RPC 源码解析~Apache Dubbo

解析 RPC（远程过程调用）的源码可以帮助你深入理解其工作原理和实现细节。为了更好地进行源码解析，我们选择一个流行的 RPC 框架——Apache Dubbo 作为示例。Dubbo 是一个高性能、轻量级的开源 Java RPC 框架，广泛应用于企业级应用中。

Dubbo的优劣势

优势

  1. 高性能:

    • Dubbo 使用 Netty 作为底层通信框架，支持高并发场景下的高效通信。
    • 支持多种序列化方式（如 Hessian2, Kryo, FST 等），可以根据需要选择最合适的序列化方案以提升性能。

  2. 丰富的功能:

    • 提供多种负载均衡策略（如 RandomLoadBalance, RoundRobinLoadBalance 等）。
    • 内置了服务降级、熔断和限流机制，增强了系统的健壮性。
    • 支持多协议（如 Dubbo 协议, HTTP 协议等），灵活适应不同的应用场景。

  3. 良好的生态系统:

    • 拥有成熟的社区支持和丰富的文档资源。
    • 可与 Spring Boot 和 Spring Cloud 等主流框架无缝集成，简化开发流程。

  4. 细粒度控制:

    • 提供详细的配置选项，允许开发者对每个服务进行精细化管理。
    • 支持服务分组、版本控制等功能，便于维护和升级。

  5. 强大的监控能力:

    • 内置了监控中心，可以实时查看服务的调用情况和性能指标。
    • 支持与其他监控系统（如 Prometheus, Grafana）集成，实现全面的监控解决方案。
劣势

  1. 依赖复杂:

    • Dubbo 依赖较多，引入时可能需要额外配置多个组件（如注册中心、序列化库等）。
    • 学习曲线相对陡峭，初学者需要一定时间掌握其复杂的配置和使用方法。

  2. 扩展性有限:

    • 尽管 Dubbo 提供了插件机制，但相对于一些现代微服务框架（如 Spring Cloud），其扩展性和灵活性稍显不足。
    • 对于某些特定需求，可能需要自行开发插件或中间件来满足。

  3. 生态整合难度:

    • 虽然可以与 Spring Boot 和 Spring Cloud 集成，但在某些高级特性上可能存在兼容性问题。
    • 相比 Spring Cloud 生态更为丰富和成熟，Dubbo 的第三方组件和支持程度略逊一筹。

  4. 社区活跃度:

    • 虽然 Dubbo 社区活跃，但由于近年来 Spring Cloud 的崛起，部分开发者更倾向于使用后者。
    • 新的功能更新速度相对较慢，不如 Spring Cloud 快速迭代。

解析目标

我们将逐步解析 Dubbo 的核心组件和流程，包括但不限于以下部分：

  1. 服务注册与发现：如何将服务注册到注册中心，并从注册中心发现可用的服务。
  2. 代理机制：客户端和服务端如何通过动态代理来透明地进行远程调用。
  3. 序列化：数据在网络传输过程中如何被序列化和反序列化。
  4. 负载均衡：客户端如何根据不同的策略选择合适的服务提供者。
  5. 通信协议：底层网络通信是如何实现的，包括 Netty 等网络框架的应用。

准备工作

在开始解析之前，请确保你已经具备以下条件：

  1. Java 开发环境：安装 JDK 8 或更高版本。
  2. Git 工具：用于克隆 Dubbo 源码仓库。
  3. IDE：推荐使用 IntelliJ IDEA 或 Eclipse。
  4. Maven：用于构建和管理依赖。

克隆 Dubbo 源码

首先，克隆 Dubbo 的 GitHub 仓库到本地：

bash

git clone https://github.com/apache/dubbo.git
cd dubbo

构建 Dubbo 源码

使用 Maven 构建 Dubbo 源码：

bash

mvn clean install -DskipTests=true

核心组件解析

1. 服务注册与发现

Dubbo 使用 ZooKeeper 作为默认的注册中心。以下是服务注册和发现的核心流程。

服务注册

当服务提供者启动时，会将其元数据注册到注册中心。主要涉及 RegistryProtocol 和 ZookeeperRegistry 类。

  • RegistryProtocol: 负责处理服务注册和订阅逻辑。
  • ZookeeperRegistry: 实现了具体的注册中心操作，如连接 ZooKeeper 并执行注册。

关键代码位置:

  • dubbo-rpc/dubbo-rpc-api/src/main/java/org/apache/dubbo/rpc/protocol/RegistryProtocol.java
  • dubbo-registry/dubbo-registry-zookeeper/src/main/java/org/apache/dubbo/registry/zookeeper/ZookeeperRegistry.java

核心方法:

  • export(Invoker<T> invoker): 导出服务并注册到注册中心。
  • doRegister(URL url): 执行实际的注册操作。

示例代码:

java

@Override
public <T> Exporter<T> export(final Invoker<T> originInvoker) throws RpcException {
    URL registryUrl = getRegistryUrl(originInvoker);
    // 创建注册器实例
    Registry registry = getRegistry(registryUrl);
    final URL providerUrl = getProviderUrl(originInvoker, registryUrl);

    // 向注册中心注册服务
    final URL registeredProviderUrl = getRegisteredProviderUrl(providerUrl, registryUrl);
    ProviderModel providerModel = new ProviderModel(providerUrl.getServiceKey(), originInvoker, providerUrl);
    ApplicationModel.registerProvider(providerModel);

    registry.register(registeredProviderUrl);

    // 订阅 override 数据
    registry.subscribe(getSubscribedOverrideUrl(providerUrl), event -> {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Notify urls for subscribe url " + event.getUrl() + ", urls: " + event.getUrls());
        }
        Map<String, String> notifiedUrls = new HashMap<>();
        if (CollectionUtils.isNotEmpty(event.getUrls())) {
            event.getUrls().forEach(url -> notifiedUrls.put(url.getServiceKey(), url.toFullString()));
        }

        refreshOverrideAndInvoker(providerUrl, notifiedUrls);
    });

    exporterMapLock.lock();
    try {
        ExporterChangeableWrapper<T> exporter = new ExporterChangeableWrapper<>(originInvoker, null);
        exporters.put(originInvoker, exporter);
        return exporter;
    } finally {
        exporterMapLock.unlock();
    }
}
服务发现

当服务消费者启动时，会从注册中心订阅服务提供者的地址列表。主要涉及 RegistryProtocol 和 ZookeeperRegistry 类。

  • RegistryProtocol: 处理订阅逻辑，并生成服务代理。
  • ZookeeperRegistry: 监听注册中心的变化，并通知消费者。

关键代码位置:

  • dubbo-rpc/dubbo-rpc-api/src/main/java/org/apache/dubbo/rpc/protocol/RegistryProtocol.java
  • dubbo-registry/dubbo-registry-zookeeper/src/main/java/org/apache/dubbo/registry/zookeeper/ZookeeperRegistry.java

核心方法:

  • refer(Class<T> type, URL url): 引用远程服务并创建代理对象。
  • doSubscribe(URL url, NotifyListener listener): 执行实际的订阅操作。

示例代码:

java

@Override
@SuppressWarnings({"unchecked", "rawtypes"})
public <T> Invoker<T> refer(Class<T> type, URL url) throws RpcException {
    URL subscribeUrl = new URL(Constants.CONSUMER_PROTOCOL, mapLocalHost(url.getParameter(Constants.REGISTER_IP_KEY, NetUtils.getLocalHost())), 0,
            type.getName(), url.getParameters());

    // 设置检查是否延迟暴露
    if (!Constants.YES_VALUE.equals(url.getParameter(Constants.LAZY_CONNECT_KEY))) {
        checkWhetherMetadataCenterExist(subscribeUrl);
        List<URL> urls = registryCache.get(subscribeUrl);
        if (urls != null && !urls.isEmpty()) {
            // 如果存在直接返回
            StaticDirectory<T> directory = new StaticDirectory<>(subscribeUrl, toInvokers(urls));
            doRefer(subscribeUrl, directory);
            return cluster.join(directory);
        }
    }

    // 创建动态目录
    DynamicDirectory<T> directory = new DynamicDirectory<>(subscribeUrl, registry, directoryFactory, false);
    directory.buildRouterChain(subscribeUrl);
    directory.setConsumerUrl(subscribeUrl);
    directoryList.add(directory);
    registry.subscribe(subscribeUrl, new CacheListener(directory, url));

    // 创建集群
    Invoker<T> clusterInvoker = cluster.join(directory);
    providersModel.setClusterInvoker(clusterInvoker);
    return clusterInvoker;
}
2. 代理机制

Dubbo 使用动态代理来简化远程调用的过程。主要涉及 ProxyFactory 和 JavassistProxyFactory 类。

  • ProxyFactory: 定义了代理工厂接口。
  • JavassistProxyFactory: 实现了具体的代理创建逻辑。

关键代码位置:

  • dubbo-common/src/main/java/org/apache/dubbo/common/proxy/ProxyFactory.java
  • dubbo-proxy/dubbo-proxy-javassist/src/main/java/org/apache/dubbo/common/proxy/javassist/JavassistProxyFactory.java

核心方法:

  • getProxy(Invoker<?> invoker): 获取服务代理对象。
  • getInvoker(T proxy, Class<T> type, URL url): 将代理对象转换为 Invoker。

示例代码:

java

@Override
public <T> T getProxy(Invoker<T> invoker, Class<?>[] interfaces) {
    return (T) Proxy.getProxy(interfaces).newInstance(new InvokerInvocationHandler(invoker));
}

@Override
public <T> Invoker<T> getInvoker(T proxy, Class<T> type, URL url) {
    // TODO Wrapper cannot handle this scenario at this moment.
    throw new UnsupportedOperationException("Not supported.");
}
3. 序列化

Dubbo 支持多种序列化方式，如 Hessian2, Kryo, FST 等。主要涉及 Serialization 和具体序列化类。

  • Serialization: 定义了序列化接口。
  • Hessian2Serialization: 实现了 Hessian2 序列化的具体逻辑。

关键代码位置:

  • dubbo-common/src/main/java/org/apache/dubbo/common/serialize/Serialization.java
  • dubbo-serialization/dubbo-serialization-hessian2/src/main/java/org/apache/dubbo/common/serialize/hessian2/Hessian2Serialization.java

核心方法:

  • serialize(URL url, OutputStream output): 返回序列化对象。
  • deserialize(URL url, InputStream input): 返回反序列化对象。

示例代码:

java

@Override
public ObjectOutput serialize(URL url, OutputStream out) throws IOException {
    Hessian2ObjectOutputStream hessian2os = new Hessian2ObjectOutputStream(out);
    com.caucho.hessian.io.SerializerFactory serializerFactory = getSerializerFactory(url);
    if (serializerFactory != null) {
        hessian2os.setSerializerFactory(serializerFactory);
    }
    return new CompatibleObjectOutput(hessian2os);
}

@Override
public ObjectInput deserialize(URL url, InputStream is) throws IOException {
    Hessian2ObjectInputStream hessian2is = new Hessian2ObjectInputStream(is);
    com.caucho.hessian.io.DeserializerFactory deserializerFactory = getDeserializerFactory(url);
    if (deserializerFactory != null) {
        hessian2is.setDeserializerFactory(deserializerFactory);
    }
    return new CompatibleObjectInput(hessian2is);
}
4. 负载均衡

Dubbo 提供多种负载均衡策略，如 RandomLoadBalance, RoundRobinLoadBalance 等。主要涉及 LoadBalance 和具体策略类。

  • LoadBalance: 定义了负载均衡接口。
  • RandomLoadBalance: 实现了随机负载均衡的具体逻辑。

关键代码位置:

  • dubbo-cluster/src/main/java/org/apache/dubbo/rpc/loadbalance/LoadBalance.java
  • dubbo-cluster/src/main/java/org/apache/dubbo/rpc/loadbalance/RandomLoadBalance.java

核心方法:

  • select(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation): 选择合适的 Invoker。

示例代码:

java

@Override
protected <T> Invoker<T> doSelect(List<Invoker<T>> invokers, URL url, Invocation invocation) {
    int length = invokers.size(); // Number of providers
    int totalWeight = 0; // The sum of weights
    boolean sameWeight = true; // Every provider has the same weight?
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        int weight = getWeight(invokers.get(i), invocation);
        totalWeight += weight; // Sum
        if (sameWeight && i > 0 && weight != getWeight(invokers.get(i - 1), invocation)) {
            sameWeight = false;
        }
    }
    if (totalWeight > 0 && !sameWeight) {
        // If (not every provider has the same weight & at least one provider's weight>0), select randomly based on totalWeight.
        int offset = ThreadLocalRandom.current().nextInt(totalWeight);
        // Return a invoker based on the random value.
        for (int i = 0; i < length; i++) {
            Invoker<T> invoker = invokers.get(i);
            offset -= getWeight(invoker, invocation);
            if (offset < 0) {
                return invoker;
            }
        }
    }
    // If all providers have the same weight value or totalWeight=0, return evenly.
    return invokers.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(length));
}
5. 通信协议

Dubbo 支持多种通信协议，如 Dubbo 协议, HTTP 协议等。主要涉及 Transporter 和具体协议类。

  • Transporter: 定义了通信接口。
  • NettyTransporter: 实现了基于 Netty 的通信逻辑。

关键代码位置:

  • dubbo-remoting/dubbo-remoting-api/src/main/java/org/apache/dubbo/remoting/Transporter.java
  • dubbo-remoting/dubbo-remoting-netty4/src/main/java/org/apache/dubbo/remoting/transport/netty4/NettyTransporter.java

核心方法:

  • bind(URL url, ChannelHandler handler): 绑定服务器端口。
  • connect(URL url, ChannelHandler handler): 连接到服务器。

示例代码:

@Override
public Server bind(URL url, ChannelHandler handler) throws RemotingException {
    return new NettyServer(url, handler);
}

@Override
public Client connect(URL url, ChannelHandler handler) throws RemotingException {
    return new NettyClient(url, wrapChannelHandler(url, handler));
}

示例项目

为了更好地理解上述解析内容，我们可以创建一个简单的 Dubbo 示例项目，包含服务提供者和消费者。

1. 创建服务接口

定义一个简单的服务接口：

UserApi.java:

java

package com.example.dubbo.service;

public interface UserApi {
    String sayHello(String name);
}
2. 实现服务提供者

实现服务接口并启动服务提供者：

UserServiceImpl.java:

java

package com.example.dubbo.provider;

import com.example.dubbo.service.UserApi;
import org.apache.dubbo.config.annotation.DubboService;

@DubboService(version = "1.0.0")
public class UserServiceImpl implements UserApi {
    @Override
    public String sayHello(String name) {
        return "Hello, " + name;
    }
}

ProviderApplication.java:

java

package com.example.dubbo.provider;

import org.apache.dubbo.config.spring.context.annotation.EnableDubbo;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
@EnableDubbo(scanBasePackages = "com.example.dubbo.provider")
public class ProviderApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ProviderApplication.class, args);
    }
}

application.properties:

# Dubbo Application Info
dubbo.application.name=user-provider
dubbo.registry.address=zookeeper://localhost:2181
dubbo.protocol.name=dubbo
dubbo.protocol.port=20880
3. 实现服务消费者

创建服务消费者并调用远程服务：

ConsumerApplication.java:

java

package com.example.dubbo.consumer;

import com.example.dubbo.service.UserApi;
import org.apache.dubbo.config.annotation.DubboReference;
import org.springframework.boot.CommandLineRunner;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class ConsumerApplication implements CommandLineRunner {

    @DubboReference(version = "1.0.0")
    private UserApi userApi;

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ConsumerApplication.class, args);
    }

    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        String result = userApi.sayHello("World");
        System.out.println(result); // Output: Hello, World
    }
}

application.properties:

# Dubbo Application Info
dubbo.application.name=user-consumer
dubbo.registry.address=zookeeper://localhost:2181

运行示例

  1. 启动 ZooKeeper: 确保 ZooKeeper 服务正在运行。如果没有安装，可以从 ZooKeeper 官网 下载并按照官方文档进行安装和启动。

  2. 启动服务提供者

bash

cd provider
mvn spring-boot:run

3.启动服务消费者

bash

cd consumer
mvn spring-boot:run

总结

通过对 Dubbo 源码的解析，我们深入了解了 RPC 框架的关键组成部分和工作原理，包括服务注册与发现、代理机制、序列化、负载均衡和通信协议。此外，我们还创建了一个简单的示例项目，展示了如何使用 Dubbo 进行服务开发和部署。

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