使用Netty和动态代理实现一个简单的RPC

RPC（remote procedure call）远程过程调用

RPC是为了在分布式应用中，两台主机的Java进程进行通信，当A主机调用B主机的方法时，过程简洁，就像是调用自己进程里的方法一样。
RPC框架的职责就是，封装好底层调用的细节，客户端只要调用方法，就能够获取服务提供者的响应，方便开发者编写代码。
RPC底层使用的是TCP协议，服务端和客户端和点对点通信。

作用

在RPC的应用场景中，客户端调用服务端的代码

客户端需要有相应的api接口，将方法名、方法参数类型、具体参数等等都发送给服务端

服务端需要有方法的具体实现，在接收到客户端的请求后，根据信息调用对应的方法，并返回响应给客户端

流程图演示

代码实现

首先客户端要知道服务端的接口，然后封装一个请求对象，发送给服务端

要调用一个方法需要有：方法名、方法参数类型、具体参数、执行方法的类名

@Data
public class RpcRequest {

    private String  methodName;

    private String className;

    private Class[] paramType;

    private Object[] args;
}

由服务端返回给客户端的响应（方法调用结果）也使用一个对象进行封装

@Data
public class RpcResponse {

    private int code;

    private Object result;
}

• 如果是在多线程调用中，需要具体把每个响应返回给对应的请求，可以加一个ID进行标识

将对象通过网络传输，需要先进行序列化操作，这里使用的是jackson工具

<dependency>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
            <artifactId>jackson-databind</artifactId>
            <version>2.11.4</version>
</dependency>

public class JsonSerialization {

    private static ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();

    static {
        objectMapper.setSerializationInclusion(JsonInclude.Include.NON_NULL);
        objectMapper.disable(SerializationFeature.WRITE_DATE_KEYS_AS_TIMESTAMPS);
        objectMapper.disable(SerializationFeature.FAIL_ON_EMPTY_BEANS);
        objectMapper.setDateFormat(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"));
        objectMapper.disable(DeserializationFeature.FAIL_ON_UNKNOWN_PROPERTIES);
    }

    public static byte[] serialize(Object output) throws JsonProcessingException {
        byte[] bytes = objectMapper.writeValueAsBytes(output);
        return bytes;
    }

    public static Object deserialize(byte[] input,Class clazz) throws IOException {
        Object parse = objectMapper.readValue(input,clazz);
        return parse;
    }
}

• 在反序列化过程中，需要指定要转化的类型，而服务端接收request，客户端接收response，二者类型是不一样的，所以在后续传输时指定类型

有了需要传输的数据后，使用Netty开启网络服务进行传输

服务端

绑定端口号，开启连接

public class ServerNetty {

    public static void connect(int port) throws InterruptedException {

        EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();
        EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();

        ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
        bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class)
                .group(bossGroup,workGroup)
                .childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                    @Override
                    protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
                        /**
                         * 加入自定义协议的数据处理器，指定接收到的数据类型
                         * 加入服务端处理器
                         */
                        ch.pipeline().addLast(new NettyProtocolHandler(RpcRequest.class));

                        ch.pipeline().addLast(new ServerHandler());
                    }
                });

        bootstrap.bind(port).sync();
    }
}

Netty中绑定了两个数据处理器

一个是数据处理器，服务端接收到请求->调用方法->返回响应，这些过程都在数据处理器中执行

public class ServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

        RpcRequest rpcRequest = (RpcRequest)msg;

        // 获取使用反射需要的各个参数
        String methodName = rpcRequest.getMethodName();
        Class[] paramTypes = rpcRequest.getParamType();
        Object[] args = rpcRequest.getArgs();
        String className = rpcRequest.getClassName();

        //从注册中心容器中获取对象
        Object object = Server.hashMap.get(className);

        Method method = object.getClass().getMethod(methodName,paramTypes);
        //反射调用方法
       String result = (String) method.invoke(object,args);

        // 将响应结果封装好后发送回去
        RpcResponse rpcResponse = new RpcResponse();
        rpcResponse.setCode(200);
        rpcResponse.setResult(result);

        ctx.writeAndFlush(rpcResponse);
    }
}

• 这里从hash表中获取对象，有一个预先进行的操作：将有可能被远程调用的对象放入容器中，等待使用

一个是自定义的TCP协议处理器，为了解决TCP的常见问题：因为客户端发送的数据包和服务端接收数据缓冲区之间，大小不匹配导致的粘包、拆包问题。

/**
 * 网络传输的自定义TCP协议
 * 发送时：为传输的字节流添加两个魔数作为头部，再计算数据的长度，将数据长度也添加到头部，最后才是数据
 * 接收时：识别出两个魔数后，下一个就是首部，最后使用长度对应的字节数组接收数据
 */
public class NettyProtocolHandler extends ChannelDuplexHandler {

    private static final byte[] MAGIC = new byte[]{0x15,0x66};

    private Class decodeType;

    public NettyProtocolHandler() {
    }

    public NettyProtocolHandler(Class decodeType){
        this.decodeType = decodeType;
    }

    @Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

        ByteBuf in = (ByteBuf) msg;
        //接收响应对象
        Object dstObject;

        byte[] header = new byte[2];
        in.readBytes(header);

        byte[] lenByte = new byte[4];
        in.readBytes(lenByte);

        int len = ByteUtils.Bytes2Int_BE(lenByte);

        byte[] object = new byte[len];
        in.readBytes(object);

        dstObject = JsonSerialization.deserialize(object, decodeType);
        //交给下一个数据处理器
        ctx.fireChannelRead(dstObject);

    }

    @Override
    public void write(ChannelHandlerContext ctx, Object msg, ChannelPromise promise) throws Exception {

        ByteBuf byteBuf = Unpooled.buffer();

        //写入魔数
        byteBuf.writeBytes(MAGIC);

        byte[] object = JsonSerialization.serialize(msg);

        //数据长度转化为字节数组并写入
        int len = object.length;

        byte[] bodyLen = ByteUtils.int2bytes(len);

        byteBuf.writeBytes(bodyLen);

        //写入对象
        byteBuf.writeBytes(object);

        ctx.writeAndFlush(byteBuf);
    }
}

• 这个数据处理器是服务端和客户端都要使用的，就相当于是一个双方定好传输数据要遵守的协议
• 在这里进行了对象的序列化和反序列化，所以反序列化类型在这个处理器中指定
• 这里面要将数据的长度发送，需一个将整数类型转化为字节类型的工具

转化数据工具类

public class ByteUtils {

    /** short2\u5B57\u8282\u6570\u7EC4 */
    public static byte[] short2bytes(short v) {
        byte[] b = new byte[4];
        b[1] = (byte) v;
        b[0] = (byte) (v >>> 8);
        return b;
    }

    /** int4\u5B57\u8282\u6570\u7EC4 */
    public static byte[] int2bytes(int v) {
        byte[] b = new byte[4];
        b[3] = (byte) v;
        b[2] = (byte) (v >>> 8);
        b[1] = (byte) (v >>> 16);
        b[0] = (byte) (v >>> 24);
        return b;
    }

    /** long8\u5B57\u8282\u6570\u7EC4 */
    public static byte[] long2bytes(long v) {
        byte[] b = new byte[8];
        b[7] = (byte) v;
        b[6] = (byte) (v >>> 8);
        b[5] = (byte) (v >>> 16);
        b[4] = (byte) (v >>> 24);
        b[3] = (byte) (v >>> 32);
        b[2] = (byte) (v >>> 40);
        b[1] = (byte) (v >>> 48);
        b[0] = (byte) (v >>> 56);
        return b;
    }

    /** \u5B57\u8282\u6570\u7EC4\u8F6C\u5B57\u7B26\u4E32 */
    public static String bytesToHexString(byte[] bs) {
        if (bs == null || bs.length == 0) {
            return null;
        }

        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        String tmp = null;
        for (byte b : bs) {
            tmp = Integer.toHexString(Byte.toUnsignedInt(b));
            if (tmp.length() < 2) {
                sb.append(0);
            }
            sb.append(tmp);
        }
        return sb.toString();
    }

    /**
     * @return
     */
    public static int Bytes2Int_BE(byte[] bytes) {
        if(bytes.length < 4){
            return -1;
        }
        int iRst = (bytes[0] << 24) & 0xFF;
        iRst |= (bytes[1] << 16) & 0xFF;
        iRst |= (bytes[2] << 8) & 0xFF;
        iRst |= bytes[3] & 0xFF;
        return iRst;
    }

    /**
     * long\u8F6C8\u5B57\u8282\u6570\u7EC4
     */
    public static long bytes2long(byte[] b) {
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(8);
        buffer.put(b, 0, b.length);
        buffer.flip();// need flip
        return buffer.getLong();
    }
}

客户端

将Netty的操作封装了起来，最后返回一个Channle类型，由它进行发送数据的操作

public class ClientNetty {

    public static Channel connect(String host,int port) throws InterruptedException {

        InetSocketAddress address = new InetSocketAddress(host,port);

        EventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();

        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
            bootstrap.channel(NioSocketChannel.class)
                    .group(workGroup)
                    .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
                        @Override
                        protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {

                            //自定义协议handler（客户端接收的是response）
                            ch.pipeline().addLast(new NettyProtocolHandler(RpcResponse.class));
                            //处理数据handler
                            ch.pipeline().addLast(new ClientHandler());
                        }
                    });

            Channel channel = bootstrap.connect(address).sync().channel();

            return channel;
    }
}

数据处理器负责接收response，并将响应结果放入在future中，future的使用在后续的动态代理中

public class ClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler {

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {

        RpcResponse rpcResponse = (RpcResponse) msg;

        //服务端正常情况返回码为200
        if(rpcResponse.getCode() != 200){
            throw new Exception();
        }

        //将结果放到future里
        RPCInvocationHandler.future.complete(rpcResponse.getResult());
    }

    @Override
    public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
        super.exceptionCaught(ctx, cause);
    }
}

要让客户端在调用远程方法时像调用本地方法一样，就需要一个代理对象，供客户端调用，让代理对象去调用服务端的实现。

代理对象构造

public class ProxyFactory {

    public static Object getProxy(Class<?>[] interfaces){

        return Proxy.newProxyInstance(ProxyFactory.class.getClassLoader(),
                interfaces,
                new RPCInvocationHandler());
    }
}

客户端代理对象的方法执行

将request发送给服务端后，一直阻塞，等到future里面有了结果为止。

public class RPCInvocationHandler implements InvocationHandler {

    static public CompletableFuture future;
    static Channel channel;

    static {
        future = new CompletableFuture();
        //开启netty网络服务
        try {
            channel = ClientNetty.connect("127.0.0.1",8989);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        RpcRequest rpcRequest = new RpcRequest();

        rpcRequest.setArgs(args);
        rpcRequest.setMethodName(method.getName());
        rpcRequest.setParamType(method.getParameterTypes());
        rpcRequest.setClassName(method.getDeclaringClass().getSimpleName());

       channel.writeAndFlush(rpcRequest);
        //一个阻塞操作，等待网络传输的结果
       String result = (String) future.get();

        return result;
    }
}

• 这里用static修饰future和channle，没有考虑到客户端去连接多个服务端和多次远程调用
• 可以使用一个hash表，存储与不同服务端对应的channle，每次调用时从hash表中获取即可
• 用hash表存储与不同request对应的future，每个响应的结果与之对应

客户端

要进行远程调用需要拥有的接口

public interface OrderService {

    public String buy();
}

预先的操作和测试代码

public class Client {

    static OrderService orderService;

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

        //创建一个代理对象给进行远程调用的类
        orderService = (OrderService) ProxyFactory.getProxy(new Class[]{OrderService.class});

        String result = orderService.buy();

        System.out.println(result);
    }
}

服务端

要接受远程调用需要拥有的具体实现类

public class OrderImpl implements OrderService {

    public OrderImpl() {
    }

    @Override
    public String buy() {
        System.out.println("调用buy方法");
        return "调用buy方法成功";
    }
}

预先操作和测试代码

public class Server {

   public static HashMap<String ,Object> hashMap = new HashMap<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //开启netty网络服务
        ServerNetty.connect(8989);

        //提前将需要开放的服务注册到hash表中
        hashMap.put("OrderService",new OrderImpl());

    }
}

执行结果