RPC全称Remote Procedure Call，即远程过程调用，对于调用者无感知这是一个远程调用功能。目前流行的开源RPC 框架有阿里的Dubbo、Google 的 gRPC、Twitter 的Finagle 等。本次RPC框架的设计主要参考的是阿里的Dubbo，这里Netty 基本上是作为架构的技术底层而存在的，主要完成高性能的网络通信，从而实现高效的远程调用。
Dubbo的架构与Spring
其实在之前的文章中《谈谈京东的服务框架》，探讨过Dubbo的组成和架构。
另外使用Dubbo最方便的地方在于它可以和Spring非常方便的集成，Dubbo对于配置的优化也是随着Spring一脉相承的，从最早的XML形式到后来的注解方式以及自动装配，都是在不断地简化开发过程来提高开发效率。
Dubbo在Spring框架中的工作流程：
1、Spring的IOC容器启动
2、把服务注册到注册中心(zookeeper软件)中
3、消费者启动时会把它需要用到的服务从注册中心拉取下来
4、提供者的地址发生改变时，注册中心会马上通知消费者
5、根据注册中心中的服务地址直接就可以调用提供者了，如果调用了提供者，就会把提供者的地址主动缓存起来
6、监控消费者调用提供者的次数
RPC实现的关键
1、序列化与反序列化
在远程过程调用时，客户端跟服务端是不同的进程，甚至有时候客户端用Java，服务端用C++。这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流，传给服务端后，再把字节流转成自己能读取的格式，这个过程叫序列化和反序列化，同理，从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。在序列化的时候，我们选择Netty自身的对象序列化器。
2、数据网络传输
解决了序列化的问题，那么剩下的就是如何把数据参数传到生产者，网络传输层需要把序列化后的参数字节流传给服务端，然后再把序列化后的调用结果传回客户端，虽然大部分RPC框架都采用了TCP作为传输协议，其实UDP也可以作为传输协议的，基于TCP和UDP我们可以自定义任意规则的协议，加之我们要使用NIO通信方式作为高性能网络服务的前提，于是Netty似乎更符合我们Java程序员的口味，Netty真香！
3、告诉注册中心我要调谁
现在调用参数的序列化和网络传输都已经具备，但是还有个问题，那就是消费者要调用谁的问题，一个函数或者方法，我们可以理解为一个服务，这些服务注册在注册中心上面，只有当消费者告诉注册中心要调用谁，才可以进行远程调用。所以不但要把将要调用的服务的参数传过去，也要把要调用的服务信息传过去。
简易RPC框架的架构
Dubbo 核心模块主要有四个：Registry 注册中心、Provider 服务提供者、Consumer 服务消费者、Monitor监控，为了方便直接砍掉了监控模块，同时把服务提供者模块与注册中心模块写在一起，通过实现自己的简易IOC容器，完成对服务提供者的实例化。
关于使用Netty进行Socket编程的部分可以参考Netty的官网 或者我之前的博客《Netty编码实战与Channel生命周期》，在这里Netty的编码技巧和方式不作为本文的重点。
RPC框架编码实现
首先需要引入的依赖如下(Netty + Lombok)：
<dependency>
<groupId>io.netty</groupId>
<artifactId>netty-all</artifactId>
<version>4.1.6.Final</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<version>1.16.8</version>
</dependency>
1、Registry与Provider
目录结构如下：
───src
└─main
├─java
│ └─edu
│ └─xpu
│ └─rpc
│ ├─api
│ │ IRpcCalc.java
│ │ IRpcHello.java
│ │
│ ├─core
│ │ InvokerMessage.java
│ │
│ ├─provider
│ │ RpcCalcProvider.java
│ │ RpcHelloProvider.java
│ │
│ └─registry
│ MyRegistryHandler.java
│ RpcRegistry.java
│
└─resources
───pom.xml
IRpcCalc.java与IRpcHello.java是两个Service接口。IRpcCalc.java内容如下，完成模拟业务加、减、乘、除运算
public interface IRpcCalc {
// 加
int add(int a, int b);
// 减
int sub(int a, int b);
// 乘
int mul(int a, int b);
// 除
int div(int a, int b);
}
IRpcHello.java，测试服务是否可用：
public interface IRpcHello {
String hello(String name);
}
至此API 模块就定义完成了，非常简单的两个接口。接下来，我们要确定传输规则，也就是传输协议，协议内容当然要自定义，才能体现出Netty 的优势。
设计一个InvokerMessage类，里面包含了服务名称、调用方法、参数列表、参数值，这就是我们自定义协议的协议包：
@Data
public class InvokerMessage implements Serializable {
private String className; // 服务名称
private String methodName; // 调用哪个方法
private Class<?>[] params; // 参数列表
private Object[] values; // 参数值
}
通过定义这样的协议类，就能知道我们需要调用哪个服务，服务中的哪个方法，方法需要传递的参数列表（参数类型+参数值），这些信息正确传递过去了才能拿到正确的调用返回值。
接下来创建这两个服务的具体实现类，IRpcHello的实现类如下：
public class RpcHelloProvider implements IRpcHello {
public String hello(String name) {
return "Hello, " + name + "!";
}
}
IRpcCalc的实现类如下：
public class RpcCalcProvider implements IRpcCalc {
@Override
public int add(int a, int b) {
return a + b;
}
@Override
public int sub(int a, int b) {
return a - b;
}
@Override
public int mul(int a, int b) {
return a * b;
}
@Override
public int div(int a, int b) {
return a / b;
}
}
Registry 注册中心主要功能就是负责将所有Provider的服务名称和服务引用地址注册到一个容器中（这里为了方便直接使用接口类名作为服务名称，前提是假定我们每个服务只有一个实现类），并对外发布。Registry 应该要启动一个对外的服务，很显然应该作为服务端，并提供一个对外可以访问的端口。先启动一个Netty服务，创建RpcRegistry 类，RpcRegistry.java的具体代码如下：
public class RpcRegistry {
private final int port;
public RpcRegistry(int port){
this.port = port;
}
public void start(){
NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
NioEventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();
try{
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap.group(bossGroup, workGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline();
// 处理拆包、粘包的编解码器
pipeline.addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(Integer.MAX_VALUE, 0, 4, 0, 4));
pipeline.addLast(new LengthFieldPrepender(4));
// 处理序列化的编解码器
pipeline.addLast("encoder", new ObjectEncoder());
pipeline.addLast("decoder", new ObjectDecoder(Integer.MAX_VALUE, ClassResolvers.cacheDisabled(null)));
// 自己的业务逻辑
pipeline.addLast(new MyRegistryHandler());
}
})
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 128)
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true); // 设置长连接
ChannelFuture channelFuture = serverBootstrap.bind(this.port).sync();
System.out.println("RPC Registry start listen at " + this.port);
channelFuture.channel().closeFuture().sync();
} catch (Exception e){
e.printStackTrace();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workGroup.shutdownGracefully();
}
}
public static void main(String[] args) {
new RpcRegistry(8080).start();
}
}
接下来只需要实现我们自己的Handler即可，创建MyRegistryHandler.java，内容如下：
public class MyRegistryHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
// 在注册中心注册服务需要有容器存放
public static ConcurrentHashMap<String, Object> registryMap = new ConcurrentHashMap<>();
// 类名的缓存位置
private static final List<String> classCache = new ArrayList<>();
// 约定，只要是写在provider下所有的类都认为是一个可以对完提供服务的实现类
// edu.xpu.rpc.provider
public MyRegistryHandler(){
scanClass("edu.xpu.rpc.provider");
doRegister();
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
Object result = new Object();
// 客户端传过来的调用信息
InvokerMessage request = (InvokerMessage)msg;
// 先判断有没有这个服务
String serverClassName = request.getClassName();
if(registryMap.containsKey(serverClassName)){
// 获取服务对象
Object clazz = registryMap.get(serverClassName);
Method method = clazz.getClass().getMethod(request.getMethodName(), request.getParams());
result = method.invoke(clazz, request.getValues());
System.out.println("request=" + request);
System.out.println("result=" + result);
}
ctx.writeAndFlush(result);
ctx.close();
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
// 实现简易IOC容器
// 扫描出包里面所有的Class
private void scanClass(String packageName){
ClassLoader classLoader = this.getClass().getClassLoader();
URL url = classLoader.getResource(packageName.replaceAll("\\.", "/"));
File dir = new File(url.getFile());
File[] files = dir.listFiles();
for (File file: files){
if(file.isDirectory()){
scanClass(packageName + "." + file.getName());
}else{
// 拿出类名
String className = packageName + "." + file.getName().replace(".class", "").trim();
classCache.add(className);
}
}
}
// 把扫描到的Class实例化，放到Map中
// 注册的服务名称就叫做接口的名字 [约定优于配置]
private void doRegister(){
if(classCache.size() == 0) return;
for (String className: classCache){
try {
Class<?> clazz = Class.forName(className);
// 服务名称
Class<?> anInterface = clazz.getInterfaces()[0];
registryMap.put(anInterface.getName(), clazz.newInstance());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
在这里还通过反射实现了简易的IOC容器，先递归扫描provider包底下的类，把这些类的对象作为服务对象放到IOC容器中进行管理，由于IOC是一个Map实现的，所以将类名作为服务名称，也就是Key，服务对象作为Value。根据消费者传过来的服务名称，就可以找到对应的服务，到此，Registry和Provider已经全部写完了。
2、consumer
目录结构如下：
└─src
├─main
│ ├─java
│ │ └─edu
│ │ └─xpu
│ │ └─rpc
│ │ ├─api
│ │ │ IRpcCalc.java
│ │ │ IRpcHello.java
│ │ │
│ │ ├─consumer
│ │ │ │ RpcConsumer.java
│ │ │ │
│ │ │ └─proxy
│ │ │ RpcProxy.java
│ │ │ RpcProxyHandler.java
│ │ │
│ │ └─core
│ │ InvokerMessage.java
│ │
│ └─resources
└─test
└─java
└─ pom.xml
在看客户端的实现之前，先梳理一下RPC流程。API 模块中的接口只在服务端实现了。因此，客户端调用API 中定义的某一个接口方法时，实际上是要发起一次网络请求去调用服务端的某一个服务。而这个网络请求首先被注册中心接收，由注册中心先确定需要调用的服务的位置，再将请求转发至真实的服务实现，最终调用服务端代码，将返回值通过网络传输给客户端。整个过程对于客户端而言是完全无感知的，就像调用本地方法一样，所以必定要对客户端的API接口做代理，隐藏网络请求的细节。
由上图的流程图可知，要让用户调用无感知，必须创建出代理类来完成网络请求的操作。
RpcProxy.java如下：
public class RpcProxy {
public static <T> T create(Class<?> clazz) {
//clazz传进来本身就是interface
MethodProxy proxy = new MethodProxy(clazz);
T result = (T) Proxy.newProxyInstance(clazz.getClassLoader(), new Class[]{clazz} , proxy);
return result;
}
private static class MethodProxy implements InvocationHandler {
private Class<?> clazz;
public MethodProxy(Class<?> clazz) {
this.clazz = clazz;
}
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
// 如果传进来是一个已实现的具体类
if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
try {
return method.invoke(this, args);
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
}
// 如果传进来的是一个接口（核心)
} else {
return rpcInvoke(method, args);
}
return null;
}
// 实现接口的核心方法
public Object rpcInvoke(Method method, Object[] args) {
// 传输协议封装
InvokerMessage invokerMessage = new InvokerMessage();
invokerMessage.setClassName(this.clazz.getName());
invokerMessage.setMethodName(method.getName());
invokerMessage.setValues(args);
invokerMessage.setParams(method.getParameterTypes());
final RpcProxyHandler consumerHandler = new RpcProxyHandler();
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = ch.pipeline();
pipeline.addLast("frameDecoder", new LengthFieldBasedFrameDecoder(Integer.MAX_VALUE, 0, 4, 0, 4));
//自定义协议编码器
pipeline.addLast("frameEncoder", new LengthFieldPrepender(4));
//对象参数类型编码器
pipeline.addLast("encoder", new ObjectEncoder());
//对象参数类型解码器
pipeline.addLast("decoder", new ObjectDecoder(Integer.MAX_VALUE, ClassResolvers.cacheDisabled(null)));
pipeline.addLast("handler", consumerHandler);
}
});
ChannelFuture future = bootstrap.connect("localhost", 8080).sync();
future.channel().writeAndFlush(invokerMessage).sync();
future.channel().closeFuture().sync();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
return consumerHandler.getResponse();
}
}
}
我们通过传进来的接口对象，获得了要调用的服务名，服务方法名，参数类型列表，参数列表，这样就把自定义的RPC协议包封装好了，只需要把协议包发出去等待结果返回即可，所以为了接收返回值数据还需要自定义一个接收用的Handler，RpcProxyHandlerdiamante如下：
public class RpcProxyHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {
private Object result;
public Object getResponse() {
return result;
}
@Override
public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
result = msg;
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
System.out.println("client exception is general");
}
}
这样就算是完成了整个流程，下面开始测试一下吧，测试的RpcConsumer.java代码如下：
public class RpcConsumer {
public static void main(String[] args) {
// 本机之间的正常调用
// IRpcHello iRpcHello = new RpcHelloProvider();
// iRpcHello.hello("Tom");
// 肯定是用动态代理来实现的
// 传给它接口，返回一个接口的实例，伪代理
IRpcHello rpcHello = RpcProxy.create(IRpcHello.class);
System.out.println(rpcHello.hello("ZouChangLin"));
int a = 10;
int b = 5;
IRpcCalc iRpcCalc = RpcProxy.create(IRpcCalc.class);
System.out.println(String.format("%d + %d = %d", a, b, iRpcCalc.add(a, b)));
System.out.println(String.format("%d - %d = %d ", a, b, iRpcCalc.sub(a, b)));
System.out.println(String.format("%d * %d = %d", a, b, iRpcCalc.mul(a, b)));
System.out.println(String.format("%d / %d = %d", a, b, iRpcCalc.div(a, b)));
}
}
3、效果测试
先开启Registry，运行端口是8080：
开启consumer开始调用
调用完成后可以看到调用结果正确，并且在Registry这边也看到了日志：
可以发现，简易RPC框架顺利完工！
作者：zchanglin
链接：https://juejin.cn/post/6948351262668636174
来源：掘金
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