse().getBytes("UTF8"));
27             out.flush();
28         } catch (Exception e) {
29             System.err.println(e.getMessage());
30         }
31     }
32     
33     public static Request readRequest(InputStream is) {
34         Request request = new Request();
35         try {
36             //读取编码
37             byte [] encodeByte = new byte[1];
38             is.read(encodeByte);
39             byte encode = encodeByte[0];
40             //读取命令长度
41             byte [] commandLengthByte = new byte[4];//缓冲区
42             is.read(commandLengthByte);
43             int commandLength = byte2Int(commandLengthByte);
44             //读取命令
45             byte [] commandByte = new byte[commandLength];
46             is.read(commandByte);
47             String command = Encode.GBK.getValue() == encode ? new String(commandByte, "GBK") : new String(commandByte, "UTF8");
48             //组装请求返回
49             request.setEncode(encode);
50             request.setCommand(command);
51             request.setCommandLength(commandLength);
52         } catch (Exception e) {
53             System.err.println(e.getMessage());
54         }
55         return request;
56     }
57     
58     public static Response readResponse(InputStream is) {
59         Response response = new Response();
60         try {
61             byte [] encodeByte = new byte[1];
62             is.read(encodeByte);
63             byte encode = encodeByte[0];
64             byte [] responseLengthByte = new byte[4];
65             is.read(responseLengthByte);
66             int commandLength = byte2Int(responseLengthByte);
67             byte [] responseByte = new byte[commandLength];
68             is.read(responseByte);
69             String resContent = Encode.GBK.getValue() == encode ? new String(responseByte, "GBK") : new String(responseByte, "UTF8");
70             response.setEncode(encode);
71             response.setResponse(resContent);
72             response.setResponseLength(commandLength);
73         } catch (Exception e) {
74             System.err.println(e.getMessage());
75         }
76         return response;
77     }
78     
79     public static int byte2Int(byte [] bytes) {
80         int num = bytes[3] & 0xFF;
81         num |= ((bytes[2] << 8) & 0xFF00);
82         num |= ((bytes[1] << 16) & 0xFF0000);
83         num |= ((bytes[0] << 24) & 0xFF000000);
84         return num;
85     }
86     
87     public static byte[] int2ByteArray(int i) {
88         byte [] result = new byte[4];
89         result[0] = (byte) ((i >> 24) & 0xFF);
90         result[1] = (byte) ((i >> 16) & 0xFF);
91         result[2] = (byte) ((i >> 8) & 0xFF);
92         result[3] = (byte) (i & 0xFF);
93         return result;
94     }
95     
96 }

1.2.2 HTTP请求与响应

下图是HTTP请求与响应的过程步骤，在此不详细赘述。

1.2.3 通过HttpClient发送HTTP请求

HttpClient对HTTP协议通信的过程进行了封装，下面是简单的通过HttpClient发送HTTP GET请求，并获取服务端响应的代码：

 1 　　　　  //url前加上http协议头，标明该请求为http请求
 2         String url = "https://www.baidu.com";
 3         //组装请求
 4         HttpClient httpClient = new DefaultHttpClient();
 5         HttpGet httpGet = new HttpGet(url);
 6         //接收响应
 7         HttpResponse response = httpClient.execute(httpGet);
 8         HttpEntity entity = response.getEntity();
 9         byte[] byteArray = EntityUtils.toByteArray(entity);
10         String result = new String(byteArray, "utf8");
11         System.out.println(result);

1.2.4 使用HTTP协议的优势

　　随着请求规模的扩展，基于TCP协议的RPC的实现，需要考虑多线程并发、锁、I/O等复杂的底层细节，在大流量高并发的压力下，任何一个小的错误都可能被无限放大，最终导致程序宕机。而对于基于HTTP协议的实现来说，很多成熟的开源web容易已经帮其处理好了这些事情，如Apache，Tomcat，Jboss等，开发人员可将更多的精力集中在业务实现上，而非处理底层细节。