自己动手从0开始实现一个分布式 RPC 框架

前言

为什么要自己写一个RPC框架，我觉得从个人成长上说，如果一个程序员能清楚的了解RPC框架所具备的要素，掌握RPC框架中涉及的服务注册发现、负载均衡、序列化协议、RPC通信协议、Socket通信、异步调用、熔断降级等技术，可以全方位的提升基本素质。虽然也有相关源码，但是只看源码容易眼高手低，动手写一个才是自己真正掌握这门技术的最优路径。

一 什么是RPC

RPC（Remote Procedure Call）远程过程调用，简言之就是像调用本地方法一样调用远程服务。目前外界使用较多的有gRPC、Dubbo、Spring Cloud等。相信大家对RPC的概念都已经很熟悉了，这里不做过多介绍。

二 分布式RPC框架要素

一款分布式RPC框架离不开三个基本要素：

• 服务提供方 Serivce Provider
• 服务消费方 Servce Consumer
• 注册中心 Registery

围绕上面三个基本要素可以进一步扩展服务路由、负载均衡、服务熔断降级、序列化协议、通信协议等等。

1 注册中心

主要是用来完成服务注册和发现的工作。虽然服务调用是服务消费方直接发向服务提供方的，但是现在服务都是集群部署，服务的提供者数量也是动态变化的，所以服务的地址也就无法预先确定。因此如何发现这些服务就需要一个统一注册中心来承载。

2 服务提供方（RPC服务端）

其需要对外提供服务接口，它需要在应用启动时连接注册中心，将服务名及其服务元数据发往注册中心。同时需要提供服务服务下线的机制。需要维护服务名和真正服务地址映射。服务端还需要启动Socket服务监听客户端请求。

3 服务消费方（RPC客户端）

客户端需要有从注册中心获取服务的基本能力，它需要在应用启动时，扫描依赖的RPC服务，并为其生成代理调用对象，同时从注册中心拉取服务元数据存入本地缓存，然后发起监听各服务的变动做到及时更新缓存。在发起服务调用时，通过代理调用对象，从本地缓存中获取服务地址列表，然后选择一种负载均衡策略筛选出一个目标地址发起调用。调用时会对请求数据进行序列化，并采用一种约定的通信协议进行socket通信。

三 技术选型

1 注册中心

目前成熟的注册中心有Zookeeper，Nacos，Consul，Eureka，它们的主要比较如下：

本实现中支持了两种注册中心Nacos和Zookeeper，可根据配置进行切换。

2 IO通信框架

本实现采用Netty作为底层通信框架，Netty是一个高性能事件驱动型的非阻塞的IO(NIO)框架。

3 通信协议

TCP通信过程中会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分，所以在业务上认为一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送，也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送，这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。所以需要对发送的数据包封装到一种通信协议里。

业界的主流协议的解决方案可以归纳如下：

1. 消息定长，例如每个报文的大小为固定长度100字节，如果不够用空格补足。
2. 在包尾特殊结束符进行分割。
3. 将消息分为消息头和消息体，消息头中包含表示消息总长度（或者消息体长度）的字段。

很明显1，2都有些局限性，本实现采用方案3，具体协议设计如下：

+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+ 
|  BYTE  |        |        |        |        |        |        |             ........ 
+--------------------------------------------+--------+-----------------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+-----------------+ 
|  magic | version|  type  |           content lenth           |                   content byte[]                                        |        | 
+--------+----------------------------------