从零开始学微服务学习笔记（六）

实现 RPC 远程服务调用

• 在单体应用时，一次服务调用发生在同一台机器上的同一个进程内部，也就是说调用发生在本机内部，因此也被叫作本地方法调用。
• 在进行服务化拆分之后，服务提供者和服务消费者运行在两台不同物理机上的不同进程内，它们之间的调用相比于本地方法调用，可称之为远程方法调用，简称 RPC（Remote Procedure Call）。
  • 服务消费者叫作客户端，服务提供者叫作服务端，两者通常位于网络上两个不同的地址，要完成一次 RPC 调用，就必须先建立网络连接。
  • 建立连接后，双方还必须按照某种约定的协议进行网络通信，这个协议就是通信协议。
  • 双方能够正常通信后，服务端接收到请求时，需要以某种方式进行处理，处理成功后，把请求结果返回给客户端。
  • 为了减少传输的数据大小，还要对数据进行压缩，也就是对数据进行序列化。

客户端和服务端如何建立网络连接

• 客户端和服务端之间基于 TCP 协议建立网络连接最常用的途径有两种。
  • HTTP 通信
    • HTTP 通信是基于应用层 HTTP 协议的，而 HTTP 协议又是基于传输层 TCP 协议的。
    • 一次 HTTP 通信过程就是发起一次 HTTP 调用，而一次 HTTP 调用就会建立一个 TCP 连接，经历一次“三次握手”的过程来建立连接，完成请求后，再经历一次“四次挥手”的过程来断开连接。
  • Socket 通信
    • Socket 通信是基于 TCP/IP 协议的封装，建立一次 Socket 连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为 ClientSocket ；另一个运行于服务器端，称为 ServerSocket。
    • Socket 通信的过程分为四个步骤：服务器监听、客户端请求、连接确认、数据传输。
      • 服务器监听
        • ServerSocket 通过调用 bind() 函数绑定某个具体端口，然后调用 listen() 函数实时监控网络状态，等待客户端的连接请求。
      • 客户端请求
        • ClientSocket 调用 connect() 函数向 ServerSocket 绑定的地址和端口发起连接请求。
      • 服务端连接确认
        • 当 ServerSocket 监听到或者接收到 ClientSocket 的连接请求时，调用 accept() 函数响应 ClientSocket 的请求，同客户端建立连接。
      • 数据传输
        • 当 ClientSocket 和 ServerSocket 建立连接后，ClientSocket 调用 send() 函数，ServerSocket 调用 receive() 函数，ServerSocket 处理完请求后，调用 send() 函数，ClientSocket 调用 receive() 函数，就可以得到得到返回结果。
• 网络不一定总是可靠的，经常会遇到网络闪断、连接超时、服务端宕机等各种异常，通常的处理手段有两种。
  • 链路存活检测
    • 客户端需要定时地发送心跳检测消息（一般是通过 ping 请求）给服务端，如果服务端连续 n 次心跳检测或者超过规定的时间都没有回复消息，则认为此时链路已经失效，这个时候客户端就需要重新与服务端建立连接。
  • 断连重试
    • 通常有多种情况会导致连接断开，比如客户端主动关闭、服务端宕机或者网络故障等。
    • 这个时候客户端就需要与服务端重新建立连接，但一般不能立刻完成重连，而是要等待固定的间隔后再发起重连，避免服务端的连接回收不及时，而客户端瞬间重连的请求太多而把服务端的连接数占满。

服务端如何处理请求

• 同步阻塞方式（BIO）
  • 客户端每发一次请求，服务端就生成一个线程去处理。
  • 当客户端同时发起的请求很多时，服务端需要创建很多的线程去处理每一个请求，如果达到了系统最大的线程数瓶颈，新来的请求就没法处理了。
  • BIO 适用于连接数比较小的业务场景，这样的话不至于系统中没有可用线程去处理请求。
  • 这种方式写的程序也比较简单直观，易于理解。
• 同步非阻塞方式 (NIO)
  • 客户端每发一次请求，服务端并不是每次都创建一个新线程来处理，而是通过 I/O 多路复用技术进行处理。
  • 就是把多个 I/O 的阻塞复用到同一个 select 的阻塞上，从而使系统在单线程的情况下可以同时处理多个客户端请求。
  • 这种方式的优势是开销小，不用为每个请求创建一个线程，可以节省系统开销。
• 异步非阻塞方式（AIO）
  • 客户端只需要发起一个 I/O 操作然后立即返回，等 I/O 操作真正完成以后，客户端会得到 I/O 操作完成的通知，此时客户端只需要对数据进行处理就好了，不需要进行实际的 I/O 读写操作，因为真正的 I/O 读取或者写入操作已经由内核完成了。
  • 这种方式的优势是客户端无需等待，不存在阻塞等待问题。

数据传输采用什么协议

• 最常用的有 HTTP 协议，它是一种开放的协议，各大网站的服务器和浏览器之间的数据传输大都采用了这种协议。还有一些定制的私有协议，比如阿里巴巴开源的 Dubbo 协议，也可以用于服务端和客户端之间的数据传输。
• 通常协议契约包括两个部分：消息头和消息体。其中消息头存放的是协议的公共字段以及用户扩展字段，消息体存放的是传输数据的具体内容。

数据该如何序列化和反序列化

• 一般数据在网络中进行传输前，都要先在发送方一端对数据进行编码，经过网络传输到达另一端后，再对数据进行解码，这个过程就是序列化和反序列化。
  • 网络传输的耗时一方面取决于网络带宽的大小，另一方面取决于数据传输量。
  • 要想加快网络传输，要么提高带宽，要么减小数据传输量，而对数据进行编码的主要目的就是减小数据传输量。
• 常用的序列化方式分为两类：文本类如 XML/JSON 等，二进制类如 PB/Thrift 等，而具体采用哪种序列化方式，主要取决于三个方面的因素。
  • 支持数据结构类型的丰富度
    • 数据结构种类支持的越多越好，这样的话对于使用者来说在编程时更加友好。
  • 跨语言支持
    • 序列化方式是否支持跨语言也是一个很重要的因素，否则使用的场景就比较局限。
  • 性能
    • 主要看两点，一个是序列化后的压缩比，一个是序列化的速度。
    • 以常用的 PB 序列化和 JSON 序列化协议为例来对比分析，PB 序列化的压缩比和速度都要比 JSON 序列化高很多，所以对性能和存储空间要求比较高的系统选用 PB 序列化更合适。
    • JSON 序列化虽然性能要差一些，但可读性更好，更适合对外部提供服务。