Java讲解RPC的基本实现

RPC远程过程调用可以说是分布式系统的基础，本文将通过Java演示一次普通的rpc调用到底发生了什么。

我曾经在网上看到有人提问，为什么RPC要叫作远程过程调用，而不叫作RMC远程方法调用。个人认为RPC的叫法才是合理的，远程调用的是某个过程，不一定是一个具体的方法。（你只要看过后面第一个版本的代码就能懂了）

这整个过程可以用一句话概括：机器A通过网络与机器B建立连接，A发送一些参数给B，B执行某个过程，并把结果返回给A。

在写代码之前，先说一个前置背景，假设我们有一个商品类

public class Product implements Serializable {

    private Integer id;
    private String name;

    public Product(Integer id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    //toString()

    //get set 方法
}

有一个商品服务接口

public interface IProductService {

    Product getProductById(Integer id);
}

服务端有商品服务接口的实现类

public class ProductServiceImpl implements IProductService {
    @Override
    public Product getProductById(Integer id) {
        //实际上这里应该去查询数据库获得数据，下面简化了
        return new Product(id, "手机");
    }
}

下面我们通过客户端发送一个商品id到服务端，服务端获得id后通过商品服务类获取商品信息，返回给客户端

public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //建立Socket
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
        //获取输出流
        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos);
        //把商品Id通过网络传到服务端
        dos.writeInt(123);

        socket.getOutputStream().write(baos.toByteArray());
        socket.getOutputStream().flush();

        //读取服务端返回的商品信息
        DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream());
        Integer id = dis.readInt();     //商品id
        String name = dis.readUTF();    //商品名称
        Product product = new Product(id, name);//通过服务端返回的商品信息生成商品

        System.out.println(product);

        //关闭流资源为了方便阅读，没有做try-catch处理
        dos.close();
        baos.close();
        socket.close();
    }
}

public class Server {
    private static boolean running = true;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //建立服务端Socket
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
        //不断监听，处理客户端请求
        while (running) {
            Socket socket = ss.accept();
            process(socket);
            socket.close();
        }
        ss.close();
    }

    private static void process(Socket socket) throws Exception {
        InputStream is = socket.getInputStream();
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);

        //读取客户端发过来的id
        Integer id = dis.readInt();
        //调用服务类生成商品
        IProductService service = new ProductServiceImpl();
        Product product = service.getProductById(id);
        //把商品的信息写回给客户端
        dos.writeInt(id);
        dos.writeUTF(product.getName());
        dos.flush();

        dos.close();
        dis.close();
        os.close();
        is.close();
    }
}

上面的是RPC远程调用的原始简易版本，可以看到联网的代码写死在了客户端中，网络部分代码和getProductById()耦合在了一起，如果想把别的方法改为远程调用还要重新写一遍联网的代码，非常麻烦。

在实际的使用中，我们会编写各种各样的远程调用，打个比方，IProductService接口以后可能会扩展成这样：

public interface IProductService {

    Product getProductById(Integer id);

    Product getProductByName(String name);

    Product getMostExpensiveProduct();
}

我们总不可能为每个方法都编写一段网络连接的代码吧，我们得想到一种办法为所有的方法都嵌入一段共用的网络连接代码。

那具体应该怎样嵌入呢？这里我们可以用到代理模式。

在Java中许多优秀的框架都用到了代理模式做代码嵌入，比如说Mybatis。它把JDBC连接部分的代码通过代理模式嵌入到sql语句的周围，让我们专注于写sql。

首先，服务端的代码要进行修改，由于多个方法共用一套联网的代码，我们要在服务端识别调用的是哪一个方法：

public class Server {

    private static boolean running = true;

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

    private static void process(Socket socket) throws Exception {
        //获取输入流，输出流
        InputStream is = socket.getInputStream();
        OutputStream os = socket.getOutputStream();
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
        //获取本次远程调用的方法名
        String methodName = ois.readUTF();
        //获取本次远程调用方法的参数类型
        Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject();
        //获取具体的参数对象
        Object[] args = (Object[]) ois.readObject();

        //创建商品服务类实例，（往后这里可以继续优化）
        IProductService service = new ProductServiceImpl();
        //根据远程获取的方法名和参数，调用相应的方法
        Method method = service.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes);
        Product product = (Product) method.invoke(service, args);
        //把结果写回给客户端
        oos.writeObject(product);

        oos.close();
        ois.close();
        socket.close();
    }
}

然后在客户端，我们创建一个新的代理类，对外提供一个getStub获取代理类的方法。使用JDK的动态代理需要三个参数，一个是类加载器，一个是接口的class类，最后一个是InvocationHandler实例。

JDK动态代理背后的逻辑是这样的：JVM会根据接口的class类动态创建一个代理类对象，这个代理对象实现了传入的接口，也就是说它拥有了接口中所有方法的实现。方法具体的实现可以由用户指定，也就是调用InvocationHandler的invoke方法。

在invoke方法中有三个参数，分别是proxy代理类，method调用的方法，args调用方法的参数。我们可以在invoke方法中对具体的实现方法进行增强，在本案例中就是进行网络调用。

public class Stub {

    public static IProductService getStub() {

        InvocationHandler h = new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                //和服务端建立Socket连接
                Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
                ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
                //拿到远程调用的方法名
                String methodName = method.getName();
                //拿到远程调用方法的参数类型
                Class[] parametersTypes = method.getParameterTypes();
                //把方法名传递给服务端
                oos.writeUTF(methodName);
                //把方法参数类型传递给服务端
                oos.writeObject(parametersTypes);
                //把方法参数传递给服务端
                oos.writeObject(args);
                oos.flush();
                //获取远程调用的返回结果
                ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                Product product = (Product) ois.readObject();

                ois.close();
                oos.close();
                socket.close();
                return product;
            }
        };
        Object o = Proxy.newProxyInstance(IProductService.class.getClassLoader(), new Class[]{IProductService.class}, h);
        return (IProductService) o;
    }
}

这个新版本比第一个版本又美好了一些，但是其实还可以继续优化。现在我们的代理只能够返回IProductService的实现类，得想办法让它返回任意类型的服务实现类。

思路和远程调用方法相似，在远程调用方法时，我们把方法的名称，参数类型，参数传递给服务端；现在要动态创建服务类，我们可以把服务接口的名字传给服务端。服务端拿到远程接口的名字后，就可以从服务注册表中找到对应服务实现类。

至于服务实现类如何注册到服务注册表，这里提供一个思路：可以考虑使用Spring的注解注入。这和我们平时写spring代码是相似的，在创建完服务实现类后我们会加上注解@Service，这样我们就可以在收到远程调用后，遍历使用了@Service的Bean，找到对应的实现类。

总结

如果想要搭建一个简易的RPC框架，我认为有4个点：

1. 代理问题
2. 服务实例化问题
3. 序列化问题
4. 通信问题

本篇文章的侧重点是前两个，代理问题和服务实例化问题，我们回顾一下：

1. 首先通过代理模式解决了每个远程方法联网的问题
2. 通过传递方法名，方法参数类型，参数，以及后面提及的直接传接口名字的形式解决服务实例化问题，这背后的原理是反射，传这些参数也是给反射用的。

关于另外两个点的延伸

在网络上传输数据避免不了序列化问题。Java自带的序列化方式效率比较低，如果要造一个RPC框架的话，我们可以考虑引入其他第三方的序列化框架。

通信问题也很重要，现有的RPC框架使用的通信协议也不相同，各有各的优缺点。但这部分手动实现可能比较困难，可以根据语言自身封装好的API进行选择。

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参考：马士兵rpc的演化过程公开课

https://www.bilibili.com/video/BV1Ug4y1875i?p=2