Java講解RPC的基本實現


RPC遠程過程調用可以說是分布式系統的基礎,本文將通過Java演示一次普通的rpc調用到底發生了什么。

我曾經在網上看到有人提問,為什么RPC要叫作遠程過程調用,而不叫作RMC遠程方法調用。個人認為RPC的叫法才是合理的,遠程調用的是某個過程,不一定是一個具體的方法,你只要看過第一個版本的代碼就能懂了。

這整個過程可以用一句話概括:機器A通過網絡與機器B建立連接,A發送一些參數給B,B執行某個過程,並把結果返回給A。

先說一個前置背景,我們有一個商品類

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 } 

有一個商品服務接口

public interface IProductService { Product getProductById(Integer id); } 

服務端有商品服務接口的實現類

public class ProductServiceImpl implements IProductService { @Override public Product getProductById(Integer id) { //實際上這里應該去查詢數據庫獲得數據,下面簡化了 return new Product(id, "手機"); } } 

下面我們通過客戶端發送一個商品id到服務端,服務端獲得id后通過通過商品服務類獲取商品信息,返回給客戶端

public class Client { public static void main(String[] args) throws Exception { //建立Socket Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888); //獲取輸出流 ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); DataOutputStream dos = new DataOutputStream(baos); //把商品Id通過網絡傳到服務端 dos.writeInt(123); socket.getOutputStream().write(baos.toByteArray()); socket.getOutputStream().flush(); //讀取服務端返回的商品信息 DataInputStream dis = new DataInputStream(socket.getInputStream()); Integer id = dis.readInt(); //商品id String name = dis.readUTF(); //商品名稱 Product product = new Product(id, name);//通過服務端返回的商品信息生成商品 System.out.println(product); //關閉流資源為了方便閱讀,沒有做try-catch處理 dos.close(); baos.close(); socket.close(); } } public class Server { private static boolean running = true; public static void main(String[] args) throws Exception { //建立服務端Socket ServerSocket ss = new ServerSocket(8888); //不斷監聽,處理客戶端請求 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); //讀取客戶端發過來的id Integer id = dis.readInt(); //調用服務類生成商品 IProductService service = new ProductServiceImpl(); Product product = service.getProductById(id); //把商品的信息寫回給客戶端 dos.writeInt(id); dos.writeUTF(product.getName()); dos.flush(); dos.close(); dis.close(); os.close(); is.close(); } } 

上面的是RPC遠程調用1.0版本,可以看到聯網的代碼寫死在了客戶端中,網絡的代碼和getProductById()耦合在了一起,實際的rpc框架是絕對不可能這么做的。

在實際的使用中,我們會編寫各種各樣的遠程調用,打個比方,IProductService接口以后可能會擴展成這樣:

public interface IProductService { Product getProductById(Integer id); Product getProductByName(String name); Product getMostExpensiveProduct(); } 

我們總不可能為每個方法都編寫一段網絡連接的代碼吧,我們得想到一種辦法為所有的方法都嵌入一段共用的網絡連接代碼。

那具體應該怎樣嵌入呢?這里我們可以用到代理模式。

在Java中許多優秀的框架都用到了代理模式做代碼嵌入,比如說Mybatis。它把JDBC連接部分的代碼通過代理模式嵌入到sql語句的周圍,讓我們專注於寫sql。

首先,服務端的代碼要進行修改:

public class Server { private static boolean running = true; public static void main(String[] args) throws Exception { //...... } private static void process(Socket socket) throws Exception { //獲取輸入流,輸出流 InputStream is = socket.getInputStream(); OutputStream os = socket.getOutputStream(); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(is); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(os); //獲取本次遠程調用的方法名 String methodName = ois.readUTF(); //獲取本次遠程調用方法的參數類型 Class[] parameterTypes = (Class[]) ois.readObject(); //獲取具體的參數對象 Object[] args = (Object[]) ois.readObject(); //創建商品服務類實例 IProductService service = new ProductServiceImpl(); //根據遠程獲取的方法名和參數,調用相應的方法 Method method = service.getClass().getMethod(methodName, parameterTypes); Product product = (Product) method.invoke(service, args); //把結果寫回給客戶端 oos.writeObject(product); oos.close(); ois.close(); socket.close(); } } 

然后在客戶端,我們創建一個新的代理類,對外提供一個getStub獲取代理類的方法。使用JDK的動態代理需要三個參數,一個是類加載器,一個是接口的class類,最后一個是InvocationHandler實例。

JDK動態代理背后的邏輯是這樣的:JVM會根據接口的class類動態創建一個代理類對象,這個代理對象實現了傳入的接口,也就是說它擁有了接口中所有方法的實現。方法具體的實現可以由用戶指定,也就是調用InvocationHandlerinvoke方法。

invoke方法中有三個參數,分別是proxy代理類,method調用的方法,args調用方法的參數。我們可以在invoke方法中對具體的實現方法進行增強,在本案例中就是進行網絡調用。

public class Stub { public static IProductService getStub() { InvocationHandler h = new InvocationHandler() { @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { //和服務端建立Socket連接 Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 8888); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream()); //拿到遠程調用的方法名 String methodName = method.getName(); //拿到遠程調用方法的參數類型 Class[] parametersTypes = method.getParameterTypes(); //把方法名傳遞給服務端 oos.writeUTF(methodName); //把方法參數類型傳遞給服務端 oos.writeObject(parametersTypes); //把方法參數傳遞給服務端 oos.writeObject(args); oos.flush(); //獲取遠程調用的返回結果 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; } } 

這個新版本比第一個版本又美好了一些,但是其實還可以繼續優化。現在我們的代理只能夠返回IProductService的實現類,得想辦法讓它返回任意類型的服務實現類。

思路和遠程調用方法相似,在遠程調用方法時,我們把方法的名稱,參數類型,參數傳遞給服務端;現在要動態創建服務類,我們可以把服務接口的名字傳給服務端。服務端拿到遠程接口的名字后,就可以從服務注冊表中找到對應服務實現類。

至於服務實現類如何注冊到服務注冊表,這里提供一個思路:可以考慮使用Spring的注解注入。這和我們平時寫spring代碼是相似的,在創建完服務實現類后我們會加上注解@Service,這樣我們就可以在收到遠程調用后,遍歷使用了@Service的Bean,找到對應的實現類。


參考:馬士兵rpc的演化過程公開課
https://www.bilibili.com/video/BV1Ug4y1875i?p=2


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