大厨小鲜——基于Netty自己动手实现RPC框架

今天我们要来做一道小菜，这道菜就是RPC通讯框架。它使用netty作为原料，fastjson序列化工具作为调料，来实现一个极简的多线程RPC服务框架。

我们暂且命名该RPC框架为rpckids。

食用指南

在告诉读者完整的制作菜谱之前，我们先来试试这个小菜怎么个吃法，好不好吃，是不是吃起来很方便。如果读者觉得很难吃，那后面的菜谱就没有多大意义了，何必花心思去学习制作一门谁也不爱吃的大烂菜呢？

例子中我会使用rpckids提供的远程RPC服务，用于计算斐波那契数和指数，客户端通过rpckids提供的RPC客户端向远程服务传送参数，并接受返回结果，然后呈现出来。你可以使用rpckids定制任意的业务rpc服务。

斐波那契数输入输出比较简单，一个Integer，一个Long。 指数输入有两个值，输出除了计算结果外还包含计算耗时，以纳秒计算。之所以包含耗时，只是为了呈现一个完整的自定义的输入和输出类。

指数服务自定义输入输出类

// 指数RPC的输入
public class ExpRequest {
	private int base;
	private int exp;
    
    // constructor & getter & setter
}

// 指数RPC的输出
public class ExpResponse {

	private long value;
	private long costInNanos;

	// constructor & getter & setter
}
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斐波那契和指数计算处理

public class FibRequestHandler implements IMessageHandler<Integer> {

	private List fibs = new ArrayList<>();

	{
		fibs.add(1L); // fib(0) = 1
		fibs.add(1L); // fib(1) = 1
	}

	@Override
	public void handle(ChannelHandlerContext ctx, String requestId, Integer n) {
		for (int i = fibs.size(); i < n + 1; i++) {
			long value = fibs.get(i - 2) + fibs.get(i - 1);
			fibs.add(value);
		}
		// 输出响应
		ctx.writeAndFlush(new MessageOutput(requestId, "fib_res", fibs.get(n)));
	}

}

public class ExpRequestHandler implements IMessageHandler<ExpRequest> {

	@Override
	public void handle(ChannelHandlerContext ctx, String requestId, ExpRequest message) {
		int base = message.getBase();
		int exp = message.getExp();
		long start = System.nanoTime();
		long res = 1;
		for (int i = 0; i < exp; i++) {
			res *= base;
		}
		long cost = System.nanoTime() - start;
		// 输出响应
		ctx.writeAndFlush(new MessageOutput(requestId, "exp_res", new ExpResponse(res, cost)));
	}

}
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构建RPC服务器

RPC服务类要监听指定IP端口，设定io线程数和业务计算线程数，然后注册斐波那契服务输入类和指数服务输入类，还有相应的计算处理器。

public class DemoServer {

	public static void main(String[] args) {
		RPCServer server = new RPCServer("localhost", 8888, 2, 16);
		server.service("fib", Integer.class, new FibRequestHandler())
			  .service("exp", ExpRequest.class, new ExpRequestHandler());
		server.start();
	}

}
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构建RPC客户端

RPC客户端要链接远程IP端口，并注册服务输出类(RPC响应类)，然后分别调用20次斐波那契服务和指数服务，输出结果

public class DemoClient {

	private RPCClient client;

	public DemoClient(RPCClient client) {
		this.client = client;
		// 注册服务返回类型
		this.client.rpc("fib_res", Long.class).rpc("exp_res", ExpResponse.class);
	}

	public long fib(int n) {
		return (Long) client.send("fib", n);
	}

	public ExpResponse exp(int base, int exp) {
		return (ExpResponse) client.send("exp", new ExpRequest(base, exp));
	}

	public static void main(String[] args) {
		RPCClient client = new RPCClient("localhost", 8888);
		DemoClient demo = new DemoClient(client);
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
			System.out.printf("fib(%d) = %d\n", i, demo.fib(i));
		}
		for (int i = 0; i < 20; i++) {
			ExpResponse res = demo.exp(2, i);
			System.out.printf("exp2(%d) = %d cost=%dns\n", i, res.getValue(), res.getCostInNanos());
		}
	}

}
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运行

先运行服务器，服务器输出如下，从日志中可以看到客户端链接过来了，然后发送了一系列消息，最后关闭链接走了。

server started @ localhost:8888
connection comes
read a message
read a message
...
connection leaves
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再运行客户端，可以看到一些列的计算结果都成功完成了输出。

fib(0) = 1
fib(1) = 1
fib(2) = 2
fib(3) = 3
fib(4) = 5
...
exp2(0) = 1 cost=559ns
exp2(1) = 2 cost=495ns
exp2(2) = 4 cost=524ns
exp2(3) = 8 cost=640ns
exp2(4) = 16 cost=711ns
...

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牢骚

本以为是小菜一碟，但是编写完整的代码和文章却将近花费了一天的时间，深感写码要比做菜耗时太多了。因为只是为了教学目的，所以在实现细节上还有好多没有仔细去雕琢的地方。如果是要做一个开源项目，力求非常完美的话。至少还要考虑一下几点。

1. 客户端连接池
2. 多服务进程负载均衡
3. 日志输出
4. 参数校验，异常处理
5. 客户端流量攻击
6. 服务器压力极限

如果要参考grpc的话，还得实现流式响应处理。如果还要为了节省网络流量的话，又需要在协议上下功夫。这一大堆的问题还是抛给读者自己思考去吧。

关注公众号「码洞」，发送「RPC」即可获取以上完整菜谱的GitHub开源代码链接。读者有什么不明白的地方，洞主也会一一解答。

下面我们接着讲RPC服务器和客户端精细的制作过程

服务器菜谱

定义消息输入输出格式，消息类型、消息唯一ID和消息的json序列化字符串内容。消息唯一ID是用来客户端验证服务器请求和响应是否匹配。

public class MessageInput {
	private String type;
	private String requestId;
	private String payload;

	public MessageInput(String type, String requestId, String payload) {
		this.type = type;
		this.requestId = requestId;
		this.payload = payload;
	}

	public String getType() {
		return type;
	}

	public String getRequestId() {
		return requestId;
	}
    
    // 因为我们想直接拿到对象，所以要提供对象的类型参数
	public  T getPayload(Class clazz) {
		if (payload == null) {
			return null;
		}
		return JSON.parseObject(payload, clazz);
	}

}

public class MessageOutput {

	private String requestId;
	private String type;
	private Object payload;

	public MessageOutput(String requestId, String type, Object payload) {
		this.requestId = requestId;
		this.type = type;
		this.payload = payload;
	}

	public String getType() {
		return this.type;
	}

	public String getRequestId() {
		return requestId;
	}

	public Object getPayload() {
		return payload;
	}

}
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消息解码器，使用Netty的ReplayingDecoder实现。简单起见，这里没有使用checkpoint去优化性能了，感兴趣的话读者可以参考一下我之前在公众号里发表的相关文章，将checkpoint相关的逻辑自己添加进去。

public class MessageDecoder extends ReplayingDecoder<MessageInput> {

	@Override
	protected void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, List