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  • 什么是RPC?

    什么是RPC?

     

    1. 基本的RPC模型

    主要介绍RPC是什么,基本的RPC代码,RPC与REST的区别,gRPC的使用

    1.1 基本概念

    • RPC(Remote Procedure Call)远程过程调用,简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务
    • 本地过程调用:如果需要将本地student对象的age+1,可以实现一个addAge()方法,将student对象传入,对年龄进行更新之后返回即可,本地方法调用的函数体通过函数指针来指定。
    • 远程过程调用:上述操作的过程中,如果addAge()这个方法在服务端,执行函数的函数体在远程机器上,如何告诉机器需要调用这个方法呢?
    1. 首先客户端需要告诉服务器,需要调用的函数,这里函数和进程ID存在一个映射,客户端远程调用时,需要查一下函数,找到对应的ID,然后执行函数的代码。
    2. 客户端需要把本地参数传给远程函数,本地调用的过程中,直接压栈即可,但是在远程调用过程中不再同一个内存里,无法直接传递函数的参数,因此需要客户端把参数转换成字节流,传给服务端,然后服务端将字节流转换成自身能读取的格式,是一个序列化和反序列化的过程。
      3.数据准备好了之后,如何进行传输?网络传输层需要把调用的ID和序列化后的参数传给服务端,然后把计算好的结果序列化传给客户端,因此TCP层即可完成上述过程,gRPC中采用的是HTTP2协议。
      总结一下上述过程:
    // Client端 
    //    Student student = Call(ServerAddr, addAge, student)
    1. 将这个调用映射为Call ID。
    2. 将Call ID,student(params)序列化,以二进制形式打包
    3. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr,这需要使用网络传输层
    4. 等待服务器返回结果
    5. 如果服务器调用成功,那么就将结果反序列化,并赋给student,年龄更新
    
    // Server端
    1. 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map,可以用Map<String, Method> callIdMap
    2. 等待客户端请求
    3. 得到一个请求后,将其数据包反序列化,得到Call ID
    4. 通过在callIdMap中查找,得到相应的函数指针
    5. 将student(params)反序列化后,在本地调用addAge()函数,得到结果
    6. 将student结果序列化后通过网络返回给Client
    
     
    • 在微服务的设计中,一个服务A如果访问另一个Module下的服务B,可以采用HTTP REST传输数据,并在两个服务之间进行序列化和反序列化操作,服务B把执行结果返回过来。


       
    • 由于HTTP在应用层中完成,整个通信的代价较高,远程过程调用中直接基于TCP进行远程调用,数据传输在传输层TCP层完成,更适合对效率要求比较高的场景,RPC主要依赖于客户端和服务端之间建立Socket链接进行,底层实现比REST更复杂。

    1.2 rpc demo

     
    系统类图
     
    系统调用过程

    客户端:

    public class RPCClient<T> {
        public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {
            // 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理,在动态代理中实现接口的远程调用
            return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},
                    new InvocationHandler() {
                        @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();
                                }
                            }
                        }
                    });
        }
    }
    

    服务端:

    public class ServiceCenter implements Server {
    
        private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    
        private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();
    
        private static boolean isRunning = false;
    
        private static int port;
    
    
        public ServiceCenter(int port){
            ServiceCenter.port = port;
        }
    
    
        @Override
        public void start() throws IOException {
            ServerSocket server = new ServerSocket();
            server.bind(new InetSocketAddress(port));
            System.out.println("Server Start .....");
            try{
                while(true){
                    executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));
                }
            }finally {
                server.close();
            }
        }
    
        @Override
        public void register(Class serviceInterface, Class impl) {
            serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
        }
    
        @Override
        public boolean isRunning() {
            return isRunning;
        }
    
        @Override
        public int getPort() {
            return port;
        }
    
        @Override
        public void stop() {
            isRunning = false;
            executor.shutdown();
        }
       private static class ServiceTask implements Runnable {
            Socket client = null;
    
            public ServiceTask(Socket client) {
                this.client = client;
            }
    
            @Override
            public void run() {
                ObjectInputStream input = null;
                ObjectOutputStream output = null;
                try{
                    input = new ObjectInputStream(client.getInputStream());
                    String serviceName = input.readUTF();
                    String methodName = input.readUTF();
                    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(client.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 (client != null) {
                        try {
                            client.close();
                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    
    public class ServiceProducerImpl implements ServiceProducer{
        @Override
        public String sendData(String data) {
            return "I am service producer!!!, the data is "+ data;
        }
    }
    
    
    public class RPCTest {
        public static void main(String[] args) throws IOException {
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);
                        serviceServer.register(ServiceProducer.class, ServiceProducerImpl.class);
                        serviceServer.start();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }).start();
            ServiceProducer service = RPCClient.getRemoteProxyObj(ServiceProducer.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));
            System.out.println(service.sendData("test"));
        }
    }
    

    1.3 完整源码

    RPCdemo

    1.4 分析

    这里客户端只需要知道Server端的接口ServiceProducer即可,服务端在执行的时候,会根据具体实例调用实际的方法ServiceProducerImpl,符合面向对象过程中父类引用指向子类对象。

    2. gRPC的使用

    2.1. gRPC与REST

    • REST通常以业务为导向,将业务对象上执行的操作映射到HTTP动词,格式非常简单,可以使用浏览器进行扩展和传输,通过JSON数据完成客户端和服务端之间的消息通信,直接支持请求/响应方式的通信。不需要中间的代理,简化了系统的架构,不同系统之间只需要对JSON进行解析和序列化即可完成数据的传递。
    • 但是REST也存在一些弊端,比如只支持请求/响应这种单一的通信方式,对象和字符串之间的序列化操作也会影响消息传递速度,客户端需要通过服务发现的方式,知道服务实例的位置,在单个请求获取多个资源时存在着挑战,而且有时候很难将所有的动作都映射到HTTP动词。
    • 正是因为REST面临一些问题,因此可以采用gRPC作为一种替代方案,gRPC 是一种基于二进制流的消息协议,可以采用基于Protocol Buffer的IDL定义grpc API,这是Google公司用于序列化结构化数据提供的一套语言中立的序列化机制,客户端和服务端使用HTTP/2以Protocol Buffer格式交换二进制消息。
    • gRPC的优势是,设计复杂更新操作的API非常简单,具有高效紧凑的进程通信机制,在交换大量消息时效率高,远程过程调用和消息传递时可以采用双向的流式消息方式,同时客户端和服务端支持多种语言编写,互操作性强;不过gRPC的缺点是不方便与JavaScript集成,某些防火墙不支持该协议。
    • 注册中心:当项目中有很多服务时,可以把所有的服务在启动的时候注册到一个注册中心里面,用于维护服务和服务器之间的列表,当注册中心接收到客户端请求时,去找到该服务是否远程可以调用,如果可以调用需要提供服务地址返回给客户端,客户端根据返回的地址和端口,去调用远程服务端的方法,执行完成之后将结果返回给客户端。这样在服务端加新功能的时候,客户端不需要直接感知服务端的方法,服务端将更新之后的结果在注册中心注册即可,而且当修改了服务端某些方法的时候,或者服务降级服务多机部署想实现负载均衡的时候,我们只需要更新注册中心的服务群即可。


       
      RPC调用过程

    2.2. gRPC与Spring Boot

    这里使用SpringBoot+gRPC的形式实现RPC调用过程
    项目结构分为三部分:client、grpc、server

     
    项目结构

    2.2.2 grpc

     

    pom.xml中引入依赖:

    <dependency>
          <groupId>io.grpc</groupId>
          <artifactId>grpc-all</artifactId>
           <version>1.12.0</version>
     </dependency>
    

    引入bulid

    <build>
            <extensions>
                <extension>
                    <groupId>kr.motd.maven</groupId>
                    <artifactId>os-maven-plugin</artifactId>
                    <version>1.4.1.Final</version>
                </extension>
            </extensions>
            <plugins>
                <plugin>
                    <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
                    <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
                    <version>0.5.0</version>
                    <configuration>
                        <pluginId>grpc-java</pluginId>
                        <protocArtifact>com.google.protobuf:protoc:3.0.2:exe:${os.detected.classifier}</protocArtifact>
                        <pluginArtifact>io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.2.0:exe:${os.detected.classifier}</pluginArtifact>
                    </configuration>
                    <executions>
                        <execution>
                            <goals>
                                <goal>compile</goal>
                                <goal>compile-custom</goal>
                            </goals>
                        </execution>
                    </executions>
                </plugin>
            </plugins>
        </build>
    

    创建.proto文件

    syntax = "proto3";   // 语法版本
    
    // stub选项
    option java_package = "com.shgx.grpc.api";
    option java_outer_classname = "RPCDateServiceApi";
    option java_multiple_files = true;
    
    // 定义包名
    package com.shgx.grpc.api;
    
    // 服务接口定义,服务端和客户端都要遵守该接口进行通信
    service RPCDateService {
        rpc getDate (RPCDateRequest) returns (RPCDateResponse) {}
    }
    
    // 定义消息(请求)
    message RPCDateRequest {
        string userName = 1;
    }
    
    // 定义消息(响应)
    message RPCDateResponse {
        string serverDate = 1;
    }
    
    

    mvn complie

     

    生成代码:

     

    2.2.3 client

     

    根据gRPC中的项目配置在client和server两个Module的pom.xml添加依赖

     
            <dependency>
                <groupId>com.shgx</groupId>
                <artifactId>grpc</artifactId>
                <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
                <scope>compile</scope>
            </dependency>
    

    编写GRPCClient

    public class GRPCClient {
        private static final String host = "localhost";
        private static final int serverPort = 9999;
    
        public static void main( String[] args ) throws Exception {
            ManagedChannel managedChannel = ManagedChannelBuilder.forAddress( host, serverPort ).usePlaintext().build();
            try {
                RPCDateServiceGrpc.RPCDateServiceBlockingStub rpcDateService = RPCDateServiceGrpc.newBlockingStub( managedChannel );
                RPCDateRequest rpcDateRequest = RPCDateRequest
                        .newBuilder()
                        .setUserName("shgx")
                        .build();
                RPCDateResponse rpcDateResponse = rpcDateService.getDate( rpcDateRequest );
                System.out.println( rpcDateResponse.getServerDate() );
            } finally {
                managedChannel.shutdown();
            }
        }
    }
    
    

    2.2.4 server

     

    按照2.2.3 client的方式添加依赖
    创建RPCDateServiceImpl

    public class RPCDateServiceImpl extends RPCDateServiceGrpc.RPCDateServiceImplBase{
        @Override
        public void getDate(RPCDateRequest request, StreamObserver<RPCDateResponse> responseObserver) {
            RPCDateResponse rpcDateResponse = null;
            Date now=new Date();
            SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("今天是"+"yyyy年MM月dd日 E kk点mm分");
            String nowTime = simpleDateFormat.format( now );
            try {
                rpcDateResponse = RPCDateResponse
                        .newBuilder()
                        .setServerDate( "Welcome " + request.getUserName()  + ", " + nowTime )
                        .build();
            } catch (Exception e) {
                responseObserver.onError(e);
            } finally {
                responseObserver.onNext( rpcDateResponse );
            }
            responseObserver.onCompleted();
        }
    }
    

    创建GRPCServer

    public class GRPCServer {
       private static final int port = 9999;
       public static void main( String[] args ) throws Exception {
           Server server = ServerBuilder.
                   forPort(port)
                   .addService( new RPCDateServiceImpl() )
                   .build().start();
           System.out.println( "grpc服务端启动成功, 端口=" + port );
           server.awaitTermination();
       }
    }
    

    2.3. 完整源码

    源码参考

    3. 参考文章

    我们只需要努力,然后剩下的交给时间。
  • 相关阅读:
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