从零开始实现RPC框架 - RPC原理及实现

RPC概述

RPC(Remote Procedure Call)即远程过程调用，允许一台计算机调用另一台计算机上的程序得到结果，而代码中不需要做额外的编程，就像在本地调用一样。

现在互联网应用的量级越来越大，单台计算机的能力有限，需要借助可扩展的计算机集群来完成，分布式的应用可以借助RPC来完成机器之间的调用。

RPC框架原理

在RPC框架中主要有三个角色：Provider、Consumer和Registry。如下图所示：

节点角色说明：
* Server: 暴露服务的服务提供方。
* Client: 调用远程服务的服务消费方。
* Registry: 服务注册与发现的注册中心。

RPC调用流程

RPC基本流程图：

一次完整的RPC调用流程（同步调用，异步另说）如下：
1）服务消费方（client）调用以本地调用方式调用服务；
2）client stub接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体；
3）client stub找到服务地址，并将消息发送到服务端；
4）server stub收到消息后进行解码；
5）server stub根据解码结果调用本地的服务；
6）本地服务执行并将结果返回给server stub；
7）server stub将返回结果打包成消息并发送至消费方；
8）client stub接收到消息，并进行解码；
9）服务消费方得到最终结果。

RPC框架的目标就是要2~8这些步骤都封装起来，让用户对这些细节透明。

服务注册&发现

服务提供者启动后主动向注册中心注册机器ip、port以及提供的服务列表；
服务消费者启动时向注册中心获取服务提供方地址列表，可实现软负载均衡和Failover；

使用到的技术

1、动态代理
生成 client stub和server stub需要用到 Java 动态代理技术 ，我们可以使用JDK原生的动态代理机制，可以使用一些开源字节码工具框架如：CgLib、Javassist等。

2、序列化
为了能在网络上传输和接收 Java对象，我们需要对它进行序列化和反序列化操作。
* 序列化：将Java对象转换成byte[]的过程，也就是编码的过程；
* 反序列化：将byte[]转换成Java对象的过程；

可以使用Java原生的序列化机制，但是效率非常低，推荐使用一些开源的、成熟的序列化技术，例如：protobuf、Thrift、hessian、Kryo、Msgpack

关于序列化工具性能比较可以参考：jvm-serializers

3、NIO
当前很多RPC框架都直接基于netty这一IO通信框架，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Hadoop Avro，推荐使用Netty 作为底层通信框架。

4、服务注册中心
可选技术：
* Redis
* Zookeeper
* Consul
* Etcd

编程实践

本人基于 Netty4 + Zookeeper + protostuff + Spring 实现了一个简单、高效的RPC框架Mango：https://github.com/TiFG/mango，欢迎大家fork/star。