几段代码,带你理解RPC
RPC
RPC 远程过程调用可以说是分布式系统的基础，本文将通过 Java 演示一次普通的 rpc 调用到底发生了什么。
咸鱼君曾经在网上看到有人提问，为什么 RPC 要叫作远程过程调用，而不叫作 RMC 远程方法调用。但咸鱼君为 RPC 的叫法才是合理的，远程调用的是某个过程，不一定是一个具体的方法。（你只要看过后面第一个版本的代码就能懂了）
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这整个过程可以用一句话概括：机器 A 通过网络与机器B建立连接，A 发送一些参数给 B，B 执行某个过程，并把结果返回给 A。
在写代码之前，先说一个前置背景，假设我们有一个商品类
public class Product implements Serializable {
private Integer id;
private String name;
public Product(Integer id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
//toString()
//get set 方法
}
有一个商品服务接口
public interface IProductService {
Product getProductById(Integer id);
}
服务端有商品服务接口的实现类
public class ProductServiceImpl implements IProductService {
@Override
public Product getProductById(Integer id) {
//实际上这里应该去查询数据库获得数据，下面简化了
return new Product(id, "手机");
}
}
下面我们通过客户端发送一个商品 id 到服务端，服务端获得 id 后通过商品服务类获取商品信息，返回给客户端
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//建立Socket
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
//获取输出流
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos);
//把商品Id通过网络传到服务端
dos.writeInt(123);
socket.getOutputStream().write(baos.toByteArray());
socket.getOutputStream().flush();
//读取服务端返回的商品信息
DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream());
Integer id = dis.readInt(); //商品id
String name = dis.readUTF(); //商品名称
Product product = new Product(id, name);//通过服务端返回的商品信息生成商品
System.out.println(product);
//关闭流资源为了方便阅读，没有做try-catch处理
dos.close();
baos.close();
socket.close();
}
}
public class Server {
private static boolean running = true;
public static void main(String[] args) throws Exception {
//建立服务端Socket
ServerSocket ss = new ServerSocket(8888);
//不断监听，处理客户端请求
while (running) {
Socket socket = ss.accept();
process(socket);
socket.close();
}
ss.close();
}
private static void process(Socket socket) throws Exception {
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);
//读取客户端发过来的id
Integer id = dis.readInt();
//调用服务类生成商品
IProductService service = new ProductServiceImpl();
Product product = service.getProductById(id);
//把商品的信息写回给客户端
dos.writeInt(id);
dos.writeUTF(product.getName());
dos.flush();
dos.close();
dis.close();
os.close();
is.close();
}
}
上面的是 RPC 远程调用的原始简易版本，可以看到联网的代码写死在了客户端中，网络部分代码和getProductById()耦合在了一起，如果想把别的方法改为远程调用还要重新写一遍联网的代码，非常麻烦。
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在实际的使用中，我们会编写各种各样的远程调用，打个比方，IProductService接口以后可能会扩展成这样：
public interface IProductService {
Product getProductById(Integer id);
Product getProductByName(String name);
Product getMostExpensiveProduct();
}
我们总不可能为每个方法都编写一段网络连接的代码吧，我们得想到一种办法为所有的方法都嵌入一段共用的网络连接代码。
那具体应该怎样嵌入呢？这里我们可以用到代理模式。
在 Java 中许多优秀的框架都用到了代理模式做代码嵌入，比如说 Mybatis。它把 JDBC 连接部分的代码通过代理模式嵌入到 sql 语句的周围，让我们专注于写 sql。
首先，服务端的代码要进行修改，由于多个方法共用一套联网的代码，我们要在服务端识别调用的是哪一个方法：
public class Server {
private static boolean running = true;
public static void main(String[] args) throws Exception {
//......
}
private static void process(Socket socket) throws Exception {
//获取输入流，输出流
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is);
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os);
//获取本次远程调用的方法名
String methodName = ois.readUTF();
//获取本次远程调用方法的参数类型
Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject();
//获取具体的参数对象
Object[] args = (Object[]) ois.readObject();
//创建商品服务类实例，（往后这里可以继续优化）
IProductService service = new ProductServiceImpl();
//根据远程获取的方法名和参数，调用相应的方法
Method method = service.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes);
Product product = (Product) method.invoke(service, args);
//把结果写回给客户端
oos.writeObject(product);
oos.close();
ois.close();
socket.close();
}
}
然后在客户端，我们创建一个新的代理类，对外提供一个 getStub 获取代理类的方法。使用 JDK 的动态代理需要三个参数，一个是类加载器，一个是接口的 class 类，最后一个是InvocationHandler实例。
JDK 动态代理背后的逻辑是这样的：JVM 会根据接口的 class 类动态创建一个代理类对象，这个代理对象实现了传入的接口，也就是说它拥有了接口中所有方法的实现。方法具体的实现可以由用户指定，也就是调用InvocationHandler的invoke方法。
在
invoke方法中有三个参数，分别是proxy代理类，method调用的方法，args调用方法的参数。我们可以在invoke方法中对具体的实现方法进行增强，在本案例中就是进行网络调用。
public class Stub {
public static IProductService getStub() {
InvocationHandler h = new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
//和服务端建立Socket连接
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888);
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
//拿到远程调用的方法名
String methodName = method.getName();
//拿到远程调用方法的参数类型
Class[] parametersTypes = method.getParameterTypes();
//把方法名传递给服务端
oos.writeUTF(methodName);
//把方法参数类型传递给服务端
oos.writeObject(parametersTypes);
//把方法参数传递给服务端
oos.writeObject(args);
oos.flush();
//获取远程调用的返回结果
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
Product product = (Product) ois.readObject();
ois.close();
oos.close();
socket.close();
return product;
}
};
Object o = Proxy.newProxyInstance(IProductService.class.getClassLoader(), new Class[]{IProductService.class}, h);
return (IProductService) o;
}
}
这个新版本比第一个版本又美好了一些，但是其实还可以继续优化。现在我们的代理只能够返回IProductService的实现类，得想办法让它返回任意类型的服务实现类。
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思路和远程调用方法相似，在远程调用方法时，我们把方法的名称，参数类型，参数传递给服务端；现在要动态创建服务类，我们可以把服务接口的名字传给服务端。服务端拿到远程接口的名字后，就可以从服务注册表中找到对应服务实现类。
至于服务实现类如何注册到服务注册表，这里提供一个思路：可以考虑使用 Spring 的注解注入。这和我们平时写 spring 代码是相似的，在创建完服务实现类后我们会加上注解 @Service，这样我们就可以在收到远程调用后，遍历使用了 @Service的Bean，找到对应的实现类。
总结
如果想要搭建一个简易的RPC框架，有4个点：
- 代理问题
- 服务实例化问题
- 序列化问题
- 通信问题
本篇文章的侧重点是前两个，代理问题和服务实例化问题，我们回顾一下：
- 首先通过代理模式解决了每个远程方法联网的问题
- 通过传递方法名，方法参数类型，参数，以及后面提及的直接传接口名字的形式解决服务实例化问题，这背后的原理是反射，传这些参数也是给反射用的。
关于另外两个点的延伸
在网络上传输数据避免不了序列化问题。Java 自带的序列化方式效率比较低，如果要造一个 RPC 框架的话，我们可以考虑引入其他第三方的序列化框架。
通信问题也很重要，现有的 RPC 框架使用的通信协议也不相同，各有各的优缺点。但这部分手动实现可能比较困难，可以根据语言自身封装好的 API 进行选择。
参考：马士兵 rpc 的演化过程公开课 https://www.bilibili.com/video/BV1Ug4y1875i?p=2
最后
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本文参考公众号 "java极客技术"
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