使用Netty实现RPC

Netty作为一个异步事件驱动的网络应用框架，可以用于快速开发可维护的高性能服务器和客户端。国内著名的RPC框架Dubbo底层使用的是Netty作为网络通信的。本篇文章我们来探索一下RPC框架的本质以及使用Netty来实现一个简单地RPC框架。

1. RPC是什么

RPC（Remote Procedure Call），翻译成中文就是远程过程调用。远程过程就是相对于本地方法而言的，是运行在某个远程的地方而不是本地。通过RPC可以实现像本地函数调用一样调用远程服务，是一种进程间的通信方式。RPC调用的本质可以用下图表示：

通过上面的描述，好像RPC与Socket非常像，都是调用远程的方法，都是client/server模式。但是值得注意的是，RPC并不等同于Socket。Socket是RPC经常采用的通信手段之一，RPC是在Socket的基础上实现的，它比socket需要更多的网络和系统资源。除了Socket，RPC还有其他的通信方法，比如：http、操作系统自带的管道等技术来实现对于远程程序的调用。微软的Windows系统中，RPC就是采用命名管道进行通信。需要了解Socket相关概念的，可以参考之前的这篇文章golang socket编程。

1.1 本地方法调用

本地方法调用使我们开发中最常见的，如下定义一个方法：

public String sayHello(String name) {
    return "hello, " + name;
}

只需要传入一个参数，调用sayHello方法就可以得到一个输出，入参、出参以及方法体都在同一个进程空间中，这就是本地方法调用

1.2 Socket通信

那有没有办法实现不同进程之间通信呢？调用方在进程A，需要调用方法B，但是方法B在进程B中。

最容易想到的实现方式

就是使用Socket通信，使用Socket可以完成跨进程调用，我们需要约定一个进程通信协议，来进行传参，调用函数，出参。写过Socket应该都知道，Socket是比较原始的方式，我们需要更多的去关注一些细节问题，比如参数和函数需要转换成字节流进行网络传输，也就是序列化操作，然后出参时需要反序列化。

假如RPC就是让我们在客户端直接使用Socket远程调用，那无疑是个灾难。所以有没有什么简单方法，让我们的调用方不需要关注细节问题，让调用方像调用本地函数一样，只要传入参数，调用方法，然后坐等返回结果就可以了呢？而这个诉求的解决方案就是RPC框架——为使用方屏蔽底层网络通信的细节。

1.3 RPC框架

RPC框架就是用来解决上面的问题的，它能够让调用方像调用本地函数一样调用远程服务，底层通讯细节对调用方是透明的，将各种复杂性都给屏蔽掉，给予调用方极致体验。

当server需要对方法内实现修改时，client完全感知不到，不用做任何变更。这种方式在跨部门，跨公司合作的时候是非常方便的。

1.4 RPC调用需要关注的技术细节

前面就已经说到RPC框架，可以让调用方像调用本地函数一样调用远程服务。原理就是RPC框架屏蔽Socket通信的相关细节，使调用方可以向调用本地方法一样调用远程方法。

在使用的时候，调用方是直接调用本地函数，传入相应参数，其他细节它不用管，至于通讯细节交给RPC框架来实现。实际上RPC框架采用代理类的方式，具体来说是动态代理的方式，在运行时动态创建新的类，也就是代理类，在该类中实现通讯的细节问题，比如与服务端的连接、参数序列化、结果反序列化等。

除了上述动态代理，还需要约定一个双方通信的协议格式，规定好协议格式，比如请求方法的类名、请求的方法名、请求参数的数据类型，请求的参数等，这样根据格式进行序列化后进行网络传输，然后服务端收到请求对象后按照指定格式进行解码，这样服务端才知道具体该调用哪个方法，传入什么样的参数。

刚才又提到网络传输，RPC框架重要的一环也就是网络传输，服务是部署在不同主机上的，如何高效的进行网络传输，尽量不丢包，保证数据完整无误的快速传递出去？实际上，就是利用我们今天的主角——Netty，Netty是一个高性能的网络通讯框架，它足以胜任我们的任务。

前面说了这么多，再次总结下一个RPC框架需要重点关注哪几个点：

• 动态代理
• 通信协议
• 序列化
• 网络传输

当然一个优秀的RPC框架需要关注的不止上面几点，只不过本篇文章旨在做一个简易的RPC框架，理解了上面关键的几点就够了

2. 基于Netty实现RPC框架

上面提到，RPC框架的几个技术细节：动态代理、通信协议、序列化以及网络传输，下面我们分别来实现。

2.1 通信协议

通信协议其实就是客户端和服务端约定的通信规则，本质就是用来约定客户端如何将需要调用的远程方法的信息通知给服务端，比如请求方法的类名、请求的方法名、请求参数的数据类型，请求的参数以及服务端返回结果等。所以需要约定一个通信协议用来交互上述信息。

• 请求对象

@Data
@ToString
public class RpcRequest {
    /**
     * 请求对象的ID，客户端用来验证服务器请求和响应是否匹配
     */
    private String requestId;
    /**
     * 类名
     */
    private String className;
    /**
     * 方法名
     */
    private String methodName;
    /**
     * 参数类型
     */
    private Class[] parameterTypes;
    /**
     * 入参
     */
    private Object[] parameters;
}

• 响应对象

@Data
public class RpcResponse {
    /**
     * 响应ID
     */
    private String requestId;
    /**
     * 错误信息
     */
    private String error;
    /**
     * 返回的结果
     */
    private Object result;
}

2.2 序列化

市面上序列化协议很多，比如jdk序列化工具（ObjectInputStream/ObjectOuputStream）、protobuf，kyro、Hessian等，只要不选择jdk自带的序列化方法，（因为其性能太差，序列化后产生的码流太大），其他方式其实都可以，这里为了方便起见，选用JSON作为序列化协议，使用fastjson作为JSON框架。

为了后续扩展方便，先定义序列化接口：

public interface Serializer {
    /**
     * java对象转换为二进制
     *
     * @param object
     * @return
     */
    byte[] serialize(Object object) throws IOException;

    /**
     * 二进制转换成java对象
     *
     * @param clazz
     * @param bytes
     * @param 
     * @return
     */
     T deserialize(Class clazz, byte[] bytes) throws IOException;
}

我们采用JSON的方式，这里定义实现类JSONSerializer：

public class JSONSerializer implements Serializer{

    @Override
    public byte[] serialize(Object object) {
        return JSON.toJSONBytes(object);
    }

    @Override
    public  T deserialize(Class clazz, byte[] bytes) {
        return JSON.parseObject(bytes, clazz);
    }
}

如果需要使用其他序列化方式，可以自行实现序列化接口。

2.3 编解码器

约定好协议格式和序列化方式之后，我们还需要编解码器，编码器将请求对象转换为适合于传输的格式（一般来说是字节流），而对应的解码器是将网络字节流转换回应用程序的消息格式。这里我们通过继承Netty提供的抽象类MessageToByteEncoder实现编码器，继承Netty提供的抽象类ByteToMessageDecoder实现解码器，上述抽象类继承关系如下：

• 编码器

public class RpcEncoder extends MessageToByteEncoder {
    private Class clazz;
    private Serializer serializer;

    public RpcEncoder(Class clazz, Serializer serializer) {
        this.clazz = clazz;
        this.serializer = serializer;
    }


    @Override
    protected void encode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Object msg, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
        if (clazz != null && clazz.isInstance(msg)) {
            byte[] bytes = serializer.serialize(msg);
            byteBuf.writeInt(bytes.length);
            byteBuf.writeBytes(bytes);
        }
    }
}

• 解码器

public class RpcDecoder extends ByteToMessageDecoder {
    private Class clazz;
    private Serializer serializer;

    public RpcDecoder(Class clazz, Serializer serializer) {
        this.clazz = clazz;
        this.serializer = serializer;
    }

    @Override
    protected void decode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf, List