手动实现一个基于netty的RPC框架（模拟dubble）

轻量级RPC框架开发

内容安排：

1、掌握RPC原理

2、掌握nio操作

3、掌握netty简单的api

4、掌握自定义RPC框架

RPC原理学习
1. 什么是RPC

RPC（Remote Procedure Call Protocol）——远程过程调用协议，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。RPC协议假定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层。RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。

RPC采用客户机/服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。首先，客户机调用进程发送一个有进程参数的调用信息到服务进程，然后等待应答信息。在服务器端，进程保持睡眠状态直到调用信息到达为止。当一个调用信息到达，服务器获得进程参数，计算结果，发送答复信息，然后等待下一个调用信息，最后，客户端调用进程接收答复信息，获得进程结果，然后调用执行继续进行。

RPC原理

运行时,一次客户机对服务器的RPC调用,其内部操作大致有如下十步：

1.调用客户端句柄；执行传送参数

2.调用本地系统内核发送网络消息

3.消息传送到远程主机

4.服务器句柄得到消息并取得参数

5.执行远程过程

6.执行的过程将结果返回服务器句柄

7.服务器句柄返回结果，调用远程系统内核

8.消息传回本地主机

9.客户句柄由内核接收消息

10.客户接收句柄返回的数据

hadoopRPC演示

见代码

nio原理学习(nio的优势不在于数据传送的速度)
1. 简介

nio 是New IO 的简称，在jdk1.4 里提供的新api 。

Sun 官方标榜的特性如下：

为所有的原始类型提供(Buffer)缓存支持。

字符集编码解码解决方案。

Channel ：一个新的原始I/O 抽象。

支持锁和内存映射文件的文件访问接口。

提供多路(non-bloking) 非阻塞式的高伸缩性网络I/O 。

传统socket和socket nio代码

基本编程模型：

服务端

核心API ServerSocket

流程：先创建一个服务，然后绑定在服务器的IP地址和端口

等待客户端的连接请求

收到连接请求后，接受请求，建立了一个TCP连接

从建立的连接中获取到socket输入、输出流（两个流都是同步阻塞的）

通过两个流进行数据的交互

客户端

核心API Socket

流程：先向服务端请求连接

一旦被服务器接受，连接就创建好了

从tcp连接中获取socket输入、输出流

通过两个流进行数据的交互

见代码

socket /nio原理

1）阻塞和非阻塞：

阻塞和非阻塞是进程在访问数据的时候，数据是否准备就绪的一种处理方式。

当数据没有准备好的时候，

阻塞：往往需要等待缓冲区中的数据准备好之后才处理，否则一直等待。

非阻塞：当我们的进程访问我们的数据缓冲区的时候，数据没有准备好的时候，直接返回，不需要等待。有数据的时候，也直接返回

2）同步和异步

同步和异步都是基于应用程序和操作系统处理IO事件所采用的方式:

同步：应用程序要直接参与IO事件的操作；

异步：所有的IO读写事件交给操作系统去处理；

同步的方式在处理IO事件的时候，必须阻塞在某个方法上面等待我们的IO事件完成（阻塞在IO事件或者通过轮询IO事件的方式）；对于异步来说，所有的IO读写都交给了操作系统，这个时候，我们可以去做其他的事情，并不需要去完成真正的IO操作。当操作系统完成IO之后，给我们的应用程序一个通知就可以了。

同步有两种实现模式：

1）阻塞到IO事件阻塞到read 或者 write 方法上，这个时候我们就完全不能做自己的事情。（在这种情况下，我们只能把读写方法放置到线程中，然后阻塞线程的方式来实现并发服务，对线程的性能开销比较大）

2）IO事件的轮询 --在linux c语言编程中叫做多路复用技术（select模式）

读写事件交给一个专门的线程来处理，这个线程完成IO事件的注册功能，还有就是不断地去轮询我们的读写缓冲区（操作系统），看是否有数据准备好，然后通知我们的相应的业务处理线程。这样的话，我们的业务处理线程就可以做其他的事情。在这种模式下，阻塞的不是所有的IO线程，而是阻塞的只是select线程

比喻说明：

Client Selector 管家 BOSS

当客人来的时候，就给管家说，我来了（注册），管家得到这个注册信息后，就给BOSS说，我这里有一个或者多个客人。BOSS就说你去给某人A这件东西（IO数据），给另外一个人B另一件东西。这个时候，客人是可以去做自己的事情（比如看看花园等等），当管家知道BOSS给他任务后，他就会去找对应的某人（根据客人的注册信息），告诉他BOSS给他了某样东西。

JAVA IO模型

基于以上4中IO模型，JAVA对应的实现有：

BIO--同步阻塞： JDK1.4以前我们使用的都是BIO

阻塞到我们的读写方法，阻塞到线程来提高并发性能，但是效果不是很好

NIO--同步非阻塞：JDK1.4 linux多路复用技术（select模式）实现IO事件的轮询方式：同步非阻塞的模式，这种方式目前是主流的网络通信模式

mina netty ——网络通信框架，比自己写NIO要容易些，并且代码可读性更好

AIO：JDK1.7（NIO2）真正的异步非阻塞IO(基于linux的epoll模式）

AIO目前使用的还比较少

小结：1）BIO阻塞的IO

2）NIO select多路复用+非阻塞同步非阻塞

3）AIO异步非阻塞IO

3、NIO原理

通过selector（选择器），管理所有的IO事件：

客户端的connection事件

服务端的accept事件

客户端和服务端的读写事件

selector如何进行事件管理？

当IO事件注册给我们的选择器的时候，选择器会给他们分配一个key（可以简单的理解成一个事件的标签）

当IO事件就绪后，可以通过key值来找到相应的管道channel，然后通过管道发送数据和接收数据等操作

数据缓冲区：

通过bytebuffer来实现，提供了很多读写的方法 put() get()

2.1.4 NIO示例代码

<见代码工程>

netty常用API学习
1. netty简介

Netty是基于Java NIO的网络通信框架.

Netty是一个NIO client-server(客户端服务器)框架，使用Netty可以快速开发网络应用，例如服务器和客户端协议。Netty提供了一种新的方式来使开发网络应用程序，这种新的方式使得它很容易使用和有很强的扩展性。Netty的内部实现时很复杂的，但是Netty提供了简单易用的api从网络处理代码中解耦业务逻辑。Netty是完全基于NIO实现的，所以整个Netty都是异步的。

网络应用程序通常需要有较高的可扩展性，无论是Netty还是其他的基于Java NIO的框架，都会提供可扩展性的解决方案。Netty中一个关键组成部分是它的异步特性.

netty的helloworld
下载netty包

• 下载netty包，下载地址http://netty.io/

服务端启动类

package com.netty.demo.server;

import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;

import io.netty.channel.Channel;

import io.netty.channel.ChannelFuture;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;

import io.netty.channel.EventLoopGroup;

import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;

import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;

/**

* • 配置服务器功能，如线程、端口 • 实现服务器处理程序，它包含业务逻辑，决定当有一个请求连接或接收数据时该做什么

* @author wilson

public class EchoServer {

private final int port;

public EchoServer(int port) {

this.port = port;

}

public void start() throws Exception {

EventLoopGroup eventLoopGroup = null;

try {

//创建ServerBootstrap实例来引导绑定和启动服务器

ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();

//创建NioEventLoopGroup对象来处理事件，如接受新连接、接收数据、写数据等等

eventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

//指定通道类型为NioServerSocketChannel，设置InetSocketAddress让服务器监听某个端口已等待客户端连接。

serverBootstrap.group(eventLoopGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).localAddress("localhost",port).childHandler(new ChannelInitializer<Channel>() {

//设置childHandler执行所有的连接请求

@Override

protected void initChannel(Channel ch) throws Exception {

ch.pipeline().addLast(new EchoServerHandler());

}

});

// 最后绑定服务器等待直到绑定完成，调用sync()方法会阻塞直到服务器完成绑定,然后服务器等待通道关闭，因为使用sync()，所以关闭操作也会被阻塞。

ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind().sync();

System.out.println("开始监听，端口为：" + channelFuture.channel().localAddress());

channelFuture.channel().closeFuture().sync();

} finally {

eventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

new EchoServer(20000).start();

}

服务端回调方法

package com.netty.demo.server;

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.ChannelFutureListener;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

import java.util.Date;

public class EchoServerHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

@Override

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)

throws Exception {

System.out.println("server 读取数据……");

//读取数据

ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;

byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];

buf.readBytes(req);

String body = new String(req, "UTF-8");

System.out.println("接收客户端数据:" + body);

//向客户端写数据

System.out.println("server向client发送数据");

String currentTime = new Date(System.currentTimeMillis()).toString();

ByteBuf resp = Unpooled.copiedBuffer(currentTime.getBytes());

ctx.write(resp);

}

@Override

public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

System.out.println("server 读取数据完毕..");

ctx.flush();//刷新后才将数据发出到SocketChannel

}

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause)

throws Exception {

cause.printStackTrace();

ctx.close();

}

客户端启动类

package com.netty.demo.client;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;

import io.netty.channel.ChannelFuture;

import io.netty.channel.ChannelInitializer;

import io.netty.channel.EventLoopGroup;

import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;

import io.netty.channel.socket.SocketChannel;

import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;

import java.net.InetSocketAddress;

/**

* • 连接服务器 • 写数据到服务器 • 等待接受服务器返回相同的数据 • 关闭连接

* @author wilson

public class EchoClient {

private final String host;

private final int port;

public EchoClient(String host, int port) {

this.host = host;

this.port = port;

}

public void start() throws Exception {

EventLoopGroup nioEventLoopGroup = null;

try {

//创建Bootstrap对象用来引导启动客户端

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();

//创建EventLoopGroup对象并设置到Bootstrap中，EventLoopGroup可以理解为是一个线程池，这个线程池用来处理连接、接受数据、发送数据

nioEventLoopGroup = new NioEventLoopGroup();

//创建InetSocketAddress并设置到Bootstrap中，InetSocketAddress是指定连接的服务器地址

bootstrap.group(nioEventLoopGroup).channel(NioSocketChannel.class).remoteAddress(new InetSocketAddress(host, port))

.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {

//添加一个ChannelHandler，客户端成功连接服务器后就会被执行

@Override

protected void initChannel(SocketChannel ch)

throws Exception {

ch.pipeline().addLast(new EchoClientHandler());

}

});

// • 调用Bootstrap.connect()来连接服务器

ChannelFuture f = bootstrap.connect().sync();

// • 最后关闭EventLoopGroup来释放资源

f.channel().closeFuture().sync();

} finally {

nioEventLoopGroup.shutdownGracefully().sync();

}

public static void main(String[] args) throws Exception {

new EchoClient("localhost", 20000).start();

}

客户端回调方法

package com.netty.demo.client;

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.buffer.ByteBufUtil;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;

public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<ByteBuf> {

//客户端连接服务器后被调用

@Override

public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

System.out.println("客户端连接服务器，开始发送数据……");

byte[] req = "QUERY TIME ORDER".getBytes();

ByteBuf firstMessage = Unpooled.buffer(req.length);

firstMessage.writeBytes(req);

ctx.writeAndFlush(firstMessage);

}

//• 从服务器接收到数据后调用

@Override

protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf msg) throws Exception {

System.out.println("client 读取server数据..");

//服务端返回消息后

ByteBuf buf = (ByteBuf) msg;

byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];

buf.readBytes(req);

String body = new String(req, "UTF-8");

System.out.println("服务端数据为 :" + body);

}

//• 发生异常时被调用

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {

System.out.println("client exceptionCaught..");

// 释放资源

ctx.close();

}

netty中handler的执行顺序

Handler在netty中，占据着非常重要的地位。Handler与Servlet中的filter很像，通过Handler可以完成通讯报文的解码编码、拦截指定的报文、统一对错误进行处理、统一对请求进行计数、控制Handler执行与否。一句话，没有它做不到的只有你想不到的。

Netty中的所有handler都实现自ChannelHandler接口。

按照输入输出来分，分为两大类：

ChannelInboundHandler对接收到的报文进行处理，一般用来执行解码、读取数据、进行业务处理等；

ChannelOutboundHandler对发出去的报文进行处理，一般用来进行编码、发送报文到对端。

Netty中，可以注册多个handler。

ChannelInboundHandler按照注册的先后顺序执行；

ChannelOutboundHandler按照注册的先后逆序执行，

如下图所示：

代码

见代码

总结

在使用Handler的过程中，需要注意：

1、ChannelInboundHandler之间的传递，通过调用 ctx.fireChannelRead(msg) 实现；调用ctx.write(msg) 将传递到ChannelOutboundHandler。

2、ctx.write()方法执行后，需要调用flush()方法才能令它立即执行。

3、流水线pipeline中outhandler不能放在最后，否则不生效

如果使用addlast方法来组装handler，则为以下执行顺序：

// 注册两个InboundHandler，执行顺序为注册顺序，所以应该是InboundHandler1 InboundHandler2

// 注册两个OutboundHandler，执行顺序为注册顺序的逆序，所以应该是OutboundHandler2 OutboundHandler1

3.2 netty发送对象

3.2.1 简介

Netty中，通讯的双方建立连接后，会把数据按照ByteBuf的方式进行传输，例如http协议中，就是通过HttpRequestDecoder对ByteBuf数据流进行处理，转换成http的对象。基于这个思路，可自定义一种通讯协议：Server和客户端直接传输java对象。

实现的原理是通过Encoder把java对象转换成ByteBuf流进行传输，通过Decoder把ByteBuf转换成java对象进行处理，处理逻辑如下图所示：

3.2.2 代码

见代码

Spring（IOC/AOP）注解学习
1. spring的初始化顺序

在spring的配置文件中配置bean，如下

在One类和Two类中，分别实现一个参数的构造如下

加载spring配置文件，初始化bean如下

那么。结果如何呢？

结论：spring会按照bean的顺序依次初始化xml中配置的所有bean

通过ApplicationContextAware加载Spring上下文环境

在One中实现ApplicationContextAware接口会出现如何的变换呢？

结果

InitializingBean的作用

在One中实现InitializingBean接口呢?

结果：

如果使用注解@Component

使用@Component注入类，那么它的顺序是如何呢？

1. 结论
spring先检查注解注入的bean，并将它们实例化
然后spring初始化bean的顺序是按照xml中配置的顺序依次执行构造
如果某个类实现了ApplicationContextAware接口，会在类初始化完成后调用setApplicationContext（）方法进行操作
如果某个类实现了InitializingBean接口，会在类初始化完成后，并在setApplicationContext（）方法执行完毕后，调用afterPropertiesSet（）方法进行操作
1. 注解使用回顾

1、在spring中，用注解来向Spring容器注册Bean。需要在applicationContext.xml中注册<context:component-scan base-package=”pagkage1[,pagkage2,…,pagkageN]”/>。

2、如果某个类的头上带有特定的注解@Component/@Repository/@Service/@Controller，就会将这个对象作为Bean注册进Spring容器

3、在使用spring管理的bean时，无需在对调用的对象进行new的过程，只需使用@Autowired将需要的bean注入本类即可

自定义注解
1. 解释

1、自定义注解的作用：在反射中获取注解，以取得注解修饰的“类、方法、属性”的相关解释。

2、java内置注解

@Target 表示该注解用于什么地方，可能的 ElemenetType 参数包括：

ElemenetType.CONSTRUCTOR 构造器声明

ElemenetType.FIELD 域声明（包括 enum 实例）

ElemenetType.LOCAL_VARIABLE 局部变量声明

ElemenetType.METHOD 方法声明

ElemenetType.PACKAGE 包声明

ElemenetType.PARAMETER 参数声明

ElemenetType.TYPE 类，接口（包括注解类型）或enum声明

@Retention 表示在什么级别保存该注解信息。可选的 RetentionPolicy 参数包括：

RetentionPolicy.SOURCE 注解将被编译器丢弃

RetentionPolicy.CLASS 注解在class文件中可用，但会被JVM丢弃

RetentionPolicy.RUNTIME JVM将在运行期也保留注释，因此可以通过反射机制读取注解的信息。

实现

定义自定义注解

@Target({ ElementType.TYPE })//注解用在接口上

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)//VM将在运行期也保留注释，因此可以通过反射机制读取注解的信息

@Component

public @interface RpcService {

String value();

}

2、将直接类加到需要使用的类上，我们可以通过获取注解，来得到这个类

@RpcService("HelloService")

public class HelloServiceImpl implements HelloService {

public String hello(String name) {

return "Hello! " + name;

}

3、类实现的接口

public interface HelloService {

String hello(String name);

}

4、通过ApplicationContext获取所有标记这个注解的类

@Component

public class MyServer implements ApplicationContextAware {

@SuppressWarnings("resource")

public static void main(String[] args) {

new ClassPathXmlApplicationContext("spring2.xml");

}

public void setApplicationContext(ApplicationContext ctx)

throws BeansException {

Map<String, Object> serviceBeanMap = ctx

.getBeansWithAnnotation(RpcService.class);

for (Object serviceBean : serviceBeanMap.values()) {

try {

Method method = serviceBean.getClass().getMethod("hello", new Class[]{String.class});

Object invoke = method.invoke(serviceBean, "bbb");

System.out.println(invoke);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

结合spring实现junit测试

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)

@ContextConfiguration(locations = "classpath:spring2.xml")

public class MyServer implements ApplicationContextAware {

@Test

public void helloTest1() {

}

public void setApplicationContext(ApplicationContext ctx)

throws BeansException {

Map<String, Object> serviceBeanMap = ctx

.getBeansWithAnnotation(RpcService.class);

for (Object serviceBean : serviceBeanMap.values()) {

try {

Method method = serviceBean.getClass().getMethod("hello",

new Class[] { String.class });

Object invoke = method.invoke(serviceBean, "bbb");

System.out.println(invoke);

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

轻量级RPC框架开发
1. 轻量级RPC框架需求分析及原理分析
  1. netty实现的RPC的缺点

在我们平常使用的RPC中，例如webservice，使用的习惯类似于下图

但是netty的实现过于底层，我们不能够像以前一样只关心方法的调用，而是要关心数据的传输，对于不熟悉netty的开发者，需要了解很多netty的概念和逻辑，才能实现RPC的调用。

应上面的需求，我们需要基于netty实现一个我们熟悉的RPC框架。逻辑如下：

轻量级RPC框架开发（仿写dubbo）
1. zk在框架中的应用

在上面的框架中，server端存在着一个问题，就是单点问题，也就是说，当服务端“挂了”之后，框架的使用就造成了单点屏障。

我们可以通过zookeeper来实现服务端的负载均衡

项目结构：

工程之间的依赖关系

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