JAVA RPC（一）RPC入门

为什么要写这个RPC

市面上常见的RPC框架很多，grpc，motan，dubbo等，但是随着越来越多的元素加入，复杂的架构设计等因素似使得这些框架就想spring一样，虽然号称是轻量级，但是用起来却是让我们很蹩脚，大量的配置，繁杂的API设计，其实，我们根本用不上这些东西！！！ 我也算得上是在很多个互联网企业厮杀过，见过很多很多的内部RPC框架，有些优秀的设计让我非常赞赏，有一天我突然想着，为什么不对这些设计原型进行聚合归类，自己搞一套【轻量级】RPC框架呢，碍于工作原因，一直没有时间倒腾出空，十一期间工作闲暇，说搞就搞吧，希望源码对大家对认识RPC框架起到推进的作用。东西越写越多，有各种问题欢迎随时拍砖

RPC基础概念

RPC就是远程过程调用协议，其作用就是客户端与服务端之间的远程调用，就像本地自己调用一样，让服务端进行服务化，功能唯一性，负载热点流量。

RPC框架的实现

RPC能够让本地应用简单、高效地调用服务器中的过程（服务）。它主要应用在分布式系统。如Hadoop中的IPC组件。但怎样实现一个RPC框架呢？

从下面几个方面思考，仅供参考：

1.通信模型：假设通信的为A机器与B机器，A与B之间有通信模型，在Java中一般基于BIO或NIO；。

2.过程（服务）定位：使用给定的通信方式，与确定IP与端口及方法名称确定具体的过程或方法；

3.远程代理对象：本地调用的方法(服务)其实是远程方法的本地代理，因此可能需要一个远程代理对象，对于Java而言，远程代理对象可以使用Java的动态对象实现，封装了调用远程方法调用；

4.序列化，将对象名称、方法名称、参数等对象信息进行网络传输需要转换成二进制传输，这里可能需要不同的序列化技术方案。如:thrift,protobuf,Arvo等。

下面用简单的原生java socket来实现rpc调用，方便大家更深层了解rpc原理

服务类接口

 package socketrpc;

 public interface IHello {
      String sayHello(String string);
 }

服务实现类

 package socketrpc.server;

 import socketrpc.IHello;

 public class HelloServiceImpl implements IHello {

     @Override
     public String sayHello(String string) {
         return "你好:".concat ( string );
     }
 }

客户端实现

package socketrpc.client;

import socketrpc.IHello;

import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.Socket;

public class RpcClientProxy<T> implements InvocationHandler {

    private  Class<T> serviceInterface;
    private InetSocketAddress addr;

    public RpcClientProxy(Class<T> serviceInterface, String ip,String port) {
        this.serviceInterface = serviceInterface;
        this.addr = new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt ( port ));
    }

    public T getClientIntance(){
        return (T) Proxy.newProxyInstance (serviceInterface.getClassLoader(),new Class<?>[]{serviceInterface},this);
    }

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

        Socket socket = null;
        ObjectOutputStream output = null;
        ObjectInputStream input = null;

        try {
            // 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者
            socket = new Socket();
            socket.connect(addr);

            // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者
            output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
            output.writeUTF(serviceInterface.getName());
            output.writeUTF(method.getName());
            output.writeObject(method.getParameterTypes());
            output.writeObject(args);

            // 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回
            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
            return input.readObject();
        } finally {
            if (socket != null) socket.close();
            if (output != null) output.close();
            if (input != null) input.close();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        RpcClientProxy client = new RpcClientProxy<>(IHello.class,"localhost","6666");
        IHello hello = (IHello) client.getClientIntance ();
        System.out.println (hello.sayHello ( "socket rpc" ));
    }
}

服务端实现

package socketrpc.server;

import socketrpc.IHello;

import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.HashMap;

public class RpcServer {

    private static final HashMap<String, Class<?>> serviceRegistry = new HashMap<>();
    private  int port;

    public RpcServer(int port) {
        this.port =port;
    }

    public RpcServer register(Class serviceInterface, Class impl) {
        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
        return this;
    }

    public void run() throws IOException {

        ServerSocket server = new ServerSocket();
        server.bind(new InetSocketAddress (port));
        System.out.println("start server");
        ObjectInputStream input =null;
        ObjectOutputStream output =null;
        Socket socket=null;
        try {
            while(true){
                socket = server.accept ();
                input =new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                String serviceName = input.readUTF();
                String methodName = input.readUTF();
                System.out.println (methodName);
                Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();
                Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();
                Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
                if (serviceClass == null) {
                    throw new ClassNotFoundException(serviceName + " not found");
                }
                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);
                output = new ObjectOutputStream (socket.getOutputStream());
                output.writeObject(result);
            }
        } catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (output != null) {
                try {
                    output.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (input != null) {
                try {
                    input.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (socket != null) {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

    }

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        new RpcServer ( 6666 ).register ( IHello.class,HelloServiceImpl.class).run ();
    }

}

启动服务端和客户端后运行结果如下

客户端代码简单讲解

  private  Class<T> serviceInterface;
     private InetSocketAddress addr;

     public RpcClientProxy(Class<T> serviceInterface, String ip,String port) {
         this.serviceInterface = serviceInterface;
         this.addr = new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt ( port ));
     }

     public T getClientIntance(){
         return (T) Proxy.newProxyInstance (serviceInterface.getClassLoader(),new Class<?>[]{serviceInterface},this);
     }

传入接口类和ip端口,调用getClientIntance方法时,对当前接口进行代理,实际调用方法为

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

         Socket socket = null;
         ObjectOutputStream output = null;
         ObjectInputStream input = null;

         try {
             // 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者
             socket = new Socket();
             socket.connect(addr);

             // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者
             output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
             output.writeUTF(serviceInterface.getName());
             output.writeUTF(method.getName());
             output.writeObject(method.getParameterTypes());
             output.writeObject(args);

             // 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回
             input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
             return input.readObject();
         } finally {
             if (socket != null) socket.close();
             if (output != null) output.close();
             if (input != null) input.close();
         }
     }

遵循下面步骤

1：创建socket，并和远程进行三次连接握手【socket.connect(addr)】。

2：封装socket输出流【ObjectOutputStream】。

3：输出类名称，方法名称，参数类型和参数值给server。

4：获取socket输入流，等待server返回结果。

服务端代码简单讲解

 public RpcServer(int port) {
         this.port =port;
     }

     public RpcServer register(Class serviceInterface, Class impl) {
         serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
         return this;
     }

初始化服务端，将服务类注册到hashMap【模拟spring上下文】

 public void run() throws IOException {

         ServerSocket server = new ServerSocket();
         server.bind(new InetSocketAddress (port));
         System.out.println("start server");
         ObjectInputStream input =null;
         ObjectOutputStream output =null;
         Socket socket=null;
         try {
             while(true){
                 socket = server.accept ();
                 input =new ObjectInputStream(socket.getInputStream());

                 String serviceName = input.readUTF();
                 String methodName = input.readUTF();
                 System.out.println (methodName);
                 Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();
                 Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();
                 Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
                 if (serviceClass == null) {
                     throw new ClassNotFoundException(serviceName + " not found");
                 }
                 Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
                 Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);
                 output = new ObjectOutputStream (socket.getOutputStream());
                 output.writeObject(result);
             }
         } catch (Exception e){
             e.printStackTrace();
         }finally {
             if (output != null) {
                 try {
                     output.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
             if (input != null) {
                 try {
                     input.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
             if (socket != null) {
                 try {
                     socket.close();
                 } catch (IOException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
             }
         }

     }

服务端执行做了以下几件事：

1：绑定端口，阻塞等待客户端调用【socket = server.accept ()】。

2：封装输入流【socket.getInputStream()】。

3：从输入流中获取到接口名，方法名，参数类型，参数值。

4：找到初始化时hashmap中的服务类。

5：反射获取服务实现类方法并根据请求参数进行服务调用。

6：封装输出流【ObjectOutputStream】，并且返回结果。

到目前为止，整个简单的socket实现的RPC服务就已经全部完成了，可以优化的部分。

1：序列化局限，原生序列化只能序列化实现了【Serializable】接口的服务类，并且序列化复杂对象时，内容庞大效率极低，需要高效的序列化协议进行序列化参数方法等必要请求入参

2：BIO性能局限，socket服务端采用默认的BIO来阻塞获取输入流，效率低下，需采用NIO等异步非阻塞服务端方案，例如netty,mina和java nio等。

3：在大型企业级RPC解决方案中，客户端和服务端的长连接需要一直保持，否则每次调用时都要重新进行三次握手和四次挥手，这样频繁的创建tcp连接对机器性能是极大的损耗，对socket的连接可以采用apache pool2连接池等方案

4：服务端负载，需要考虑服务自动发现，让客户端在不需要重启的情况下能动态感知服务端的变化，从而实现热部署等。可以采用办法定时自动轮询，zookeeper等。

5：服务端服务类执行异常，客户端感知等。

好了，相信看完本章内容对于rpc框架来说，大家已经将基础了解的差不多了，下面我将会给大家全面讲解基于zk，thrift，netty的企业级RPC解决方案