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什么是RPC?

程序员文章站 2024-02-29 23:57:40
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                                           什么是RPC?

1. 基本的RPC模型

主要介绍RPC是什么,基本的RPC代码,RPC与REST的区别,gRPC的使用

1.1 基本概念

  • RPC(Remote Procedure Call)远程过程调用,简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务
  • 本地过程调用:如果需要将本地student对象的age+1,可以实现一个addAge()方法,将student对象传入,对年龄进行更新之后返回即可,本地方法调用的函数体通过函数指针来指定。
  • 远程过程调用:上述操作的过程中,如果addAge()这个方法在服务端,执行函数的函数体在远程机器上,如何告诉机器需要调用这个方法呢?

       1首先客户端需要告诉服务器,需要调用的函数,这里函数和进程ID存在一个映射,客户端远程调用时,需要查一下函数,找到对应的ID,然后执行函数的代码。

      2 客户端需要把本地参数传给远程函数,本地调用的过程中,直接压栈即可,但是在远程调用过程中不再同一个内存里,无法直接传递函数的参数,因此需要客户端把参数转换成字节流,传给服务端,然后服务端将字节流转换成自身能读取的格式,是一个序列化和反序列化的过程。

      3 数据准备好了之后,如何进行传输?网络传输层需要把调用的ID和序列化后的参数传给服务端,然后把计算好的结果序列化传给客户端,因此TCP层即可完成上述过程,gRPC中采用的是HTTP2协议。

// Client端 
//    Student student = Call(ServerAddr, addAge, student)
1. 将这个调用映射为Call ID。
2. 将Call ID,student(params)序列化,以二进制形式打包
3. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr,这需要使用网络传输层
4. 等待服务器返回结果
5. 如果服务器调用成功,那么就将结果反序列化,并赋给student,年龄更新

// Server端
1. 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map,可以用Map<String, Method> callIdMap
2. 等待服务端请求
3. 得到一个请求后,将其数据包反序列化,得到Call ID
4. 通过在callIdMap中查找,得到相应的函数指针
5. 将student(params)反序列化后,在本地调用addAge()函数,得到结果
6. 将student结果序列化后通过网络返回给Client

什么是RPC?

由于HTTP在应用层中完成,整个通信的代价较高,远程过程调用中直接基于TCP进行远程调用,数据传输在传输层TCP层完成,更适合对效率要求比较高的场景,RPC主要依赖于客户端和服务端之间建立Socket链接进行,底层实现比REST更复杂。

rpc demo

 什么是RPC?

什么是RPC? 

 客户端:

public class RPCClient<T> {
    public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {
        // 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理,在动态代理中实现接口的远程调用
        return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        Socket socket = null;
                        ObjectOutputStream output = null;
                        ObjectInputStream input = null;
                        try{
                            // 2.创建Socket客户端,根据指定地址连接远程服务提供者
                            socket = new Socket();
                            socket.connect(addr);

                            // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者
                            output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
                            output.writeUTF(serviceInterface.getName());
                            output.writeUTF(method.getName());
                            output.writeObject(method.getParameterTypes());
                            output.writeObject(args);

                            // 4.同步阻塞等待服务器返回应答,获取应答后返回
                            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                            return input.readObject();
                        }finally {
                            if (socket != null){
                                socket.close();
                            }
                            if (output != null){
                                output.close();
                            }
                            if (input != null){
                                input.close();
                            }
                        }
                    }
                });
    }
}

服务端:

public class ServiceCenter implements Server {

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

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

    private static boolean isRunning = false;

    private static int port;


    public ServiceCenter(int port){
        ServiceCenter.port = port;
    }


    @Override
    public void start() throws IOException {
        ServerSocket server = new ServerSocket();
        server.bind(new InetSocketAddress(port));
        System.out.println("Server Start .....");
        try{
            while(true){
                executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));
            }
        }finally {
            server.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;
    }

    @Override
    public void stop() {
        isRunning = false;
        executor.shutdown();
    }
   private static class ServiceTask implements Runnable {
        Socket client = null;

        public ServiceTask(Socket client) {
            this.client = client;
        }

        @Override
        public void run() {
            ObjectInputStream input = null;
            ObjectOutputStream output = null;
            try{
                input = new ObjectInputStream(client.getInputStream());
                String serviceName = input.readUTF();
                String methodName = input.readUTF();
                Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();
                Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();
                Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
                if(serviceClass == null){
                    throw new ClassNotFoundException(serviceName + "not found!");
                }
                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);

                output = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());
                output.writeObject(result);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }finally {
                if(output!=null){
                    try{
                        output.close();
                    }catch (IOException e){
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (input != null) {
                    try {
                        input.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                if (client != null) {
                    try {
                        client.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}
public class ServiceProducerImpl implements ServiceProducer{
    @Override
    public String sendData(String data) {
        return "I am service producer!!!, the data is "+ data;
    }
}
public class RPCTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);
                    serviceServer.register(ServiceProducer.class, ServiceProducerImpl.class);
                    serviceServer.start();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
        ServiceProducer service = RPCClient.getRemoteProxyObj(ServiceProducer.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));
        System.out.println(service.sendData("test"));
    }
}

完整源码

RPCdemo

 

gRPC的使用

1. gRPC与REST

  • REST通常以业务为导向,将业务对象上执行的操作映射到HTTP动词,格式非常简单,可以使用浏览器进行扩展和传输,通过JSON数据完成客户端和服务端之间的消息通信,直接支持请求/响应方式的通信。不需要中间的代理,简化了系统的架构,不同系统之间只需要对JSON进行解析和序列化即可完成数据的传递。
  • 但是REST也存在一些弊端,比如只支持请求/响应这种单一的通信方式,对象和字符串之间的序列化操作也会影响消息传递速度,客户端需要通过服务发现的方式,知道服务实例的位置,在单个请求获取多个资源时存在着挑战,而且有时候很难将所有的动作都映射到HTTP动词。
  • 正是因为REST面临一些问题,因此可以采用gRPC作为一种替代方案,gRPC 是一种基于二进制流的消息协议,可以采用基于Protocol Buffer的IDL定义grpc API,这是Google公司用于序列化结构化数据提供的一套语言中立的序列化机制,客户端和服务端使用HTTP/2以Protocol Buffer格式交换二进制消息。
  • gRPC的优势是,设计复杂更新操作的API非常简单,具有高效紧凑的进程通信机制,在交换大量消息时效率高,远程过程调用和消息传递时可以采用双向的流式消息方式,同时客户端和服务端支持多种语言编写,互操作性强;不过gRPC的缺点是不方便与JavaScript集成,某些防火墙不支持该协议。
  • 注册中心:当项目中有很多服务时,可以把所有的服务在启动的时候注册到一个注册中心里面,用于维护服务和服务器之间的列表,当注册中心接收到客户端请求时,去找到该服务是否远程可以调用,如果可以调用需要提供服务地址返回给客户端,客户端根据返回的地址和端口,去调用远程服务端的方法,执行完成之后将结果返回给客户端。这样在服务端加新功能的时候,客户端不需要直接感知服务端的方法,服务端将更新之后的结果在注册中心注册即可,而且当修改了服务端某些方法的时候,或者服务降级服务多机部署想实现负载均衡的时候,我们只需要更新注册中心的服务群即可。

什么是RPC?2. gRPC与Spring Boot

这里使用SpringBoot+gRPC的形式实现RPC调用过程
项目结构分为三部分:client、grpc、server

什么是RPC?

grpc

什么是RPC?

pom.xml中引入依赖:

<dependency>
      <groupId>io.grpc</groupId>
      <artifactId>grpc-all</artifactId>
       <version>1.12.0</version>
 </dependency>

引入bulid

<build>
        <extensions>
            <extension>
                <groupId>kr.motd.maven</groupId>
                <artifactId>os-maven-plugin</artifactId>
                <version>1.4.1.Final</version>
            </extension>
        </extensions>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
                <version>0.5.0</version>
                <configuration>
                    <pluginId>grpc-java</pluginId>
                    <protocArtifact>com.google.protobuf:protoc:3.0.2:exe:${os.detected.classifier}</protocArtifact>
                    <pluginArtifact>io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.2.0:exe:${os.detected.classifier}</pluginArtifact>
                </configuration>
                <executions>
                    <execution>
                        <goals>
                            <goal>compile</goal>
                            <goal>compile-custom</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

创建.proto文件

syntax = "proto3";   // 语法版本

// stub选项
option java_package = "com.shgx.grpc.api";
option java_outer_classname = "RPCDateServiceApi";
option java_multiple_files = true;

// 定义包名
package com.shgx.grpc.api;

// 服务接口定义,服务端和客户端都要遵守该接口进行通信
service RPCDateService {
    rpc getDate (RPCDateRequest) returns (RPCDateResponse) {}
}

// 定义消息(请求)
message RPCDateRequest {
    string userName = 1;
}

// 定义消息(响应)
message RPCDateResponse {
    string serverDate = 1;
}

mvn complie

什么是RPC?

什么是RPC?

 

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完整源码

源码参考

3. 参考文章