浅谈RPC的实现原理与RPC实战

什么是RPC?

RPC(Remote Procedore Call)，及远程过程调用，是一种在分布式系统中用于进程间通信的技术。 在分布式系统中，不同的进程可能运行在不同的机器上，RPC技术隐藏了底层通信细节和序列化机制，使得一个进程可以如同调用本地方法一般调用另一个进程的函数或方法，让远程调用变的简单直观。

常见的RPC框架有gRPC、Dubbo、Thrift等。

RPC框架基本原理

rpc框架的基本原理主要包含以下几个部分：

• 网络通信：RPC框架的客户端与服务端需要通过网络通信来传输数据，网络通信涉及到协议的选择、底层I/O模型的实现等问题。对于网络协议的选择，可以使用HTTP，也可以基于TCP自定义协议。对于底层I/O模型，处于并发性能的考虑，一般不会选择使用阻塞式I/O，在Java生态中，会使用Netty作为网络通信框架，其底层使用了Java NIO来解决数据传输问题。
• 序列化协议：在网络通信的过程中，所有数据都会被转化为字节进行传输，因此客户端与服务端之间的数据交互离不开序列化与反序列化。序列化是将数据对象转化为二进制数据的过程，反序列化则是将二进制数据转化为数据对象的过程。常见的序列化协议包括ProtoBuf、Json、Thrift、Hession等。
• 动态代理：RPC框架中，客户端通过代理对象来调用远程服务，屏蔽了底层的实现细节，如同调用本地方法一般。动态代理可以在程序运行时动态生成代理对象，并且无需修改源代码。常见的动态代理技术包括Java中的JDK动态代理和CGLIB动态代理等。
• 服务注册于发现：在分布式系统中，服务提供者与服务消费者需要将自身的元数据信息注册到一个服务注册中心。服务注册与发现是一种将服务提供者和服务消费者解耦的机制，使得服务提供者和服务消费者可以独立部署和扩展。常见的服务注册中心有：ZooKeeper、Nacos、Eureka等。
• 负载均衡：负载均衡可以提供系统的性能与可用性，服务提供者可以集群部署，服务注册中心维护了多个服务提供者的服务地址，RPC框架会根据负载均衡算法将请求均匀地打到不同的服务实例，从而减少单个服务提供者的压力。
• 高可用与容错：在分布式系统中，由于各种原因，服务提供者可能会出现宕机、网络故障等问题，因此需要通过一些服务治理机制（如集群容错、重试、熔断降级、限流等）来保证可靠性和高可用。

gRPC框架介绍

gRPC是一款基于Http/2协议传输，使用Protocol Buffers进行序列化的高性能开源RPC框架，支持多种开发语言以及跨语言通信。以上是gRPC的见解，也是其优势所在，gRPC的优势由Http/2和Protobuf继承而来。

• 高效的传输协议：gRPC基于Http/2协议传输，具有多路复用、服务端推送和流量控制等功能，能够提高网络传输的效率。
• 跨语言兼容性：gRPC使用Protocol Buffers进行序列化，支持多种编程语言，能够提供强大的统一跨语言能力。
• 丰富的生态环境：gRPC已经成为云原生环境中的事实标准协议，并得到了k8s、etcd等组件的天然支持。

Http/2

由于使用了Http/2，gRPC天然享受Http/2带来的诸多优越特性：

• 多路复用：Http/2使用了多路复用技术，允许在同一个Tcp连接同时发送多个请求和接收多个响应，提升了并发性能、降低了响应延迟。
• 头部数据压缩：Http/2使用HPACK算法压缩头部数据（Header），在服务器与客户端维护头信息表，通过序号（索引）来表示字段key，并对字段value使用哈夫曼编码压缩数据，减少了头部数据两，进一步提升传输效率。
• 二进制格式：Http/2的头信息和数据体都是二进制数据，称为帧（Frame），并且每个请求的数据包可以被分割为多个二进制，减少了网络开销。
• 服务器推送：Http/2允许服务器主动向客户端推送资源。
• 流量控制：。。。。。。
• 。。。。

ProtoBuf

序列化协议是RPC框架重要的组成部分，客户端使用序列化协议将内存数据转换为二进制数据，服务端接收到后将二进制数据再转换为内存数据。序列化协议对RPC框架在网络传输方面的性能起着至关重要的影响。

gRPC使用Protocol Buffers 进行序列化，将数据结构以.proto文件进行描述，通过代码生成工具（protoc）可以生成对应数据结构的POJO对象和相关方法。

• 优点：码流小、性能高。ProtoBuf序列化后的码流相对于其他结构化数据存储格式，例如XML、JSON等，更小跟紧凑，能够提高数据传输的效率。ProtoBuf采用结构化的数据存储格式，能够更容易地定义和描述数据结构，更易于管理和维护。
• 缺点：需要依赖于工具生成代码、增加了学习成本和开发成本。可读性也不如JSON、XML。

gRPC实战

一、创建项目

项目包含三个子模块，grpc-api负责存放proto文件，grpc-server模块作为服务端，grpc-client模块作为客户端。

二、导入依赖

在grpc-api模块的pom.xml文件导入grpc依赖，同时server与client依赖api模块。

三、编写proto文件

在grpc-api编写proto文件

syntax = "proto3";option java_multiple_files = true;
option java_package = com.demo;
option java_outer_classname = "DemoServiceProto";
//请求参数
message DemoRequest{string operator =  1;
}
//响应参数
message DemoResponse{int32 result =  1;string message = 2;
}
//方法接口
service DemoService{rpc DemoTest(DemoRequest) returns (DemoResponse){}
}

接下来编辑proto文件：

可以使用mvn compile install -pl命令执行。

编写服务端

首先编写实现类，DemoServiceGrpc.DemoServiceImplBase是编译proto文件后生成的服务接口，需要继承并覆盖其中的方法。

public class DemoServiceImpl extends DemoServiceGrpc.DemoServiceImplBase{@Overridepublic void demoTest(DemoRequest request,StreamObserver<DemoResponse> responseObserver){String operator = request.getOperator();DemoResponse demoResponse = DemoResponse.newBuilder().setResult(1).setMessage("你好，"+operator).build();responseObserver.onNext(demoResponse);responseObserver.onCompleted();}
}

然后编写服务端启动类

public class GrpcServer{public static void main(Striing[] args) throws IOException, InterruptedException{//绑定端口ServerBuilder serverBuilder = ServerBuilder.forPort(9000)'//发布服务serverBuilder.addService(new DemoServiceImpl());Server server = serverBuilder.build();server.start();server.awaitTermination();
}
}

编写客户端

public class GrpcClient{public static void main(String[] args){// 创建通信管道ManagedChannel managedChannel = ManagedChannelBuilder.forAddress("localhost", 9090).usePlaintext().build();try {// 获取代理对象 StubDemoServiceGrpc.DemoServiceBlockingStub demoServiceBlockingStub = DemoServiceGrpc.newBlockingStub(managedChannel);// 创建请求对象DemoRequest test = DemoRequest.newBuilder().setOperator("Jason").build();// 调用 RPC 接口DemoResponse demoResponse = demoServiceBlockingStub.demoTest(test);System.out.println(demoResponse.getMessage());} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);} finally {managedChannel.shutdown();}}
}

运行后会得到：你好，Jason。 这样的结果，大功告成~