基于RPC原理的dubbo

RPC框架通信原理是动态代理

public interface HelloWorldService {
    String sayHello(String msg);
}

public class HelloWorldServiceImpl implements HelloWorldService {
    @Override
    public String sayHello(String msg) {
        String result = "hello world " + msg;
        System.out.println(result);
        return result;
    }
}

public class Test {
     public static void main(String[] args) {
         HelloWorldService helloWorldService = new HelloWorldServiceImpl();
         helloWorldService.sayHello("test");
     }
}

 

1.2  怎么对消息进行编码和解码？

1.2.1 确定消息数据结构

动态代理invoke里需要封装通信细节，而通信的第一步就是要确定客户端和服务端相互通信的消息结构。客户端的请求消息结构一般需要包括以下内容：

1）接口名称

在我们的例子里接口名是“HelloWorldService”，如果不传，服务端就不知道调用哪个接口了；

2）方法名

一个接口内可能有很多方法，如果不传方法名服务端也就不知道调用哪个方法；

3）参数类型&参数值

参数类型有很多，比如有bool、int、long、double、string、map、list，甚至如struct（class）；

以及相应的参数值；

4）超时时间

5）requestID，标识唯一请求id，在下面一节会详细描述requestID的用处。

同理服务端返回的消息结构一般包括以下内容。

1）返回值

2）状态code

3）requestID

1.2.2 序列化

一旦确定了消息的数据结构后，下一步就是要考虑序列化与反序列化了。

什么是序列化？序列化就是将数据结构或对象转换成二进制串的过程，也就是编码的过程。

什么是反序列化？将在序列化过程中所生成的二进制串转换成数据结构或者对象的过程。

为什么需要序列化？转换为二进制串后才好进行网络传输嘛！为什么需要反序列化？将二进制转换为对象才好进行后续处理！

现如今序列化的方案越来越多，每种序列化方案都有优点和缺点，它们在设计之初有自己独特的应用场景，那到底选择哪种呢？从RPC的角度上看，主要看三点：1）通用性，比如是否能支持Map等复杂的数据结构；2）性能，包括时间复杂度和空间复杂度，由于RPC框架将会被公司几乎所有服务使用，如果序列化上能节约一点时间，对整个公司的收益都将非常可观，同理如果序列化上能节约一点内存，网络带宽也能省下不少；3）可扩展性，对互联网公司而言，业务变化快，如果序列化协议具有良好的可扩展性，支持自动增加新的业务字段，删除老的字段，而不影响老的服务，这将大大提供系统的健壮性。

目前国内各大互联网公司广泛使用hessian、protobuf、thrift、avro等成熟的序列化解决方案来搭建RPC框架，这些都是久经考验的解决方案。

1.3  通信

消息数据结构被序列化为二进制串后，下一步就要进行网络通信了。目前有两种IO通信模型：1）BIO；2）NIO。一般RPC框架需要支持这两种IO模型，原理可参考：《一个故事讲清楚 NIO》。

如何实现RPC的IO通信框架？1）使用java nio方式自研，这种方式较为复杂，而且很有可能出现隐藏bug，见过一些互联网公司使用这种方式；2）基于mina，mina在早几年比较火热，不过这些年版本更新缓慢；3）基于netty，现在很多RPC框架都直接基于netty这一IO通信框架，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Twitter的finagle等。

1.4  消息里为什么要带有requestID？

如果使用netty的话，一般会用channel.writeAndFlush()方法来发送消息二进制串，这个方法调用后对于整个远程调用(从发出请求到接收到结果)来说是一个异步的，即对于当前线程来说，将请求发送出来后，线程就可以往后执行了，至于服务端的结果，是服务端处理完成后，再以消息的形式发送给客户端的。于是这里出现以下两个问题：

1）怎么让当前线程“暂停”，等结果回来后，再向后执行？

2）如果有多个线程同时进行远程方法调用，这时建立在client server之间的socket连接上会有很多双方发送的消息传递，前后顺序也可能是随机的，server处理完结果后，将结果消息发送给client，client收到很多消息，怎么知道哪个消息结果是原先哪个线程调用的？

如下图所示，线程A和线程B同时向client socket发送请求requestA和requestB，socket先后将requestB和requestA发送至server，而server可能将responseA先返回，尽管requestA请求到达时间更晚。我们需要一种机制保证responseA丢给ThreadA，responseB丢给ThreadB。

怎么解决呢？

1）client线程每次通过socket调用一次远程接口前，生成一个唯一的ID，即requestID（requestID必需保证在一个Socket连接里面是唯一的），一般常常使用AtomicLong从0开始累计数字生成唯一ID；

2）将处理结果的回调对象callback，存放到全局ConcurrentHashMap里面put(requestID, callback)；

3）当线程调用channel.writeAndFlush()发送消息后，紧接着执行callback的get()方法试图获取远程返回的结果。在get()内部，则使用synchronized获取回调对象callback的锁，再先检测是否已经获取到结果，如果没有，然后调用callback的wait()方法，释放callback上的锁，让当前线程处于等待状态。

4）服务端接收到请求并处理后，将response结果（此结果中包含了前面的requestID）发送给客户端，客户端socket连接上专门监听消息的线程收到消息，分析结果，取到requestID，再从前面的ConcurrentHashMap里面get(requestID)，从而找到callback对象，再用synchronized获取callback上的锁，将方法调用结果设置到callback对象里，再调用callback.notifyAll()唤醒前面处于等待状态的线程。

public Object get() {
        synchronized (this) {  // 旋锁
            while (!isDone) {  // 是否有结果了
                wait(); //没结果是释放锁，让当前线程处于等待状态
            }
        }
    }

private void setDone(Response res) {
        this.res = res;
        isDone = true;
        synchronized (this) { //获取锁，因为前面wait()已经释放了callback的锁了
            notifyAll(); // 唤醒处于等待的线程
        }
    }

分析源代码，基本原理如下：

1. client一个线程调用远程接口，生成一个唯一的ID（比如一段随机字符串，UUID等），Dubbo是使用AtomicLong从0开始累计数字的
2. 将打包的方法调用信息（如调用的接口名称，方法名称，参数值列表等），和处理结果的回调对象callback，全部封装在一起，组成一个对象object
3. 向专门存放调用信息的全局ConcurrentHashMap里面put(ID, object)
4. 将ID和打包的方法调用信息封装成一对象connRequest，使用IoSession.write(connRequest)异步发送出去
5. 当前线程再使用callback的get()方法试图获取远程返回的结果，在get()内部，则使用synchronized获取回调对象callback的锁， 再先检测是否已经获取到结果，如果没有，然后调用callback的wait()方法，释放callback上的锁，让当前线程处于等待状态。
6. 服务端接收到请求并处理后，将结果（此结果中包含了前面的ID，即回传）发送给客户端，客户端socket连接上专门监听消息的线程收到消息，分析结果，取到ID，再从前面的ConcurrentHashMap里面get(ID)，从而找到callback，将方法调用结果设置到callback对象里。
7. 监听线程接着使用synchronized获取回调对象callback的锁（因为前面调用过wait()，那个线程已释放callback的锁了），再notifyAll()，唤醒前面处于等待状态的线程继续执行（callback的get()方法继续执行就能拿到调用结果了），至此，整个过程结束。

8. 这里还需要画一个大图来描述，后面再补了

   需要注意的是，这里的callback对象是每次调用产生一个新的，不能共享，否则会有问题；另外ID必需至少保证在一个Socket连接里面是唯一的。

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   现在，前面两个问题已经有答案了，

9. 当前线程怎么让它“暂停”，等结果回来后，再向后执行？

10.      答：先生成一个对象obj，在一个全局map里put(ID,obj)存放起来，再用synchronized获取obj锁，再调用obj.wait()让当前线程处于等待状态，然后另一消息监听线程等到服务端结果来了后，再map.get(ID)找到obj，再用synchronized获取obj锁，再调用obj.notifyAll()唤醒前面处于等待状态的线程。

11. 正如前面所说，Socket通信是一个全双工的方式，如果有多个线程同时进行远程方法调用，这时建立在client server之间的socket连接上会有很多双方发送的消息传递，前后顺序也可能是乱七八糟的，server处理完结果后，将结果消息发送给client，client收到很多消息，怎么知道哪个消息结果是原先哪个线程调用的？

12.      答：使用一个ID，让其唯一，然后传递给服务端，再服务端又回传回来，这样就知道结果是原先哪个线程的了。