【网络协议】RPC、REST API深入理解及简单demo实现

一、RPC

RPC 即远程过程调用（Remote Procedure Call Protocol，简称RPC），像调用本地服务(方法)一样调用服务器的服务(方法)。通常的实现有 XML-RPC , JSON-RPC , 通信方式基本相同, 所不同的只是传输数据的格式.

RPC是分布式架构的核心，按响应方式分如下两种：

同步调用：客户端调用服务方方法，等待直到服务方返回结果或者超时，再继续自己的操作

异步调用：客户端把消息发送给中间件，不再等待服务端返回，直接继续自己的操作。

同步调用的实现方式有WebService和RMI。Web Service提供的服务是基于web容器的，底层使用http协议，因而适合不同语言异构系统间的调用。RMI实际上是Java语言的RPC实现，允许方法返回 Java 对象以及基本数据类型，适合用于JAVA语言构建的不同系统间的调用。

异步调用的JAVA实现版就是JMS(Java Message Service)，目前开源的的JMS中间件有Apache社区的ActiveMQ、Kafka消息中间件，另外有阿里的RocketMQ。

RPC架构里包含如下4个组件:

客户端(Client)：服务调用方
客户端存根(Client Stub)：存放服务端地址信息，将客户端的请求参数打包成网络消息，再通过网络发送给服务方
服务端存根(Server Stub)：接受客户端发送过来的消息并解包，再调用本地服务
服务端(Server)：真正的服务提供者。

具体实现步骤：

服务调用方（client）(客户端)以本地调用方式调用服务；
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；在Java里就是序列化的过程
client stub找到服务地址，并将消息通过网络发送到服务端；
server stub收到消息后进行解码,在Java里就是反序列化的过程；
server stub根据解码结果调用本地的服务；
本地服务执行处理逻辑；
本地服务将结果返回给server stub；
server stub将返回结果打包成消息，Java里的序列化；
server stub将打包后的消息通过网络并发送至消费方
client stub接收到消息，并进行解码, Java里的反序列化；
服务调用方（client）得到最终结果。

RPC框架的目标就是把2-10步封装起来，把调用、编码/解码的过程封装起来，让用户像调用本地服务一样的调用远程服务。要做到对客户端（调用方）透明化服务， RPC框架需要考虑解决如下问题：

通讯问题 : 主要是通过在客户端和服务器之间建立TCP连接，远程过程调用的所有交换的数据都在这个连接里传输。连接可以是按需连接，调用结束后就断掉，也可以是长连接，多个远程过程调用共享同一个连接。
寻址问题 ： A服务器上的应用怎么告诉底层的RPC框架，如何连接到B服务器（如主机或IP地址）以及特定的端口，方法的名称是什么，这样才能完成调用。比如基于Web服务协议栈的RPC，就要提供一个endpoint URI，或者是从UDDI服务上查找。如果是RMI调用的话，还需要一个RMI Registry来注册服务的地址。
序列化与反序列化 ：当A服务器上的应用发起远程过程调用时，方法的参数需要通过底层的网络协议如TCP传递到B服务器，由于网络协议是基于二进制的，内存中的参数的值要序列化成二进制的形式，也就是序列化（Serialize）或编组（marshal），通过寻址和传输将序列化的二进制发送给B服务器。同理，B服务器接收参数要将参数反序列化。B服务器应用调用自己的方法处理后返回的结果也要序列化给A服务器，A服务器接收也要经过反序列化的过程。

二、REST

REST即表述性状态传递（Representational State Transfer，简称REST），是一种软件架构风格。REST通过HTTP协议定义的通用动词方法(GET、PUT、DELETE、POST) ，以URI对网络资源进行唯一标识，响应端根据请求端的不同需求，通过无状态通信，对其请求的资源进行表述。

Rest架构的主要原则：

网络上的所有事物都被抽象为资源
每个资源都有一个唯一的资源标识符
同一个资源具有多种表现形式(xml,json等)
对资源的各种操作不会改变资源标识符
所有的操作都是无状态的

其中表述性状态，是指(在某个瞬间状态的)资源数据的快照，包括资源数据的内容、表述格式(XML、JSON)等信息。

其中无状态通信，是指服务端(响应端)不保存任何与特定HTTP请求相关的资源，应用状态必须由请求方在请求过程中提供。要求在网络通信过程中，任意一个Web请求必须与其他请求隔离，当请求端提出请求时，请求本身包含了响应端为响应这一请求所需的全部信息。

REST使用HTTP+URI+XML /JSON 的技术来实现其API要求的架构风格：HTTP协议和URI用于统一接口和定位资源，文本、二进制流、XML、JSON等格式用来作为资源的表述。

举例：

在Restful之前的操作：请求的地址对应具体的业务操作
http://127.0.0.1/user/query/1 GET 根据用户id查询用户数据
http://127.0.0.1/user/save POST 新增用户
http://127.0.0.1/user/update POST 修改用户信息
http://127.0.0.1/user/delete GET/POST 删除用户信息

RESTful用法： 请求类型决定操作
http://127.0.0.1/user/1 GET 根据用户id查询用户数据
http://127.0.0.1/user POST 新增用户
http://127.0.0.1/user PUT 修改用户信息
http://127.0.0.1/user DELETE 删除用户信息

RESTful风格的体现，在你使用了get请求，就是查询；使用post请求,就是新增的请求；使用put请求，就是修改的请求；使用delete请求，就是删除的请求。这样做就完全没有必要对crud做具体的描述。

满足REST约束条件和原则的架构，就被称为是RESTful架构。就像URL都是URI(统一资源标识)的表现形式一样，RESTful是符合REST原则的表现形式。

三、代码

代码：GitHub

3.1 RPC demo

要实现一个简单的 RPC（远程过程调用）框架，你可以遵循以下步骤：

定义服务接口：首先定义你的服务接口，这个接口定义了客户端可以调用的远程方法。这个接口通常包含服务的所有方法签名，并且必须继承 java.rmi.Remote 接口，并且每个方法都要声明 throws RemoteException。
实现服务接口：编写实现了服务接口的具体服务类。这个类负责实现服务接口中的方法逻辑，并且承载了客户端请求的处理。
启动 RMI 注册表：在服务端，启动 RMI 注册表，以便客户端能够找到服务。可以使用java.rmi.registry.LocateRegistry类的静态方法来获取或创建 RMI 注册表。
注册远程对象：在启动 RMI 注册表后，将实现了服务接口的远程对象绑定到注册表上，以便客户端能够查找和调用。
编写客户端代码：在客户端编写代码，获取远程对象的引用，并调用远程方法。

以下是一个简单的示例，演示了如何使用 Java RMI 实现一个简单的 RPC 框架。

服务接口：CalculatorService.java

import java.rmi.Remote;
import java.rmi.RemoteException;

public interface CalculatorService extends Remote {
    int add(int a, int b) throws RemoteException;
}

服务实现：CalculatorServiceImpl.java

import java.rmi.RemoteException;
import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;

public class CalculatorServiceImpl extends UnicastRemoteObject implements CalculatorService {

    protected CalculatorServiceImpl() throws RemoteException {
        super();
    }

    @Override
    public int add(int a, int b) throws RemoteException {
        return a + b;
    }
}

服务端：CalculatorServer.java

import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.registry.Registry;

public class CalculatorServer {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            CalculatorService calculatorService = new CalculatorServiceImpl();
            Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(8081);
            registry.rebind("CalculatorService", calculatorService);
            System.out.println("服务器运行中...");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

客户端：CalculatorClient.java

import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.registry.Registry;

public class CalculatorClient {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Registry registry = LocateRegistry.getRegistry("localhost", 8081);
            CalculatorService calculatorService = (CalculatorService) registry.lookup("CalculatorService");

            int result = calculatorService.add(10, 5);
            System.out.println("Result of addition: " + result);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

在这里插入图片描述

3.2 Rest API demo

CalculatorController

@RestController
class CalculatorController {

    @GetMapping("/add")
    public int add(@RequestParam int a, @RequestParam int b) {
        return a + b;
    }
}

CalculatorClient

public class CalculatorClient {
    public static void main(String[] args) {
        RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();

        String url = "http://localhost:8081/add?a=10&b=5";
        int result = restTemplate.getForObject(url, Integer.class);

        System.out.println("Result of addition: " + result);
    }
}