RPC原理解析
什么是RPC
RPC(Remote Procedure Call Protocol)——遠程過程調用協議，它是一種通過網絡從遠程計算機程序上請求服務，而不需要了解底層網絡技術的協議。RPC協議假定某些傳輸協議的存在，如TCP/IP或UDP，為通信程序之間攜帶信息數據。RPC將原來的本地調用轉變為調用遠端的服務器上的方法，給系統的處理能力和吞吐量帶來了近似於無限制提升的可能。在OSI網絡通信模型中，RPC跨域了傳輸層和應用層。RPC使得開發包括網絡分布式多程序在內的應用程序更加容易。
RPC架構
一個完整的RPC架構里面包含了四個核心的組件，分別是Client，Client Stub，Server以及Server Stub，這個Stub可以理解為存根。
客戶端(Client)：服務的調用方。
客戶端存根(Client Stub)：存放服務端的地址消息，再將客戶端的請求參數打包成網絡消息，然后通過網絡遠程發送給服務方。
服務端(Server)：真正的服務提供者。
服務端存根(Server Stub)：接收客戶端發送過來的消息，將消息解包，並調用本地的方法。
RPC調用過程
(1) 客戶端（client）以本地調用方式（即以接口的方式）調用服務；
(2) 客戶端存根（client stub）接收到調用后，負責將方法、參數等組裝成能夠進行網絡傳輸的消息體（將消息體對象序列化為二進制）；
(3) 客戶端通過sockets將消息發送到服務端；
(4) 服務端存根( server stub）收到消息后進行解碼（將消息對象反序列化）；
(5) 服務端存根( server stub）根據解碼結果調用本地的服務；
(6) 本地服務執行並將結果返回給服務端存根( server stub）；
(7) 服務端存根( server stub）將返回結果打包成消息（將結果消息對象序列化）；
(8) 服務端（server）通過sockets將消息發送到客戶端；
(9) 客戶端存根（client stub）接收到結果消息，並進行解碼（將結果消息發序列化）；
(10) 客戶端（client）得到最終結果。
RPC的目標是要把2、3、4、7、8、9這些步驟都封裝起來。
注意：無論是何種類型的數據，最終都需要轉換成二進制流在網絡上進行傳輸，數據的發送方需要將對象轉換為二進制流，而數據的接收方則需要把二進制流再恢復為對象。
RPC框架
RPC是分布式系統/應用中應用最為廣泛的一種協議，最常見的RPC框架為grpc、Dubble等，下面以Dubble為示例，分析下Dubble框架中RPC的具體使用和實現原理；
Dubble中RPC實現分析
//客戶端
@Component
public class HelloClient {
@Reference // dubbo 注解
private HelloService helloService;
public String hello() {
return helloService.hello("World");
}
}
// 服務端
@Service // dubbo 注解
@Component
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
@Override
public String hello(String name) {
return "Hello " + name;
}
}
示例分析
在客戶端，我們可以通過 @Reference 注解，獲得一個實現了 HelloServicer 這個接口的對象，我們的業務代碼只要調用這個對象的方法，就可以獲得結果。對於客戶端代碼來說，調用就是 helloService 這個本地對象，但實際上，真正的服務是在遠程的服務端進程中實現的。
再來看服務端，在服務端我們的實現類 HelloServiceImpl，實現了 HelloService 這個接口。然后，我們通過 @Service 這個注解（注意，這個 @Service 是 Dubbo 提供的注解，不是 Spring 提供的同名注解），在 Dubbo 框架中注冊了這個實現類 HelloServiceImpl。在服務端，我們只是提供了接口 HelloService 的實現，並沒有任何遠程調用的實現代碼。
對於業務代碼來說，無論是客戶端還是服務端，除了增加了兩個注解以外，和實現一個進程內調用沒有任何區別。Dubbo 看起來就像把服務端進程中的實現類“映射”到了客戶端進程中一樣。接下來我們一起來看一下，Dubbo 這類 RPC 框架是如何來實現調用遠程服務的。
實現分析
在客戶端，業務代碼得到的 HelloService 這個接口的實例，並不是我們在服務端提供的真正的實現類 HelloServiceImpl 的一個實例。它實際上是由 RPC 框架提供的一個代理類的實例。這個代理類有一個專屬的名稱，叫“樁（Stub）”。
在不同的 RPC 框架中，這個樁的生成方式並不一樣，有些是在編譯階段生成的，有些是在運行時動態生成的，這個和編程語言的語言特性是密切相關的，所以在不同的編程語言中有不同的實現，這部分很復雜，可以先不用過多關注。我們只需要知道這個樁它做了哪些事兒就可以了。
我們知道，HelloService 的樁，同樣要實現 HelloService 接口，客戶端在調用 HelloService 的 hello 方法時，實際上調用的是樁的 hello 方法，在這個樁的 hello 方法里面，它會構造一個請求，這個請求就是一段數據結構，請求中包含兩個重要的信息：
- 請求的服務名，在我們這個例子中，就是 HelloService#hello(String)，也就是說，客戶端調用的是 HelloService 的 hello 方法；
- 請求的所有參數，在我們這個例子中，就只有一個參數 name， 它的值是“World”。
然后，它會把這個請求發送給服務端，等待服務的響應。這個時候，請求到達了服務端，然后我們來看服務端是怎么處理這個請求的。
服務端的 RPC 框架收到這個請求之后，先把請求中的服務名解析出來，然后，根據這個服務名找一下，在服務端進程中，有沒有這個服務名對應的服務提供者。
在這個例子的服務端中，由於我們已經通過 @Service 注解向 RPC 框架注冊過 HelloService 的實現類，所以，RPC 框架在收到請求后，可以通過請求中的服務名找到 HelloService 真正的實現類 HelloServiceImpl。找到實現類之后，RPC 框架會調用這個實現類的 hello 方法，使用的參數值就是客戶端發送過來的參數值。服務端的 RPC 框架在獲得返回結果之后，再將結果封裝成響應，返回給客戶端。
客戶端 RPC 框架的樁收到服務端的響應之后，從響應中解析出返回值，返回給客戶端的調用方。這樣就完成了一次遠程調用。我把這個調用過程畫成一張圖放在下面，你可以對着這張圖再消化一下上面的流程。
在上面的這個調用流程中，客戶端是如何找到服務端的呢？在 RPC 框架中，這部分的實現原理和消息隊列的實現是完全一樣的，都是通過一個 NamingService來解決的。
在 RPC 框架中，這個 NamingService 一般稱為注冊中心。服務端的業務代碼在向 RPC 框架中注冊服務之后，RPC 框架就會把這個服務的名稱和地址發布到注冊中心上。客戶端的樁stud在調用服務端之前，會向注冊中心請求服務端的地址，請求的參數就是服務名稱，也就是我們上面例子中的方法簽名 HelloService#hello，注冊中心會返回提供這個服務的地址，然后客戶r55555767 端再去請求服務端。
有些 RPC 框架，比如 gRPC，是可以支持跨語言調用的。它的服務提供方和服務調用方是可以用不同的編程語言來實現的。比如，我們可以用 Python 編寫客戶端，用 Go 語言來編寫服務端，這兩種語言開發的服務端和客戶端仍然可以正常通信。這種支持跨語言調用的 RPC 框架的實現原理和普通的單語言的 RPC 框架並沒有什么本質的不同。
我們可以再回顧一下上面那張調用的流程圖，如果需要實現跨語言的調用，也就是說，圖中的客戶端進程和服務端進程是由兩種不同的編程語言開發的。其實，只要客戶端發出去的請求能被服務端正確解析，同樣，服務端返回的響應，客戶端也能正確解析，其他的步驟完全不用做任何改變，不就可以實現跨語言調用了嗎？
在客戶端和服務端，收發請求響應的工作都是 RPC 框架來實現的，所以，只要 RPC 框架保證在不同的編程語言中，使用相同的序列化協議，就可以實現跨語言的通信。另外，為了在不同的語言中能描述相同的服務定義，也就是我們上面例子中的 HelloService 接口，跨語言的 RPC 框架還需要提供一套描述服務的語言，稱為 IDL（Interface description language）。所有的服務都需要用 IDL 定義，再由 RPC 框架轉換為特定編程語言的接口或者抽象類。這樣，就可以實現跨語言調用了。
講到這里，RPC 框架的基本實現原理就很清楚了，可以看到，實現一個簡單的 RPC 框架並不是很難，這里面用到的絕大部分技術，包括：高性能網絡傳輸、序列化和反序列化、服務路由的發現方法等，與消息隊列實現原理中的內容基本類似。
總結
學習一個東西最好的方法就是動手實踐，后面文章中我們會手動實現一個RPC框架，並解析一下現存優秀的RPC框架