Netty RPC 实现（二）

Netty RPC 实现

概念

RPC，即 Remote Procedure Call（远程过程调用），调用远程计算机上的服务，就像调用本地服务一样。RPC 可以很好的解耦系统，如 WebService 就是一种基于 Http 协议的 RPC。这个 RPC 整体框架如下：

在这里插入图片描述

关键技术

  1. 服务发布与订阅：服务端使用 Zookeeper 注册服务地址，客户端从 Zookeeper 获取可用的服务地址。

  2. 通信：使用 Netty 作为通信框架。

  3. Spring：使用 Spring 配置服务，加载 Bean，扫描注解。

  4. 动态代理：客户端使用代理模式透明化服务调用。

  5. 消息编解码：使用 Protostuff 序列化和反序列化消息。

核心流程

  1. 服务消费方（client）调用以本地调用方式调用服务；

  2. client stub 接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体；

  3. client stub 找到服务地址，并将消息发送到服务端；

  4. server stub 收到消息后进行解码；

  5. server stub 根据解码结果调用本地的服务；

  6. 本地服务执行并将结果返回给 server stub；

  7. server stub 将返回结果打包成消息并发送至消费方；

  8. client stub 接收到消息，并进行解码；

  9. 服务消费方得到最终结果。

RPC 的目标就是要 2~8 这些步骤都封装起来，让用户对这些细节透明。JAVA 一般使用动态代理方式实现远程调用。

在这里插入图片描述

消息编解码

息数据结构（接口名称+方法名+参数类型和参数值+超时时间+ requestID）

客户端的请求消息结构一般需要包括以下内容：

  1. 接口名称：在我们的例子里接口名是“HelloWorldService”，如果不传，服务端就不知道调用哪个接口了；

  2. 方法名：一个接口内可能有很多方法，如果不传方法名服务端也就不知道调用哪个方法；

  3. 参数类型和参数值：参数类型有很多，比如有 bool、int、long、double、string、map、list，甚至如 struct（class）；以及相应的参数值；

  4. 超时时间：

  5. requestID，标识唯一请求 id，在下面一节会详细描述 requestID 的用处。

  6. 服务端返回的消息 ： 一般包括以下内容。返回值+状态 code+requestID

序列化

目前互联网公司广泛使用 Protobuf、Thrift、Avro 等成熟的序列化解决方案来搭建 RPC 框架，这些都是久经考验的解决方案。

通讯过程

核心问题(线程暂停、消息乱序)

如果使用 netty 的话，一般会用 channel.writeAndFlush()方法来发送消息二进制串，这个方法调用后对于整个远程调用(从发出请求到接收到结果)来说是一个异步的，即对于当前线程来说，将请求发送出来后，线程就可以往后执行了，至于服务端的结果，是服务端处理完成后，再以消息的形式发送给客户端的。于是这里出现以下两个问题：

  1. 怎么让当前线程“暂停”，等结果回来后，再向后执行？
  2. 如果有多个线程同时进行远程方法调用，这时建立在 client server 之间的 socket 连接上会有很多双方发送的消息传递，前后顺序也可能是随机的，server 处理完结果后，将结果消息发送给 client，client 收到很多消息，怎么知道哪个消息结果是原先哪个线程调用的？如下图所示，线程 A 和线程 B 同时向 client socket 发送请求 requestA 和 requestB，socket 先后将 requestB 和 requestA 发送至 server，而 server 可能将 responseB 先返回，尽管 requestB 请求到达时间更晚。我们需要一种机制保证 responseA 丢给ThreadA，responseB 丢给 ThreadB。

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通讯流程

requestID 生成-AtomicLong

  1. client 线程每次通过 socket 调用一次远程接口前，生成一个唯一的 ID，即 requestID（requestID 必需保证在一个 Socket 连接里面是唯一的），一般常常使用 AtomicLong从 0 开始累计数字生成唯一 ID；

存放回调对象 callback 到全局 ConcurrentHashMap

  1. 将处理结果的回调对象 callback ，存放到全局 ConcurrentHashMap 里 面put(requestID, callback)；

synchronized 获取回调对象 callback 的锁并自旋 wait

  1. 当线程调用 channel.writeAndFlush()发送消息后，紧接着执行 callback 的 get()方法试图获取远程返回的结果。在 get()内部，则使用 synchronized 获取回调对象 callback 的锁，再先检测是否已经获取到结果，如果没有，然后调用 callback 的 wait()方法，释放

callback 上的锁，让当前线程处于等待状态。

监听消息的线程收到消息，找到 callback 上的锁并唤醒

  1. 服务端接收到请求并处理后，将 response 结果（此结果中包含了前面的 requestID）发送给客户端，客户端 socket 连接上专门监听消息的线程收到消息，分析结果，取到requestID ，再从前面的 ConcurrentHashMap 里 面 get(requestID) ，从而找到callback 对象，再用 synchronized 获取 callback 上的锁，将方法调用结果设置到callback 对象里，再调用 callback.notifyAll()唤醒前面处于等待状态的线程。
public Object get() {

        synchronized (this) { // 旋锁

            while (true) { // 是否有结果了

                If （!isDone）{

                    wait(); //没结果释放锁，让当前线程处于等待状态

                }else{//获取数据并处理

                }

            }

        }

    }

    private void setDone(Response res) {

        this.res = res;

        isDone = true;

        synchronized (this) { //获取锁，因为前面 wait()已经释放了 callback 的锁了

            notifyAll(); // 唤醒处于等待的线程

        }

    }
RMI 实现方式

Java 远程方法调用，即 Java RMI（Java Remote Method Invocation）是 Java 编程语言里，一种用于实现远程过程调用的应用程序编程接口。它使客户机上运行的程序可以调用远程服务器上的对象。远程方法调用特性使 Java 编程人员能够在网络环境中分布操作。RMI 全部的宗旨就是尽可能简化远程接口对象的使用。

实现步骤

  1. 编写远程服务接口，该接口必须继承 java.rmi.Remote 接口，方法必须抛出java.rmi.RemoteException 异常；

  2. 编写远程接口实现类，该实现类必须继承 java.rmi.server.UnicastRemoteObject 类；

  3. 运行 RMI 编译器（rmic），创建客户端 stub 类和服务端 skeleton 类;

  4. 启动一个 RMI 注册表，以便驻留这些服务;

  5. 在 RMI 注册表中注册服务；

  6. 客户端查找远程对象，并调用远程方法；

1：创建远程接口，继承 java.rmi.Remote 接口
public interface GreetService extends java.rmi.Remote {
 	String sayHello(String name) throws RemoteException;
}

2：实现远程接口，继承 java.rmi.server.UnicastRemoteObject 类
public class GreetServiceImpl extends java.rmi.server.UnicastRemoteObject implements GreetService {
 	private static final long serialVersionUID = 3434060152387200042L;
	 public GreetServiceImpl() throws RemoteException {
		 super();
 	}

 @Override
 public String sayHello(String name) throws RemoteException {
	 return "Hello " + name;
 }
}

  3：生成 Stub 和 Skeleton;
	4：执行 rmiregistry 命令注册服务
	5：启动服务
LocateRegistry.createRegistry(1098);
Naming.bind("rmi://10.108.1.138:1098/GreetService", new GreetServiceImpl());

6.客户端调用
GreetService greetService = (GreetService) 
Naming.lookup("rmi://10.108.1.138:1098/GreetService");
System.out.println(greetService.sayHello("Jobs"));
Protoclol Buffer

protocol buffer 是 google 的一个开源项目,它是用于结构化数据串行化的灵活、高效、自动的方法，例如 XML，不过它比 xml 更小、更快、也更简单。你可以定义自己的数据结构，然后使用代码生成器生成的代码来读写这个数据结构。你甚至可以在无需重新部署程序的情况下更新数据结构。

特点

在这里插入图片描述

Protocol Buffer 的序列化 & 反序列化简单 & 速度快的原因是：

  1. 编码 / 解码 方式简单（只需要简单的数学运算 = 位移等等）
  2. 采用 Protocol Buffer 自身的框架代码 和 编译器 共同完成

Protocol Buffer 的数据压缩效果好（即序列化后的数据量体积小）的原因是：

  1. a. 采用了独特的编码方式，如 Varint、Zigzag 编码方式等等
  2. b. 采用 T - L - V 的数据存储方式：减少了分隔符的使用 & 数据存储得紧凑
Thrift

Apache Thrift 是 Facebook 实现的一种高效的、支持多种编程语言的远程服务调用的框架。本文将从Java 开发人员角度详细介绍 Apache Thrift 的架构、开发和部署，并且针对不同的传输协议和服务类型给出相应的 Java 实例，同时详细介绍 Thrift 异步客户端的实现，最后提出使用 Thrift 需要注意的事项。

目前流行的服务调用方式有很多种，例如基于 SOAP 消息格式的 Web Service，基于 JSON 消息格式的 RESTful 服务等。其中所用到的数据传输方式包括 XML，JSON 等，然而 XML 相对体积太大，传输效率低，JSON 体积较小，新颖，但还不够完善。本文将介绍由 Facebook 开发的远程服务调用框架Apache Thrift，它采用接口描述语言定义并创建服务，支持可扩展的跨语言服务开发，所包含的代码生成引擎可以在多种语言中，如 C++, Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C#, Cocoa, Smalltalk 等创建高效的、无缝的服务，其传输数据采用二进制格式，相对 XML 和 JSON 体积更小，对于高并发、大数据量和多语言的环境更有优势。本文将详细介绍 Thrift 的使用，并且提供丰富的实例代码加以解释说明，帮助使用者快速构建服务。

为什么要 Thrift：

1、多语言开发的需要 2、性能问题

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