系统间通信：基于TCP协议的RPC实现范例

              系统间通信：基于TCP协议的RPC实现范例

一、RPC名词解释

         RPC的全称是Remote Process Call，即远程过程调用，它应用广泛，实现方式也很多，拥有RMI、WebService等诸多成熟的方案，在业界得到了广泛的使用。单台服务的处理能力受到硬件成本的限制，不可能无限制地提升。RPC将原来的本地调用转变为调用远端的服务器上的方法，给系统的处理能力和吞吐量带来了近似于无限制提升的可能，这是系统发展到一定阶段必然性的变革，也是实现分布式计算的基础。

         RPC的实现包括客户端和服务端，即服务的调用方与服务的提供方。服务调用方发送RPC请求到服务提供方，服务提供方根据调用方提供的参数执行请求方法，将执行结果返回给调用方，一次RPC调用完成。这里涉及到网络通信、序列化与反序列化的操作，如果服务提供者是多台或者服务提供者进行了分组，还会涉及到负载均衡与路由。

二、RPC调用过程

         随着业务的发展，服务调用者的规则发展到一定阶段，对服务提供方的压力也日益增加，因此，服务需要进行扩容。而随着服务提供者的增加与业务的发展，不同的服务之间还需要进行分组，以隔离不同的业务，避免相互影响，在这种情况下，服务的路由和负载均衡成为必须考虑的问题。服务消费者通过获取服务提供者的分组信息和地址信息进行路由，如果服务提供者为一个集群而非单台机器，则需要根据相应的负载均衡策略，选取其中一台进行调研，有关服务的路由和负载均衡，后续章节会进行详细介绍RPC调用过程（不包括负载均衡和路由）如下图所示：

（1）    服务消费方（client）调用以本地调用方式调用服务；；

（2）    clientstub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，并将消息发送到服务端（对象序列化）；

（3）    serverstub收到消息后进行解码（对象反序列化）；

（4）    serverstub根据解码结果调用本地的服务；

（5）    本地服务执行并将结果返回给server stub；

（6）    serverstub将返回结果打包成消息并发送至消费方；

（7）    clientstub接收到消息，并进行解码；

（8）    服务消费方得到最终结果。

RPC的目标就是要2~7这些步骤都封装起来，让用户对这些细节透明。（注意：无论是何种类型的数据，最终都需要转换二进制流在网络上进行传输，数据的发送方需要将对象转换为二进制流，而数据的接收方则需要把二进制流再恢复为对象。目前成熟的方案有多种，比如Protocol Buffers、Java自带方式、Hessian、JSON、XML等）。各种序列化方式性能对比图如下所示：

三、范例代码

        基于Java的Socket API，我实现一个简单的RPC调用的范例，在这个范例中，包括服务的接口、接口的远程实现、服务的提供方以及服务的消费方。为了方便大家下载代码运行，我把代码放到了Github（https://github.com/dreamerkr/RPCDemo），其类图如下所示：

（1）    服务接口SayHelloservice

package com.primeton.RPCDemo;

public interface SayHelloService {
    /**
     * 问候接口
     * @param msg
     * @return
     */
    public String sayHello(String msg);
}

（2）    接口远端实现

package com.primeton.RPCDemo;

public class SayHelloServiceImpl implements SayHelloService {

    @Override
    public String sayHello(String msg) {
        if("hello".equals(msg)){
            return "hello client";
        }else{
            return "bye bye";
        }
    }
}

（3）   服务消费者

package com.primeton.RPCDemo;

import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.Socket;

/**
 * TODO 服务消费者
 *
 * @author wangzhao (mailto:[email protected])
 */
public class Consumer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        //构造需要调用的方法
        String interfaceName = SayHelloService.class.getName();
        Method method = SayHelloService.class.getMethod("sayHello", 
                java.lang.String.class);
        Object[] argments = {"hello"};
        
        //发送调用信息到服务器端，调用相应的服务
        Socket socket = new Socket("127.0.0.1",1234);
        ObjectOutputStream outputStream = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
        outputStream.writeUTF(interfaceName);
        outputStream.writeUTF(method.getName());
        outputStream.writeObject(method.getParameterTypes());
        outputStream.writeObject(argments);
        System.out.println("发送信息到服务端，发送的信息为:"+argments[0]);
        
        //服务返回的结果
        ObjectInputStream inputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
        Object object = inputStream.readObject();
        System.out.println("服务返回的结果为"+object);
    }
}

（4）    服务提供者

package com.primeton.RPCDemo;

import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * RPC服务提供者
 *
 * @author wangzhao (mailto:[email protected])
 */
public class Provider {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(1234);
        Map services = new HashMap();
        services.put(SayHelloService.class, new SayHelloServiceImpl());
        while(true){
            System.out.println("服务提供者启动，等待客户端调用…………");
            Socket socket = serverSocket.accept();
            
            //收到消息后进行解码
            ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
            String interfaceName = objectInputStream.readUTF();
            String methodName = objectInputStream.readUTF();
            Class[] paramterTypes = (Class[])objectInputStream.readObject();
            Object[] argments = (Object[])objectInputStream.readObject();
            System.out.println("客户端调用服务端接口"+interfaceName+"的"+ methodName+"方法");
            
            //根据解码结果调用本地的服务
            Class serviceClass = Class.forName(interfaceName);
            Object serivce = services.get(serviceClass);
            Method method = serviceClass.getMethod(methodName, paramterTypes);
            Object result = method.invoke(serivce, argments);
            
            //服务提供者发送result给服务调用者
            ObjectOutputStream stream = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
            stream.writeObject(result);
            System.out.println("服务端返回结果为"+result);
        }
    }
}

     服务提供者端事先将服务实例化好后放在services这个Map中（此处涉及服务的路由被简化处理了，后面章节会详细讲解），通过一个while循环，不断地接收到来的请求，得到所需的参数，包括接口名称、方法名称、参数类型和参数，通过Java的反射取得接口所需调用的方法，执行后将结果返回给服务的消费者。

        在真实的生产环境中，常常是多个客户端同时发送多个请求到服务端，服务端则需要同时接收和处理多个客户端请求，涉及并发处理、路由、负载均衡、监控、日志记录等功能，这个是无法满足的。下一章我将给大家分享基于HTTP协议的RPC实现的范例。