一文剖析RPC

一、什么是RPC？RPC能解决什么问题？

问题提出：
有两个服务A和B，A和B分别部署在不同的服务器上，A要调用B服务的求和函数sumfunc，如何实现？

RPC远程过程调用（Remote Procedure Call），一种用来处理远程机器之前通信问题的一种解决方案，RPC的出发点是屏蔽掉网络协议层的繁琐协议，能给用户暴露最直接的远程调用API。简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务。

要具体的理解RPC，我们先了解“过程”概念：

1）同一个进程，同一个线程内部函数调用
此为常见的函数调用，一个线程内部函数嵌套的使用。根据操作系统的基本知识，编译器编译的过程中会将函数调用处给出函数执行的入口地址，通过该地址，在线程的地址空间找到对应要调用执行的函数。本质上为本地调用。

2）不同进程之间的函数调用
不同进程之间的函数调用实际是不同进程之间的通信问题，即IPC。
IPC通信有很多种方法，比较常见的是管道、共享内存、消息队列等。本质上函数的调用依然是本地调用，因为它们的访问还是同一个机器，在同一个内存访问空间上。

3）不同机器上跨网络的函数调用
此种方式也称为远程调用。传统的使用远程调用都是使用socket，用户自己编写socket，然后客户端和服务端遵循某种数据流协议，进行通信，完成函数的功能调用。

RPC从某种意义上来说，也是这样的，这种远程的调用，显然会增加大量的代码开发中的工作量，因为一个函数调用的功能，需要做网络协议，数据序列化这些逻辑，开发难度不断提升。

二、RPC的原理是什么？

2.1 RPC框架

2.2 RPC核心功能框架

RPC采用客户机/服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。
RPC核心功能由5个部分组成：客户端、客户端Stub、网络传输模块、服务端Stud、服务端等。

• 客户端（Client）：服务调用方。
• 客户端存根（Client Stub）：存放服务端地址信息，将客户端的请求参数信息打包成网络信息，再通过网络传输发送给服务端。
• 服务端存根（Server Stub）：接收客户端发送过来的请求消息进行解包，然后再调用本地服务进行处理。
• 服务端（Server）：服务的真正提供者。
• Network Service：底层传输，可以是TCP或HTTP。

本地调用中，函数体是直接通过函数指针来指定的，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。这时，服务寻址可以使用 Call ID 映射，客户端和服务端分别维护一个函数和Call ID的对应表（所有的函数都必须有自己的一个 ID） 。

客户端在做远程过程调用时， 必须附上这个 ID。 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。

以客户端调用服务端addAge函数为例，过程如下：

// 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

2.3 RPC核心之网络传输协议

1）基于TCP协议实现的RPC
TCP协议处于协议栈的下层，能够更加灵活地对协议字段进行定制，减少网络开销，提高性能，实现更大的吞吐量和并发数。

2）基于HTTP协议实现的RPC
可以使用JSON和XML格式的请求或响应数据。HTTP协议是上层协议，发送包含同等内容的消息，使用HTTP协议传输所占用的字节数会比使用TCP协议传输所占用的字节数更高。

三、RPC vs Restful

RPC和Restful不是一个维度的概念，RPC涉及的维度更广。

1）从RPC风格的url和Restful风格的url比较
RPC url：/queryOrder?orderId=123
Restful url：Get /order?orderId=123

2）RPC是面向过程，Restful是面向资源
Restful风格的url在表述的精简性、可读性上都要更好。


Restful大部分是对外提供公共服务（Android、IOS客户端），更加容易理解，方便对外提供服务。
RPC更多的用于内部服务之间的调用。

四、常用的RPC有哪些？

1）gRPC
gRPC 是 Google 公布的开源软件， 基于谷歌的 HTTP 2.0 协议，并支持常见的众多编程语言。 RPC框架是基于HTTP协议实现的。

2）Thrift
Thrift 是 Facebook 的开源 RPC 框架，主要是一个跨语言的服务开发框架。用户只要在其之上进行二次开发就行，应用对于底层的 RPC 通讯等都是透明的。不过这个对于用户来说需要学习特定领域语言这个特性，还是有一定成本的。

3）Dubbo
Dubbo 是阿里集团开源的一个极为出名的 RPC 框架，在很多互联网公司和企业应用中广泛使用。协议和序列化框架都可以插拔是极其鲜明的特色。

4）BRPC
BRPC 是百度开源的PRC框架， “brpc”的含义是“better RPC”，已在百度有上百万实例的应用， C++语言实现，非常适合C/C++程序员学习。

五、RPC使用（BRPC）

5.1 BRPC编译

编译步骤参考：https://github.com/apache/incubator-brpc/blob/master/docs/cn/getting_started.md
需要注意的是，protobuf依赖库的版本，目前不支持protobuf3.0。

（一）命令安装依赖包
BRPC需要依赖三个开源库：是gflags，protobuf和leveldb。

• gflags 是用于像Linux命令行那样指定参数。
• protobuf 用于序列和反序列化以及它的 rpc定义。
• leveldb 用来存储的。

安装通用deps, gflags, protobuf, leveldb

sudo apt-get install -y git g++ make libssl-dev libgflags-dev libprotobuf-dev libprotoc-dev protobuf-compiler libleveldb-dev

如果需要leveldb

sudo apt-get install -y libsnappy-dev

（二）源码安装依赖包
源码安装的时候将路径设置为：--prefix=/usr

源码安装glog

$ git clone https://github.com/boboxxd/glog.git
$ cd glog
$ ./autogen.sh && ./configure --prefix=/usr && make && sudo make install

（三）编译BRPC

$  git clone https://gitee.com/baidu/BRPC.git
$  cd BRPC
$  sh config_brpc.sh --headers=/usr/include --libs=/usr/lib --with-glog
$  make

选项

• 支持glog，增加： --with-glog。
• 不想支持调试符号，增加：--nodebugsymbols。
• 支持thrift, 增加：--with-thrift，并先安装thrift 。

5.2 运行案例

百度给出了很多的案例，在git上，可以直接使用，我们这里使用最简单的读写例子。

$ cd example/echo_c++
$ make
$ ./echo_server &
$ ./echo_client

这里编译出来的是静态链接，如果想使用动态连接，先make clean然后再LINK_SO=1 make，生成动态链接的执行文件。

5.3 RPC调用实例

1）服务端源码

// Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one
// or more contributor license agreements.  See the NOTICE file
// distributed with this work for additional information
// regarding copyright ownership.  The ASF licenses this file
// to you under the Apache License, Version 2.0 (the
// "License"); you may not use this file except in compliance
// with the License.  You may obtain a copy of the License at
//
//   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
//
// Unless required by applicable law or agreed to in writing,
// software distributed under the License is distributed on an
// "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY
// KIND, either express or implied.  See the License for the
// specific language governing permissions and limitations
// under the License.

// A server to receive EchoRequest and send back EchoResponse.

#include 
#include 
#include 
#include "echo.pb.h"

DEFINE_bool(echo_attachment, true, "Echo attachment as well");
DEFINE_int32(port, 8000, "TCP Port of this server");
DEFINE_int32(idle_timeout_s, -1, "Connection will be closed if there is no "
             "read/write operations during the last `idle_timeout_s'");
DEFINE_int32(logoff_ms, 2000, "Maximum duration of server's LOGOFF state "
             "(waiting for client to close connection before server stops)");

// Your implementation of example::EchoService
// Notice that implementing brpc::Describable grants the ability to put
// additional information in /status.
namespace example {
     
class EchoServiceImpl : public EchoService {
     
public:
    EchoServiceImpl() {
     };
    virtual ~EchoServiceImpl() {
     };
    virtual void Echo(google::protobuf::RpcController* cntl_base,
                      const EchoRequest* request,
                      EchoResponse* response,
                      google::protobuf::Closure* done) {
     
        // This object helps you to call done->Run() in RAII style. If you need
        // to process the request asynchronously, pass done_guard.release().
        brpc::ClosureGuard done_guard(done);

        brpc::Controller* cntl =
            static_cast<brpc::Controller*>(cntl_base);

        // The purpose of following logs is to help you to understand
        // how clients interact with servers more intuitively. You should 
        // remove these logs in performance-sensitive servers.
        LOG(INFO) << "Received request[log_id=" << cntl->log_id() 
                  << "] from " << cntl->remote_side() 
                  << " to " << cntl->local_side()
                  << ": " << request->message()
                  << " (attached=" << cntl->request_attachment() << ")";

        // Fill response.
        response->set_message(request->message());

        // You can compress the response by setting Controller, but be aware
        // that compression may be costly, evaluate before turning on.
        // cntl->set_response_compress_type(brpc::COMPRESS_TYPE_GZIP);

        if (FLAGS_echo_attachment) {
     
            // Set attachment which is wired to network directly instead of
            // being serialized into protobuf messages.
            cntl->response_attachment().append(cntl->request_attachment());
        }
    }
};
}  // namespace example

int main(int argc, char* argv[]) 
{
     
    // Parse gflags. We recommend you to use gflags as well.
    GFLAGS_NS::ParseCommandLineFlags(&argc, &argv, true);

    // Generally you only need one Server.
    brpc::Server server;

    // Instance of your service.
    example::EchoServiceImpl echo_service_impl;

    // Add the service into server. Notice the second parameter, because the
    // service is put on stack, we don't want server to delete it, otherwise
    // use brpc::SERVER_OWNS_SERVICE.
    if (server.AddService(&echo_service_impl, 
                          brpc::SERVER_DOESNT_OWN_SERVICE) != 0) {
     
        LOG(ERROR) << "Fail to add service";
        return -1;
    }

    // Start the server.
    brpc::ServerOptions options;
    options.idle_timeout_sec = FLAGS_idle_timeout_s;
    if (server.Start(FLAGS_port, &options) != 0) {
     
        LOG(ERROR) << "Fail to start EchoServer";
        return -1;
    }

    // Wait until Ctrl-C is pressed, then Stop() and Join() the server.
    server.RunUntilAskedToQuit();
    return 0;
}

2）客户端源码

// Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one
// or more contributor license agreements.  See the NOTICE file
// distributed with this work for additional information
// regarding copyright ownership.  The ASF licenses this file
// to you under the Apache License, Version 2.0 (the
// "License"); you may not use this file except in compliance
// with the License.  You may obtain a copy of the License at
//
//   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
//
// Unless required by applicable law or agreed to in writing,
// software distributed under the License is distributed on an
// "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY
// KIND, either express or implied.  See the License for the
// specific language governing permissions and limitations
// under the License.

// A client sending requests to server every 1 second.

#include 
#include 
#include 
#include 
#include "echo.pb.h"

DEFINE_string(attachment, "", "Carry this along with requests");
DEFINE_string(protocol, "baidu_std", "Protocol type. Defined in src/brpc/options.proto");
DEFINE_string(connection_type, "", "Connection type. Available values: single, pooled, short");
DEFINE_string(server, "0.0.0.0:8000", "IP Address of server");
DEFINE_string(load_balancer, "", "The algorithm for load balancing");
DEFINE_int32(timeout_ms, 100, "RPC timeout in milliseconds");
DEFINE_int32(max_retry, 3, "Max retries(not including the first RPC)"); 
DEFINE_int32(interval_ms, 1000, "Milliseconds between consecutive requests");

int main(int argc, char* argv[]) {
     
    // Parse gflags. We recommend you to use gflags as well.
    GFLAGS_NS::ParseCommandLineFlags(&argc, &argv, true);
    
    // A Channel represents a communication line to a Server. Notice that 
    // Channel is thread-safe and can be shared by all threads in your program.
    brpc::Channel channel;
    
    // Initialize the channel, NULL means using default options.
    brpc::ChannelOptions options;
    options.protocol = FLAGS_protocol;
    options.connection_type = FLAGS_connection_type;
    options.timeout_ms = FLAGS_timeout_ms/*milliseconds*/;
    options.max_retry = FLAGS_max_retry;
    if (channel.Init(FLAGS_server.c_str(), FLAGS_load_balancer.c_str(), &options) != 0) {
     
        LOG(ERROR) << "Fail to initialize channel";
        return -1;
    }

    // Normally, you should not call a Channel directly, but instead construct
    // a stub Service wrapping it. stub can be shared by all threads as well.
    example::EchoService_Stub stub(&channel);

    // Send a request and wait for the response every 1 second.
    int log_id = 0;
    while (!brpc::IsAskedToQuit()) {
     
        // We will receive response synchronously, safe to put variables
        // on stack.
        example::EchoRequest request;
        example::EchoResponse response;
        brpc::Controller cntl;

        request.set_message("hello world");

        cntl.set_log_id(log_id ++);  // set by user
        // Set attachment which is wired to network directly instead of 
        // being serialized into protobuf messages.
        cntl.request_attachment().append(FLAGS_attachment);

        // Because `done'(last parameter) is NULL, this function waits until
        // the response comes back or error occurs(including timedout).
        stub.Echo(&cntl, &request, &response, NULL);
        if (!cntl.Failed()) {
     
            LOG(INFO) << "Received response from " << cntl.remote_side()
                << " to " << cntl.local_side()
                << ": " << response.message() << " (attached="
                << cntl.response_attachment() << ")"
                << " latency=" << cntl.latency_us() << "us";
        } else {
     
            LOG(WARNING) << cntl.ErrorText();
        }
        usleep(FLAGS_interval_ms * 1000L);
    }

    LOG(INFO) << "EchoClient is going to quit";
    return 0;
}

BRPC项目自带范例：BRPC/example