RPC架构-远程过程调用

一、什么是RPC

　　RPC(Remote Procedure Call)：远程过程调用，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思想。

　　RPC 是一种技术思想而非一种规范或协议，常见 RPC 技术和框架有：

• 应用级的服务框架：阿里的 Dubbo/Dubbox、Google gRPC、Spring Boot/Spring Cloud。
• 远程通信协议：RMI、Socket、SOAP(HTTP XML)、REST(HTTP JSON)。
• 通信框架：MINA 和 Netty。

　　目前流行的开源 RPC 框架还是比较多的，有阿里巴巴的 Dubbo、Facebook 的 Thrift、Google 的 gRPC、Twitter 的 Finagle 等。下面重点介绍三种：

• gRPC：是 Google 公布的开源软件，基于HTTP 2.0 协议，并支持常见的众多编程语言。RPC 框架是基于 HTTP 协议实现的，底层使用到了 Netty 框架的支持。
• Thrift：是 Facebook 的开源 RPC 框架，主要是一个跨语言的服务开发框架。用户只要在其之上进行二次开发就行，应用对于底层的 RPC 通讯等都是透明的。不过这个对于用户来说需要学习特定领域语言这个特性，还是有一定成本的。
• Dubbo：是阿里集团开源的一个极为出名的 RPC 框架，在很多互联网公司和企业应用中广泛使用。协议和序列化框架都可以插拔是极其鲜明的特色。

二、框架结构

　　在一个典型 RPC 的使用场景中，包含了服务发现、负载、容错、网络传输、序列化等组件，其中“RPC 协议”就指明了程序如何进行网络传输和序列化。

 

三、关键技术

　　RPC 的核心功能主要由 5 个模块组成，如果想要自己实现一个 RPC，最简单的方式要实现三个技术点，分别是：

• 服务寻址
• 数据流的序列化和反序列化
• 网络传输

3.1 服务寻址

　　服务寻址可以使用 Call ID 映射。在本地调用中，函数体是直接通过函数指针来指定的，但是在远程调用中，函数指针是不行的，因为两个进程的地址空间是完全不一样的。

　　所以在 RPC 中，所有的函数都必须有自己的一个 ID。这个 ID 在所有进程中都是唯一确定的。

　　客户端在做远程过程调用时，必须附上这个 ID。然后我们还需要在客户端和服务端分别维护一个函数和Call ID的对应表。

　　当客户端需要进行远程调用时，它就查一下这个表，找出相应的 Call ID，然后把它传给服务端，服务端也通过查表，来确定客户端需要调用的函数，然后执行相应函数的代码。

　　实现方式：服务注册中心。

　　要调用服务，首先你需要一个服务注册中心去查询对方服务都有哪些实例。Dubbo 的服务注册中心是可以配置的，官方推荐使用 Zookeeper。

　　实现案例：RMI(Remote Method Invocation，远程方法调用)也就是 RPC 本身的实现方式。

　　Registry(服务发现)：借助 JNDI 发布并调用了 RMI 服务。实际上，JNDI 就是一个注册表，服务端将服务对象放入到注册表中，客户端从注册表中获取服务对象。

　　RMI 服务在服务端实现之后需要注册到 RMI Server 上，然后客户端从指定的 RMI 地址上 Lookup 服务，调用该服务对应的方法即可完成远程方法调用。

　　Registry 是个很重要的功能，当服务端开发完服务之后，要对外暴露，如果没有服务注册，则客户端是无从调用的，即使服务端的服务就在那里。

3.2 序列化和反序列化

　　客户端怎么把参数值传给远程的函数呢?在本地调用中，我们只需要把参数压到栈里，然后让函数自己去栈里读就行。

　　但是在远程过程调用时，客户端跟服务端是不同的进程，不能通过内存来传递参数。

　　这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流，传给服务端后，再把字节流转成自己能读取的格式。

　　只有二进制数据才能在网络中传输，序列化和反序列化的定义是：

• 将对象转换成二进制流的过程叫做序列化
• 将二进制流转换成对象的过程叫做反序列化

　　这个过程叫序列化和反序列化。同理，从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。

3.3 网络传输

　　网络传输：远程调用往往用在网络上，客户端和服务端是通过网络连接的。

　　所有的数据都需要通过网络传输，因此就需要有一个网络传输层。网络传输层需要把 Call ID 和序列化后的参数字节流传给服务端，然后再把序列化后的调用结果传回客户端。

　　只要能完成这两者的，都可以作为传输层使用。因此，它所使用的协议其实是不限的，能完成传输就行。

　　尽管大部分 RPC 框架都使用 TCP 协议，但其实 UDP 也可以，而 gRPC 干脆就用了 HTTP2。

　　TCP 的连接是最常见的，简要分析基于 TCP 的连接：通常 TCP 连接可以是按需连接(需要调用的时候就先建立连接，调用结束后就立马断掉)，也可以是长连接(客户端和服务器建立起连接之后保持长期持有，不管此时有无数据包的发送，可以配合心跳检测机制定期检测建立的连接是否存活有效)，多个远程过程调用共享同一个连接。

　　所以，要实现一个 RPC 框架，只需要把以下三点实现了就基本完成了：

• Call ID 映射：可以直接使用函数字符串，也可以使用整数 ID。映射表一般就是一个哈希表。
• 序列化反序列化：可以自己写，也可以使用 Protobuf 或者 FlatBuffers 之类的。
• 网络传输库：可以自己写 Socket，或者用 Asio，ZeroMQ，Netty 之类。

四、使用场景

　　RPC 主要用于公司内部的服务调用，性能消耗低，传输效率高，实现复杂。

　　HTTP 主要用于对外的异构环境，浏览器接口调用，App 接口调用，第三方接口调用等。

　　RPC 使用场景(大型的网站，内部子系统较多、接口非常多的情况下适合使用 RPC)：

• 长链接。不必每次通信都要像 HTTP 一样去 3 次握手，减少了网络开销。
• 注册发布机制。RPC 框架一般都有注册中心，有丰富的监控管理;发布、下线接口、动态扩展等，对调用方来说是无感知、统一化的操作。
• 安全性，没有暴露资源操作。
• 微服务支持。就是最近流行的服务化架构、服务化治理，RPC 框架是一个强力的支撑。

五、结语

　　之前写的窗体应用和web项目等都是单机程序，使用的架构基本上算是MVC模式，从未了解过RPC。但是此次通过搜索阅读RPC相关的文章博客等，我对RPC有了初步的了解。此外还在《分布式服务框架原理与实践》（李林峰著）中知道了应用架构的演进历史。

 

• MVC (Modle View Controller) 架构： 当业务规模很小时，将所有功能都部署在同一个进程中，通过双机或者前置负载均衡器实现负载分流；此时，用于分离前后台逻辑的 MVC 架构是关键。
• RPC (Remote Procedure Call)架构：当垂直应用越来越多，应用之间交互不可避免，将核心和公共业务抽取出来，作为独立的服务，实现前后台逻辑分离。此时，用于提高业务复用及拆分的 RPC 框架是关键。
• SOA (Service Oriented Architecture)架构：随着业务发展，服务数量越来越多，服务生命周期管控和运行态的治理成为瓶颈，此时用于提升服务质量的 SOA 服务治理是关键。
• 微服务架构：随着敏捷开发、持续支付、DevOps 理论的发展和实践，以及基于 Docker 等轻量级容器 (LXC) 部署应用和服务的成熟，微服务架构开始流行，逐渐成为应用架构的未来演进方向。通过服务的原子化拆分，以及微服务的独立打包、部署和升级，小团队敏捷交付，应用的交付周期将缩短，运营成本也将大幅下降。

六、参考资料

　　1.花了一个星期，我终于把RPC框架整明白了！ - 51CTO.COM  https://developer.51cto.com/art/201906/597963.htm

　　2.《分布式服务框架原理与实践》（李林峰著）下载链接：https://www.jb51.net/books/506808.html#downintro2