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  • RPC

    本地过程调用

    RPC就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。在研究RPC前,我们先看看本地调用是怎么调的。假设我们要调用函数Multiply来计算lvalue * rvalue的结果:

    1 int Multiply(int l, int r) {
    2     int y = l * r;
    3     return y;
    4 }
    5  
    6 int lvalue = 10;
    7 int rvalue = 20;
    8 int l_times_r = Multiply(lvalue, rvalue);

    那么在第8行时,我们实际上执行了以下操作:

    1. 将 lvalue 和 rvalue 的值压栈
    2. 进入Multiply函数,取出栈中的值10 和 20,将其赋予 l 和 r
    3. 执行第2行代码,计算 l * r ,并将结果存在 y
    4. 将 y 的值压栈,然后从Multiply返回
    5. 第8行,从栈中取出返回值 200 ,并赋值给 l_times_r

    以上5步就是执行本地调用的过程。

    远程过程调用带来的新问题

    在远程调用时,我们需要执行的函数体是在远程的机器上的,也就是说,Multiply是在另一个进程中执行的。这就带来了几个新问题:

    1. Call ID映射。我们怎么告诉远程机器我们要调用Multiply,而不是Add或者FooBar呢?在本地调用中,函数体是直接通过函数指针来指定的,我们调用Multiply,编译器就自动帮我们调用它相应的函数指针。但是在远程调用中,函数指针是不行的,因为两个进程的地址空间是完全不一样的。所以,在RPC中,所有的函数都必须有自己的一个ID。这个ID在所有进程中都是唯一确定的。客户端在做远程过程调用时,必须附上这个ID。然后我们还需要在客户端和服务端分别维护一个 {函数 <--> Call ID} 的对应表。两者的表不一定需要完全相同,但相同的函数对应的Call ID必须相同。当客户端需要进行远程调用时,它就查一下这个表,找出相应的Call ID,然后把它传给服务端,服务端也通过查表,来确定客户端需要调用的函数,然后执行相应函数的代码。
    2. 序列化和反序列化。客户端怎么把参数值传给远程的函数呢?在本地调用中,我们只需要把参数压到栈里,然后让函数自己去栈里读就行。但是在远程过程调用时,客户端跟服务端是不同的进程,不能通过内存来传递参数。甚至有时候客户端和服务端使用的都不是同一种语言(比如服务端用C++,客户端用Java或者Python)。这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流,传给服务端后,再把字节流转成自己能读取的格式。这个过程叫序列化和反序列化。同理,从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。
    3. 网络传输。远程调用往往用在网络上,客户端和服务端是通过网络连接的。所有的数据都需要通过网络传输,因此就需要有一个网络传输层。网络传输层需要把Call ID和序列化后的参数字节流传给服务端,然后再把序列化后的调用结果传回客户端。只要能完成这两者的,都可以作为传输层使用。因此,它所使用的协议其实是不限的,能完成传输就行。尽管大部分RPC框架都使用TCP协议,但其实UDP也可以,而gRPC干脆就用了HTTP2。Java的Netty也属于这层的东西。

    所以,要实现一个RPC框架,其实只需要把以上三点实现了就基本完成了。

    Call ID映射可以直接使用函数字符串,也可以使用整数ID。映射表一般就是一个哈希表。

    序列化反序列化可以自己写,也可以使用Protobuf或者FlatBuffers之类的。

    网络传输库可以自己写socket,或者用asio,ZeroMQ,Netty之类。

    ========================================================================================================================================

    根据字面意思来推断,RPC 的确是为了进程间通信而准备的,但构造成函数调用这一形式,是因为这是在抽象上最合理的。

    我们可以推断演进一下
    ====
    1. A B 两个进程之间需要进行数据交换。
    2.于是我们想出来在某个内存区域划出一个空间,然后向该空间中写入和读取数据。(共享文件也可以)(常见的socket就是这一共享内存的抽象,只是现在大多指网络通路)
    3.A B 通信完成。
    ====
    4.A B需要完成更复杂的交互
    5.于是我们指定一个协议,A B 根据该协议对数据的进行编码解码,根据协议内容做出决策。
    ====
    6.发现协议过于复杂(比如 编号1代表调用 a函数,编号2代表b函数)
    7.试图优化协议,将函数参数和调用的函数名称作为协议的一部分,函数返回值类似
    8.RPC达成
    =====
    9.表现出来的特性就是,object invok(parameter),就代表了,序列化 parameter 对象到中间格式,利用远程服务器的 invok 函数进行处理 ,同时将返回的数据解码生成 object对象。

    ======总结=====

    RPC 在整个过程中,体现了逐层抽象,将复杂的协议编解码和数据传输封装到了一个函数中。

    ======缺点=====
    单一 RPC 无法实现 push,即推送服务。
    理由是,RPC 是client 调用 server获取数据,是一个完整的过程,实现不了server调用client。
    解决方案:让client 既可以调用server上的RPC服务,反之client本身也成为一个RPC服务让Server来调用。

    Netty和RPC
    1. Netty只是网络通信框架,目的是让你用最少的代码构建出足够支撑网络通信的功能。

    2.完成RPC 需要两个协议: 对象序列化协议 和 调用控制协议

    常见例子举例:

    1.zeroC ICE,拥有自己的网络通信框架 + ICE 调用控制协议和对象序列化协议,同时也涵盖了服务组件的抽象部署等功能。

    2.thrift,有自己的网络通信框架+thrift 对象序列化协议+thrift 调用控制协议

    3.probuff,只是 对象序列化协议

    4.XMLRPC ,jsonRPC,常见的语境是利用HTTP协议作为调用控制协议,XML 和 JSON 作为对象序列化之后的格式。

    5.其他的大概也差不多了。
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