RPC 是通信协议吗？→ 我们来看下它的演进过程

作者: Java入门到入坟 | 来源:发表于2021-01-19 14:44 被阅读0次

写在前面

单机应用中的方法调用很简单，直接调用就行，像这样

因为调用方与被调用方在一个进程内

随着业务的发展，单机应用会越来越力不从心，势必会引入分布式来解决单机的问题，那么调用方如何调用另一台机器上的方法呢？

这就涉及到分布式通信方式，从单机走向分布式，产生了很多通信方式

而 RPC 就是实现远程方法调用的方式之一；说 RPC 不是协议，可能很多小伙伴难以置信，以为我在骗你们

看着你们这一身腱子肉，我哪敢骗你们；只要你们把下面的看完，骗没骗你们，你们自己说了算

RPC 的演进过程

先说明一下，下文中的示例虽然是 Java 代码实现的，但原理是通用的，重点是理解其中的原理

第一版

两台机器之间进行交互，那么肯定离不开网络通信协议，TCP / IP 也就成了绕不开的点，所以先辈们最初想到的方法就是通过 TCP / IP 来实现远程方法的调用

而操作系统是没有直接暴露 TCP / IP 接口的，而是通过 Socket 抽象了 TCP / IP 接口，所以我们可以通过 Socket 来实现最初版的远程方法调用

完整示例代码：rpc-01，核心代码如下

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;
import com.qsl.rpc.server.UserServiceImpl;
import com.qsl.rpc.service.IUserService;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Server {
    private static boolean is_running = true;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        while (is_running) {
            System.out.println("等待 client 连接");
            Socket client = serverSocket.accept();
            System.out.println("获取到 client...");
            handle(client);
            client.close();
        }
        serverSocket.close();
    }

    private static void handle(Socket client) throws Exception {
        InputStream in = client.getInputStream();
        OutputStream out = client.getOutputStream();
        DataInputStream dis = new DataInputStream(in);
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(out);

        // 从 socket 读取参数
        int id = dis.readInt();
        System.out.println("id = " + id);

        // 查询本地数据
        IUserService userService = new UserServiceImpl();
        User user = userService.getUserById(id);

        // 往 socket 写响应值
        dos.writeInt(user.getId());
        dos.writeUTF(user.getName());
        dos.flush();

        dis.close();
        dos.close();
    }
}

Client：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        // 网络传输数据
        // 往 socket 写请求参数
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream());
        dos.writeInt(18);
        // 从 socket 读响应值
        DataInputStream  dis = new DataInputStream(s.getInputStream());
        int id = dis.readInt();
        String name = dis.readUTF();
        // 将响应值封装成 User 对象
        User user = new User(id, name);
        dos.close();
        dis.close();
        s.close();

        // 进行业务处理
        System.out.println(user);
    }
}

代码很简单，就是一个简单的 Socket 通信；如果看不懂，那就需要去补充下 Socket 和 IO 的知识

测试结果如下

可以看到 Client 与 Server 之间是可以进行通信的；但是，这种方式非常麻烦，有太多缺点，最明显的一个就是

Client 端业务代码与网络传输代码混合在一起，没有明确的模块划分

如果有多个开发者同时进行 Client 开发，那么他们都需要知道 Socket、IO

第二版

针对第一版的缺点，演进出了这一版，引进 Stub （早期的叫法，不用深究，理解成代理就行）实现 Client 端网络传输代码的封装

完整示例代码：rpc-02，改动部分如下

Stub：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;

import java.io.DataInputStream;
import java.io.DataOutputStream;
import java.net.Socket;

/**
 * 相当于一个静态代理，封装了网络数据传输
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/17 9:38
 */
public class Stub {

    public User getUserById(Integer id) throws Exception {
        Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888);

        // 网络传输数据
        // 往 socket 写请求参数
        DataOutputStream dos = new DataOutputStream(s.getOutputStream());
        dos.writeInt(id);
        // 从 socket 读响应值
        DataInputStream dis = new DataInputStream(s.getInputStream());
        int userId = dis.readInt();
        String name = dis.readUTF();
        // 将响应值封装成 User 对象
        User user = new User(userId, name);
        dos.close();
        dis.close();
        s.close();

        return user;
    }
}

Client：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // 不再关注网络传输
        Stub stub = new Stub();
        User user = stub.getUserById(18);

        // 进行业务处理
        System.out.println(user);
    }
}

Client 不再关注网络数据传输，一心关注业务代码就好

有小伙伴可能就杠上了：这不就是把网络传输代码移了个位置嘛，这也算改进？

迭代开发是一个逐步完善的过程，而这也算是一个改进哦

但这一版还是有很多缺点，最明显的一个就是

Stub 只能代理 IUserService 的一个方法 getUserById ，局限性太大，不够通用

如果想在 IUserService 新增一个方法： getUserByName ，那么需要在 Stub 中新增对应的方法，Server 端也需要做对应的修改来支持

第三版

第二版中的 Stub 代理功能太弱了，那有没有什么方式可以增强 Stub 的代理功能了？

前面的 Stub 相当于是一个静态代理，所以功能有限，那静态代理的增强版是什么了，没错，就是：动态代理

不熟悉动态代理的小伙伴，一定要先弄懂动态代理：设计模式之代理，手动实现动态代理，揭秘原理实现

JDK 有动态代理的 API，我们就用它来实现

完整示例代码：rpc-03，相较于第二版，改动比较大，大家需要仔细看

Server：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;
import com.qsl.rpc.server.UserServiceImpl;
import com.qsl.rpc.service.IUserService;

import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Server {
    private static boolean is_running = true;

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        while (is_running) {
            System.out.println("等待 client 连接");
            Socket client = serverSocket.accept();
            System.out.println("获取到 client...");
            handle(client);
            client.close();
        }
        serverSocket.close();
    }

    private static void handle(Socket client) throws Exception {
        InputStream in = client.getInputStream();
        OutputStream out = client.getOutputStream();
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out);

        // 获取方法名、方法的参数类型、方法的参数值
        String methodName = ois.readUTF();
        Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject();
        Object[] args = (Object[]) ois.readObject();

        IUserService userService = new UserServiceImpl();
        Method method = userService.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes);
        User user = (User) method.invoke(userService, args);

        // 往 socket 写响应值；直接写可序列化对象（实现 Serializable 接口）
        oos.writeObject(user);
        oos.flush();

        ois.close();
        oos.close();
    }
}

Stub：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;
import com.qsl.rpc.service.IUserService;

import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.net.Socket;

/**
 * 动态代理，封装了网络数据传输
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/17 9:38
 */
public class Stub {

    public static IUserService getStub() {
        Object obj = Proxy.newProxyInstance(IUserService.class.getClassLoader(),
                new Class[]{IUserService.class}, new NetInvocationHandler());
        return (IUserService)obj;
    }

    static class NetInvocationHandler implements InvocationHandler {

        /**
         *
         * @param proxy
         * @param method
         * @param args
         * @return
         * @throws Throwable
         */
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888);

            // 网络传输数据
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(s.getOutputStream());
            // 传输方法名、方法参数类型、方法参数值；可能会有方法重载，所以要传参数列表
            oos.writeUTF(method.getName());
            Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
            oos.writeObject(parameterTypes);
            oos.writeObject(args);

            // 从 socket 读响应值
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(s.getInputStream());
            User user = (User) ois.readObject();

            oos.close();
            ois.close();
            s.close();

            return user;
        }
    }
}

Client：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.User;
import com.qsl.rpc.service.IUserService;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        IUserService userService = Stub.getStub();
        //User user = userService.getUserById(23);

        User user = userService.getUserByName("李小龙");
        // 进行业务处理
        System.out.println(user);
    }
}

我们来看下效果

此时， IUserService 接口的方法都能被代理了，即使它新增接口， Stub 不用做任何修改也能代理上

另外， Server 端的响应值改成了对象，而不是单个属性逐一返回，那么无论 User 是新增属性，还是删减属性，Client 和 Server 都不受影响了

这一版的改进是非常大的进步；但还是存在比较明显的缺点

只支持 IUserService ，通用性还是不够完美

如果新引进了一个 IPersonService ，那怎么办？

第四版

第三版相当于 Client 与 Server 端约定好了，只进行 User 服务的交互，所以 User 之外的服务，两边是通信不上的

如果还需要进行其他服务的交互，那么 Client 就需要将请求的服务名作为参数传递给 Server，告诉 Server 我需要和哪个服务进行交互

所以，Client 和 Server 都需要进行改造

完整示例代码：rpc-04，相较于第三版，改动比较小，相信大家都能看懂

Server：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.server.PersonServiceImpl;
import com.qsl.rpc.server.UserServiceImpl;

import java.io.InputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.lang.reflect.Method;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.HashMap;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Server {
    private static boolean is_running = true;

    private static final HashMap<String, Object> REGISTRY_MAP = new HashMap();

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        // 向注册中心注册服务
        REGISTRY_MAP.put("com.qsl.rpc.service.IUserService", new UserServiceImpl());
        REGISTRY_MAP.put("com.qsl.rpc.service.IPersonService", new PersonServiceImpl());

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8888);
        while (is_running) {
            System.out.println("等待 client 连接");
            Socket client = serverSocket.accept();
            System.out.println("获取到 client...");
            handle(client);
            client.close();
        }
        serverSocket.close();
    }

    private static void handle(Socket client) throws Exception {
        InputStream in = client.getInputStream();
        OutputStream out = client.getOutputStream();
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(in);
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(out);

        // 获取服务名
        String serviceName = ois.readUTF();
        System.out.println("serviceName = " + serviceName);

        // 获取方法名、方法的参数类型、方法的参数值
        String methodName = ois.readUTF();
        Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject();
        Object[] args = (Object[]) ois.readObject();

        // 获取服务；从服务注册中心获取服务
        Object serverObject = REGISTRY_MAP.get(serviceName);

        // 通过反射调用服务的方法
        Method method = serverObject.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes);
        Object resp = method.invoke(serverObject, args);

        // 往 socket 写响应值；直接写可序列化对象（实现 Serializable 接口）
        oos.writeObject(resp);
        oos.flush();

        ois.close();
        oos.close();
    }
}

Stub：

package com.qsl.rpc;

import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.net.Socket;

/**
 * 动态代理，封装了网络数据传输
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/17 9:38
 */
public class Stub {

    public static Object getStub(Class clazz) {
        Object obj = Proxy.newProxyInstance(clazz.getClassLoader(), new Class[]{clazz}, new NetInvocationHandler(clazz));
        return obj;
    }

    static class NetInvocationHandler implements InvocationHandler {

        private Class clazz;

        NetInvocationHandler(Class clazz){
            this.clazz = clazz;
        }

        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Socket s = new Socket("127.0.0.1", 8888);

            // 网络传输数据
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(s.getOutputStream());

            // 传输接口名，告诉服务端，我要哪个服务
            oos.writeUTF(clazz.getName());

            // 传输方法名、方法参数类型、方法参数值；可能会有方法重载，所以要传参数列表
            oos.writeUTF(method.getName());
            Class[] parameterTypes = method.getParameterTypes();
            oos.writeObject(parameterTypes);
            oos.writeObject(args);

            // 从 socket 读响应值
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(s.getInputStream());
            Object resp = ois.readObject();

            oos.close();
            ois.close();
            s.close();

            return resp;
        }
    }
}

Client：

package com.qsl.rpc;

import com.qsl.rpc.entity.Person;
import com.qsl.rpc.entity.User;
import com.qsl.rpc.service.IPersonService;
import com.qsl.rpc.service.IUserService;

/**
 * @author 青石路
 * @date 2021/1/16 19:49
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        /*IUserService userService = (IUserService)Stub.getStub(IUserService.class);
        User user = userService.getUserByName("青石路");
        System.out.println(user);*/

        IPersonService personService = (IPersonService)Stub.getStub(IPersonService.class);
        Person person = personService.getPersonByPhoneNumber("123");
        System.out.println(person);
    }
}

此版本抽象的比较好了，屏蔽了底层细节，支持任何服务的任意方法，算是一个比较完美的版本了

至此，一个最基础的 RPC 就已经实现了

但是，还是有大量的细节可以改善，序列化与反序列化就是其中之一

网络中数据的传输都是二进制，所以请求参数需要序列化成二进制，响应参数需要反序列化成对象

而 JDK 自带的序列化与反序列化，具有语言局限性、效率慢、序列化后的长度太长等缺点

序列化与反序列化协议非常多，常见的有

这些协议孰好孰坏，本文不做过多阐述，这里提出来只是想告诉大家：序列化与反序列化协议是 RPC 中的重要一环

总结

1、RPC 的演进过程

2、RPC 的组成要素

三要素：动态代理、序列化与反序列化协议、网络通信协议

网络通信协议可以是 TCP、UDP，也可以是 HTTP 1.x、HTTP 2，甚至有能力可以是自定义协议

3、RPC 框架

RPC 不等同于 RPC 框架，RPC 是一个概念，是一个分布式通信方式

基于 RPC 产生了很多 RPC 框架：Dubbo、Netty、gRPC、BRPC、Thrift、JSON-RPC 等等

RPC 框架对 RPC 进行了功能丰富，包括：服务注册、服务发现、服务治理、服务监控、服务负载均衡等功能

RPC 是通信协议吗？→ 我们来看下它的演进过程

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RPC 的演进过程

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第二版

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