Ice框架介绍

概述

　　Ice是一个开源的综合性RPC框架，以高性能和原生支持微服务的架构而著称。提供了很多可以直接使用的组件，如注册中心IceGrid，部署工具IcePatch2，防火墙穿透Glacier2，发布订阅服务IceStorm等。这样的好处就是降低了学习成本和基于中间件的二次开发工作量。同时弊端也很明显就是生态比较封闭，缺乏像Spring Cloud那样全面的技术栈，如服务网关，链路追踪等，因此替换引入组件成本会比较高。
　　在国内开源社区和技术论坛的讨论很少见，资料也比较少，基本参考就是官方英文技术文档和源码。有人可能头已经大了，话说看官方技术文档和阅读源码不也是程序猿应该修炼的基本功嘛，英文不行只能边看边学了。

以下是Ice框架的特点：

• 可压缩，高效的二进制协议
• 支持同步，异步调用和多种通信协议，如TCP，UDP，WebSockets，Buletooth；
• 支持多语言实现，如C++，C#，Java，Python等，和跨操作系统，跨平台部署；
• 支持基于原生的SSL/TLS的安全加密通信；
• 支持自动的服务发现；
• 支持面向对象编程模型；

架构

重要抽象概念

Ice有很多抽象概念和术语，基本上这些概念都是继承现有的概念，新增加的抽象很少。所以学习其他RPC架构的同学很容易理解这些概念。

客户端服务端（Client and Server）

客户端和服务端都是相对，可以转换的；

在一次请求交互中，发请求一方为客户端，处理请求的一方为服务端，同时服务端也能是请求的发起方，这时它充当的角色就是客户端。

Ice对象（Ice Object）

这里的Ice对象是特指提供接口服务的对象，而不是我们面向对象编程时的泛指对象。

它有几个特征：

• 一个Ice对象可能有多个接口类（interface），一个接口类可能包含一系列操作（operation）即函数。
• 一个Ice对象应该有全局唯一的标识。

对象适配器（Object Adaptor）

可以看做一个Ice对象集合，维护对象ID与对象的映射关系。

代理（Proxies）

是Ice对象在客户端本地的代理，包含向下调用接口和服务地址信息，客户端通过调用接口将请求发送到指定服务端的Ice对象。

一般代理信息以“对象ID:服务地址”的形式表示，其中服务地址是以协议+地址+端口表示。如

SimplePrinter:default -p 10000

上面这种固定ip端口的形式，又称为直接代理（Direct Proxies）。

还有一种间接代理（Indirect Proxies）是通过定位服务来获取服务的路由信息。定位服务类似于DNS的域名服务，间接代理的代理信息就相当于URL。

间接代理有两种形式，对象ID或者对象适配器ID；这种通过对象ID就可以访问的对象又称为众所周知的对象（well-known object）。

SimplePrinter
SimplePrinter@PrinterAdapter

服务者（Servants）

服务端的人工实现的实际服务对象

复制（Replication）

Ice的复制就是将对象适配器（Object Adaptor）与多个地址关联。就是同个服务在多个机器上运行着实例，以避免单机故障。

客户端的代理支持复制的格式，一个对象ID对应多个连接端点。如下

SimplePrinter:tcp -h server1 -p 10001:tcp -h server2 -p 10002

复制组（Replica Groups）

上面基于直接代理的复制，缺点很明显，对象到服务端点的映射关系是固定。Ice支持一种更有用的复制形式--复制组。

复制组可以看做是一个有动态复制功能的适配器集合。动态复制的能力来自于定位服务，因为定位服务提供了复制组与路由的动态映射关系查询。

复制组有唯一的标识符，由一系列对象适配器组成，一个对象适配器最多属于一个复制组。当一个复制组创建之后，它的标识符可以用来替换间接代理中的适配器标识符。

例如一个标识符为PrinterAdapters的复制组用在代理中：

SimplePrinter@PrinterAdapters

至多一次语义（At-Most-Once Semantics）

就是说一个请求操作至多被执行一次，如果请求传递失败，将会抛一个异常，而不会去重试。只有确认失败了，才会重试。

这个语义对于不是幂等性的操作是安全的，比如++i，操作一次和操作两次得到结果是不一样的。

同步方法调用

调用RPC时，线程被挂起，直到结果返回。

异步方法调用（AMI）

调用RPC时，立即返回，线程可以处理其他工作，等结果返回时会通知该线程

异步方法处理

相当于服务端的AMI，这个请求可能不会被立即处理。适用于需要等待数据，耗时较长的调用过程。

单向调用

就是没有出参的RPC，调用方不需要知道执行的结果。

描述性语言Slice

这是专门为ICE提供的描述性语言，主要是为了定义接口，数据类型。使客户端服务端的开发独立于语言，

可以通过slice工具生成你想要使用的语言，如C++，C#，Java等，生成的这些代码使你只需要关注接口的实现，而不需要关注底层逻辑。

客户端和服务端的结构

Ice客户端和服务端的内部逻辑结构：

客户端和服务端程序是由应用代码、Ice库代码和由slice生成的代码构成的。

• Ice Core包含支撑通讯的运行时代码，对应用开发屏蔽了底层的网络通信，线程，数据编解码，以及很多网络相关的问题。Ice Core是以一系列库的形式提供给客户端，服务端使用。Ice Core的配置管理是通过Ice API来操作的。
• Proxy Code代理代码由slice定义产生，是服务端Ice对象的代理。它主要有两个功能，一是为客户端应用提供向下调用接口，以请求消息的形式发给服务端，然后服务端调用相关联的接口；二是数据结构的编解码，以便于网络传输。
• Skeleton Code 骨架代码由slice定义产生，提供向上调用接口，允许Ice运行时将客户端请求传递到你实现的服务端代码。同时也包含了对参数的解码，返回结果合异常的编码。

环境部署

参考官方文档：https://doc.zeroc.com/ice/3.7/release-notes/using-the-linux-binary-distributions

HelloWord

以下简单demo是以c++11实现的。完成源码见：https://github.com/GodMonking/ice-demo/tree/main/simple

定义slice文件

slice文件命名必须以.ice结尾。如Printer.ice

module Demo
{
    interface Printer
    {
        void printString(string s);
    }
}

编译slice文件生成c++代码：

slice2cpp Printer.ice

服务端代码

#include <Ice/Ice.h>
#include <Printer.h>
using namespace std;
using namespace Demo;
class PrinterI : public Printer
{
public:
virtual void printString(string s, const Ice::Current&) override;
};
void
PrinterI::printString(string s, const Ice::Current&)
{
cout << s << endl;
}
int
main(int argc, char* argv[])
{
try
{
//初始化通信器
Ice::CommunicatorHolder ich(argc, argv);
//根据名称、连接端点创建一个对象适配器
auto adapter = ich->createObjectAdapterWithEndpoints("SimplePrinterAdapter", "default
-p 10000");
//创建一个servant对象，将其添加到对象适配器
auto servant = make_shared<PrinterI>();
adapter->add(servant, Ice::stringToIdentity("SimplePrinter"));
//激活对象适配器，监听服务请求
adapter->activate();
ich->waitForShutdown();
}
catch(const std::exception& e)
{
cerr << e.what() << endl;
return 1;
}
return 0;
}

由Printer.ice生成的Printer.h包含骨架代码（Skeleton Code），一个接口类包含一个纯虚接口如下，详细代码省略：

#include <Ice/Ice.h>
#include <Printer.h>
using namespace std;
using namespace Demo;
…
namespace Demo
{
class Printer : public virtual Ice::Object
{
public:
virtual void printString(std::string, const Ice::Current&) = 0;
};
}

编译服务端代码：

c++ -I. -DICE_CPP11_MAPPING -c Printer.cpp Server.cpp
c++ -o server Printer.o Server.o -lIce++11

客户端代码

#include <Ice/Ice.h>
#include <Printer.h>
#include <stdexcept>
using namespace std;
using namespace Demo;
int
main(int argc, char* argv[])
{
try
{
//初始化通信器
Ice::CommunicatorHolder ich(argc, argv);
//通过 “对象ID:对象适配器连接端点” 获取代理对象
auto base = ich->stringToProxy("SimplePrinter:default -p 10000");
//转类型校验是否合法
auto printer = Ice::checkedCast<PrinterPrx>(base);
if(!printer)
{
throw std::runtime_error("Invalid proxy");
}
//通过代理对象调用接口
printer->printString("Hello World!");
}
catch(const std::exception& e)
{
cerr << e.what() << endl;
return 1;
}
return 0;
}

编译客户端代码：

c++ -I. -DICE_CPP11_MAPPING -c Printer.cpp Client.cpp
c++ -o client Printer.o Client.o -lIce++11

运行程序

运行服务端程序：

./server

执行客户端程序：

./client

服务显示结果：

结尾

这篇文章主要是介绍了Ice框架的优缺点，架构组成以及一个简单Demo。后续文章会介绍几种服务部署方案。