【RPC】Apache Thrift系列详解 - 概述与入门

前言

Thrift读音[θrɪft]，是一个轻量级、跨语言的远程服务调用框架，最初由Facebook开发，后面进入Apache开源项目。它通过自身的IDL中间语言, 并借助代码生成引擎生成各种主流语言的RPC服务端/客户端模板代码。

Thrift支持多种不同的编程语言，包括C++、Java、Python、PHP、Ruby等，本系列主要讲述基于Java语言的Thrift的配置方式和具体使用。

正文

Thrift的技术栈

Thrift对软件栈的定义非常的清晰, 使得各个组件能够松散的耦合, 针对不同的应用场景, 选择不同是方式去搭建服务。

Thrift软件栈分层从下向上分别为：传输层(Transport Layer)、协议层(Protocol Layer)、处理层(Processor Layer)和服务层(Server Layer)。

• 传输层(Transport Layer)：传输层负责直接从网络中读取和写入数据，它定义了具体的网络传输协议；比如说TCP/IP传输等。

• 协议层(Protocol Layer)：协议层定义了数据传输格式，负责网络传输数据的序列化和反序列化；比如说JSON、XML、二进制数据等。

• 处理层(Processor Layer)：处理层是由具体的IDL（接口描述语言）生成的，封装了具体的底层网络传输和序列化方式，并委托给用户实现的Handler进行处理。

• 服务层(Server Layer)：整合上述组件，提供具体的网络线程/IO服务模型，形成最终的服务。

Thrift的特性

(一) 开发速度快

通过编写RPC接口Thrift IDL文件，利用编译生成器自动生成服务端骨架(Skeletons)和客户端桩(Stubs)。从而省去开发者自定义和维护接口编解码、消息传输、服务器多线程模型等基础工作。

• 服务端：只需要按照服务骨架即接口，编写好具体的业务处理程序(Handler)即实现类即可。
• 客户端：只需要拷贝IDL定义好的客户端桩和服务对象，然后就像调用本地对象的方法一样调用远端服务。

(二) 接口维护简单

通过维护Thrift格式的IDL（接口描述语言）文件（注意写好注释），即可作为给Client使用的接口文档使用，也自动生成接口代码，始终保持代码和文档的一致性。且Thrift协议可灵活支持接口的可扩展性。

(三) 学习成本低

因为其来自Google Protobuf开发团队，所以其IDL文件风格类似Google Protobuf，且更加易读易懂；特别是RPC服务接口的风格就像写一个面向对象的Class一样简单。
初学者只需参照：thrift.apache.org/，一个多小时就可以理解Thrift IDL文件的语法使用。

(四) 多语言/跨语言支持

Thrift支持C++、 Java、Python、PHP、Ruby、Erlang、Perl、Haskell、C#、Cocoa、JavaScript、Node.js、Smalltalk等多种语言，即可生成上述语言的服务器端和客户端程序。
对于我们经常使用的Java、PHP、Python、C++支持良好，虽然对iOS环境的Objective-C(Cocoa)支持稍逊，但也完全满足我们的使用要求。

(五) 稳定/广泛使用

Thrift在很多开源项目中已经被验证是稳定和高效的，例如Cassandra、Hadoop、HBase等；国外在Facebook中有广泛使用，国内包括百度、美团小米、和饿了么等公司。

Thrift的数据类型

Thrift 脚本可定义的数据类型包括以下几种类型：

1. 基本类型：

   • bool: 布尔值
   • byte: 8位有符号整数
   • i16: 16位有符号整数
   • i32: 32位有符号整数
   • i64: 64位有符号整数
   • double: 64位浮点数
   • string: UTF-8编码的字符串
   • binary: 二进制串

2. 结构体类型：

   • struct: 定义的结构体对象

3. 容器类型：

   • list: 有序元素列表
   • set: 无序无重复元素集合
   • map: 有序的key/value集合

4. 异常类型：

   • exception: 异常类型

5. 服务类型：

   • service: 具体对应服务的类

Thrift的协议

Thrift可以让用户选择客户端与服务端之间传输通信协议的类别，在传输协议上总体划分为文本(text)和二进制(binary)传输协议。为节约带宽，提高传输效率，一般情况下使用二进制类型的传输协议为多数，有时还会使用基于文本类型的协议，这需要根据项目/产品中的实际需求。常用协议有以下几种：

• TBinaryProtocol：二进制编码格式进行数据传输
• TCompactProtocol：高效率的、密集的二进制编码格式进行数据传输
• TJSONProtocol： 使用JSON文本的数据编码协议进行数据传输
• TSimpleJSONProtocol：只提供JSON只写的协议，适用于通过脚本语言解析

Thrift的传输层

常用的传输层有以下几种：

• TSocket：使用阻塞式I/O进行传输，是最常见的模式
• TNonblockingTransport：使用非阻塞方式，用于构建异步客户端
• TFramedTransport：使用非阻塞方式，按块的大小进行传输，类似于Java中的NIO

Thrift的服务端类型

• TSimpleServer：单线程服务器端，使用标准的阻塞式I/O
• TThreadPoolServer：多线程服务器端，使用标准的阻塞式I/O
• TNonblockingServer：单线程服务器端，使用非阻塞式I/O
• THsHaServer：半同步半异步服务器端，基于非阻塞式IO读写和多线程工作任务处理
• TThreadedSelectorServer：多线程选择器服务器端，对THsHaServer在异步IO模型上进行增强

Thrift入门示例

(一) 编写Thrift IDL文件

a). 下载0.10.0的Thrift IDL编译器，下载地址：http://thrift.apache.org/docs/install。 通过编译生成器生成.java接口的类文件。

b). 下载Windows安装环境的.exe文件，将thrift.exe的路径加入环境变量中。在Idea上安装Thrift编辑插件。

c). 编写hello.thrift的IDL文件：

service HelloWorldService {string say(1: string username)
}

d). 使用代码生成工具生成代码，执行以下命令：

thrift -gen java hello.thrift

e). 由于未指定代码生成的目标目录，生成的类文件默认存放在gen-java目录下。这里生成一个HelloWorldService.java类文件，文件大小超过数千行，下面截取一部分核心代码。

public class HelloWorldService {public interface Iface {public String say(String username) throws org.apache.thrift.TException;}public interface AsyncIface {public void say(String username, org.apache.thrift.async.AsyncMethodCallback<String> resultHandler) throws org.apache.thrift.TException;}public static class Client extends org.apache.thrift.TServiceClient implements Iface {public static class Factory implements org.apache.thrift.TServiceClientFactory<Client> {public Factory() {}public Client getClient(org.apache.thrift.protocol.TProtocol prot) {return new Client(prot);}public Client getClient(org.apache.thrift.protocol.TProtocol iprot, org.apache.thrift.protocol.TProtocol oprot) {return new Client(iprot, oprot);}}public Client(org.apache.thrift.protocol.TProtocol prot) {super(prot, prot);}public Client(org.apache.thrift.protocol.TProtocol iprot, org.apache.thrift.protocol.TProtocol oprot) {super(iprot, oprot);}public String say(String username) throws org.apache.thrift.TException {send_say(username);return recv_say();}// 省略.....}public static class AsyncClient extends org.apache.thrift.async.TAsyncClient implements AsyncIface {public static class Factory implements org.apache.thrift.async.TAsyncClientFactory<AsyncClient> {private org.apache.thrift.async.TAsyncClientManager clientManager;private org.apache.thrift.protocol.TProtocolFactory protocolFactory;public Factory(org.apache.thrift.async.TAsyncClientManager clientManager, org.apache.thrift.protocol.TProtocolFactory protocolFactory) {this.clientManager = clientManager;this.protocolFactory = protocolFactory;}public AsyncClient getAsyncClient(org.apache.thrift.transport.TNonblockingTransport transport) {return new AsyncClient(protocolFactory, clientManager, transport);}}public AsyncClient(org.apache.thrift.protocol.TProtocolFactory protocolFactory, org.apache.thrift.async.TAsyncClientManager clientManager, org.apache.thrift.transport.TNonblockingTransport transport) {super(protocolFactory, clientManager, transport);}public void say(String username, org.apache.thrift.async.AsyncMethodCallback<String> resultHandler) throws org.apache.thrift.TException {checkReady();say_call method_call = new say_call(username, resultHandler, this, ___protocolFactory, ___transport);this.___currentMethod = method_call;___manager.call(method_call);}// 省略.....}// 省略.....
}

对于开发人员而言，使用原生的Thrift框架，仅需要关注以下四个核心内部接口/类：Iface, AsyncIface, Client和AsyncClient。

• Iface：服务端通过实现HelloWorldService.Iface接口，向客户端的提供具体的同步业务逻辑。
• AsyncIface：服务端通过实现HelloWorldService.Iface接口，向客户端的提供具体的异步业务逻辑。
• Client：客户端通过HelloWorldService.Client的实例对象，以同步的方式访问服务端提供的服务方法。
• AsyncClient：客户端通过HelloWorldService.AsyncClient的实例对象，以异步的方式访问服务端提供的服务方法。

(二) 新建Maven工程

a). 新建maven工程，引入thrift的依赖，这里使用的是版本0.10.0。

  <dependency><groupId>org.apache.thrift</groupId><artifactId>libthrift</artifactId><version>0.10.0</version></dependency>

b). 将生成类的HelloWorldService.java源文件拷贝进项目源文件目录中，并实现HelloWorldService.Iface的定义的say()方法。

HelloWorldServiceImpl.java

public class HelloWorldServiceImpl implements HelloWorldService.Iface {@Overridepublic String say(String username) throws TException {return "Hello " + username;}
}

c). 服务器端程序编写：
SimpleServer.java

public class SimpleServer {public static void main(String[] args) throws Exception {ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(ServerConfig.SERVER_PORT);TServerSocket serverTransport = new TServerSocket(serverSocket);HelloWorldService.Processor processor =new HelloWorldService.Processor<HelloWorldService.Iface>(new HelloWorldServiceImpl());TBinaryProtocol.Factory protocolFactory = new TBinaryProtocol.Factory();TSimpleServer.Args tArgs = new TSimpleServer.Args(serverTransport);tArgs.processor(processor);tArgs.protocolFactory(protocolFactory);// 简单的单线程服务模型 一般用于测试TServer tServer = new TSimpleServer(tArgs);System.out.println("Running Simple Server");tServer.serve();}
}

d). 客户端程序编写：
SimpleClient.java

public class SimpleClient {public static void main(String[] args) {TTransport transport = null;try {transport = new TSocket(ServerConfig.SERVER_IP, ServerConfig.SERVER_PORT, ServerConfig.TIMEOUT);TProtocol protocol = new TBinaryProtocol(transport);HelloWorldService.Client client = new HelloWorldService.Client(protocol);transport.open();String result = client.say("Leo");System.out.println("Result =: " + result);} catch (TException e) {e.printStackTrace();} finally {if (null != transport) {transport.close();}}}
}

e). 运行服务端程序，服务端在指定端口监听客户端的连接请求，控制台输出启动日志：

f). 运行客户端程序，客户端通过网络请求HelloWorldService的say()方法的具体实现，控制台输出返回结果：

这里使用的一个基于单线程同步的简单服务模型，一般仅用于入门学习和测试！

总结

本文对Thrift的概念做了相关介绍，体验了一番thrift程序如何编写！