Netty RPC 实现(二)

Netty RPC 实现

概念

RPC,即 Remote Procedure Call(远程过程调用),调用远程计算机上的服务,就像调用本地服务一样。RPC 可以很好的解耦系统,如 WebService 就是一种基于 Http 协议的 RPC。这个 RPC 整体框架如下:

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关键技术
  1. 服务发布与订阅:服务端使用 Zookeeper 注册服务地址,客户端从 Zookeeper 获取可用的服务地址。

  2. 通信:使用 Netty 作为通信框架。

  3. Spring:使用 Spring 配置服务,加载 Bean,扫描注解。

  4. 动态代理:客户端使用代理模式透明化服务调用。

  5. 消息编解码:使用 Protostuff 序列化和反序列化消息。

核心流程
  1. 服务消费方(client)调用以本地调用方式调用服务;

  2. client stub 接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体;

  3. client stub 找到服务地址,并将消息发送到服务端;

  4. server stub 收到消息后进行解码;

  5. server stub 根据解码结果调用本地的服务;

  6. 本地服务执行并将结果返回给 server stub;

  7. server stub 将返回结果打包成消息并发送至消费方;

  8. client stub 接收到消息,并进行解码;

  9. 服务消费方得到最终结果。

RPC 的目标就是要 2~8 这些步骤都封装起来,让用户对这些细节透明。JAVA 一般使用动态代理方式实现远程调用。

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消息编解码

息数据结构(接口名称+方法名+参数类型和参数值+超时时间+ requestID)

客户端的请求消息结构一般需要包括以下内容:

  1. 接口名称:在我们的例子里接口名是“HelloWorldService”,如果不传,服务端就不知道调用哪个接口了;

  2. 方法名:一个接口内可能有很多方法,如果不传方法名服务端也就不知道调用哪个方法;

  3. 参数类型和参数值:参数类型有很多,比如有 bool、int、long、double、string、map、list,甚至如 struct(class);以及相应的参数值;

  4. 超时时间:

  5. requestID,标识唯一请求 id,在下面一节会详细描述 requestID 的用处。

  6. 服务端返回的消息 : 一般包括以下内容。返回值+状态 code+requestID

序列化

目前互联网公司广泛使用 Protobuf、Thrift、Avro 等成熟的序列化解决方案来搭建 RPC 框架,这些都是久经考验的解决方案。

通讯过程

核心问题(线程暂停、消息乱序)

如果使用 netty 的话,一般会用 channel.writeAndFlush()方法来发送消息二进制串,这个方法调用后对于整个远程调用(从发出请求到接收到结果)来说是一个异步的,即对于当前线程来说,将请求发送出来后,线程就可以往后执行了,至于服务端的结果,是服务端处理完成后,再以消息的形式发送给客户端的。于是这里出现以下两个问题:

  1. 怎么让当前线程“暂停”,等结果回来后,再向后执行?
  2. 如果有多个线程同时进行远程方法调用,这时建立在 client server 之间的 socket 连接上会有很多双方发送的消息传递,前后顺序也可能是随机的,server 处理完结果后,将结果消息发送给 client,client 收到很多消息,怎么知道哪个消息结果是原先哪个线程调用的?如下图所示,线程 A 和线程 B 同时向 client socket 发送请求 requestA 和 requestB,socket 先后将 requestB 和 requestA 发送至 server,而 server 可能将 responseB 先返回,尽管 requestB 请求到达时间更晚。我们需要一种机制保证 responseA 丢给ThreadA,responseB 丢给 ThreadB。

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通讯流程

requestID 生成-AtomicLong

  1. client 线程每次通过 socket 调用一次远程接口前,生成一个唯一的 ID,即 requestID(requestID 必需保证在一个 Socket 连接里面是唯一的),一般常常使用 AtomicLong从 0 开始累计数字生成唯一 ID;

存放回调对象 callback 到全局 ConcurrentHashMap

  1. 将处理结果的回调对象 callback ,存放到全局 ConcurrentHashMap 里 面put(requestID, callback);

synchronized 获取回调对象 callback 的锁并自旋 wait

  1. 当线程调用 channel.writeAndFlush()发送消息后,紧接着执行 callback 的 get()方法试图获取远程返回的结果。在 get()内部,则使用 synchronized 获取回调对象 callback 的锁,再先检测是否已经获取到结果,如果没有,然后调用 callback 的 wait()方法,释放

callback 上的锁,让当前线程处于等待状态。

监听消息的线程收到消息,找到 callback 上的锁并唤醒

  1. 服务端接收到请求并处理后,将 response 结果(此结果中包含了前面的 requestID)发送给客户端,客户端 socket 连接上专门监听消息的线程收到消息,分析结果,取到requestID ,再从前面的 ConcurrentHashMap 里 面 get(requestID) ,从而找到callback 对象,再用 synchronized 获取 callback 上的锁,将方法调用结果设置到callback 对象里,再调用 callback.notifyAll()唤醒前面处于等待状态的线程。
public Object get() {
   

        synchronized (this) {
    // 旋锁

            while (true) {
    // 是否有结果了

                If!isDone){
   

                    wait(); //没结果释放锁,让当前线程处于等待状态

                }else{
   //获取数据并处理

                }

            }

        }

    }

    private void setDone(Response res) {
   

        this.res = res;

        isDone = true;

        synchronized (this) {
    //获取锁,因为前面 wait()已经释放了 callback 的锁了

            notifyAll(); // 唤醒处于等待的线程

        }

    }
RMI 实现方式

Java 远程方法调用,即 Java RMI(Java Remote Method Invocation)是 Java 编程语言里,一种用于实现远程过程调用的应用程序编程接口。它使客户机上运行的程序可以调用远程服务器上的对象。远程方法调用特性使 Java 编程人员能够在网络环境中分布操作。RMI 全部的宗旨就是尽可能简化远程接口对象的使用。

实现步骤
  1. 编写远程服务接口,该接口必须继承 java.rmi.Remote 接口,方法必须抛出java.rmi.RemoteException 异常;

  2. 编写远程接口实现类,该实现类必须继承 java.rmi.server.UnicastRemoteObject 类;

  3. 运行 RMI 编译器(rmic),创建客户端 stub 类和服务端 skeleton 类;

  4. 启动一个 RMI 注册表,以便驻留这些服务;

  5. 在 RMI 注册表中注册服务;

  6. 客户端查找远程对象,并调用远程方法;

1:创建远程接口,继承 java.rmi.Remote 接口
public interface GreetService extends java.rmi.Remote {
   
 	String sayHello(String name) throws RemoteException;
}

2:实现远程接口,继承 java.rmi.server.UnicastRemoteObjectpublic class GreetServiceImpl extends java.rmi.server.UnicastRemoteObject implements GreetService {
   
 	private static final long serialVersionUID = 3434060152387200042L;
	 public GreetServiceImpl() throws RemoteException {
   
		 super();
 	}

 @Override
 public String sayHello(String name) throws RemoteException {
   
	 return "Hello " + name;
 }
}

  3:生成 StubSkeleton;
	4:执行 rmiregistry 命令注册服务
	5:启动服务
LocateRegistry.createRegistry(1098);
Naming.bind("rmi://10.108.1.138:1098/GreetService", new GreetServiceImpl());

6.客户端调用
GreetService greetService = (GreetService) 
Naming.lookup("rmi://10.108.1.138:1098/GreetService");
System.out.println(greetService.sayHello("Jobs"));
Protoclol Buffer

protocol buffer 是 google 的一个开源项目,它是用于结构化数据串行化的灵活、高效、自动的方法,例如 XML,不过它比 xml 更小、更快、也更简单。你可以定义自己的数据结构,然后使用代码生成器生成的代码来读写这个数据结构。你甚至可以在无需重新部署程序的情况下更新数据结构。

特点

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Protocol Buffer 的序列化 & 反序列化简单 & 速度快的原因是:

  1. 编码 / 解码 方式简单(只需要简单的数学运算 = 位移等等)
  2. 采用 Protocol Buffer 自身的框架代码 和 编译器 共同完成

Protocol Buffer 的数据压缩效果好(即序列化后的数据量体积小)的原因是:

  1. a. 采用了独特的编码方式,如 Varint、Zigzag 编码方式等等
  2. b. 采用 T - L - V 的数据存储方式:减少了分隔符的使用 & 数据存储得紧凑
Thrift

Apache Thrift 是 Facebook 实现的一种高效的、支持多种编程语言的远程服务调用的框架。本文将从Java 开发人员角度详细介绍 Apache Thrift 的架构、开发和部署,并且针对不同的传输协议和服务类型给出相应的 Java 实例,同时详细介绍 Thrift 异步客户端的实现,最后提出使用 Thrift 需要注意的事项。

目前流行的服务调用方式有很多种,例如基于 SOAP 消息格式的 Web Service,基于 JSON 消息格式的 RESTful 服务等。其中所用到的数据传输方式包括 XML,JSON 等,然而 XML 相对体积太大,传输效率低,JSON 体积较小,新颖,但还不够完善。本文将介绍由 Facebook 开发的远程服务调用框架Apache Thrift,它采用接口描述语言定义并创建服务,支持可扩展的跨语言服务开发,所包含的代码生成引擎可以在多种语言中,如 C++, Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C#, Cocoa, Smalltalk 等创建高效的、无缝的服务,其传输数据采用二进制格式,相对 XML 和 JSON 体积更小,对于高并发、大数据量和多语言的环境更有优势。本文将详细介绍 Thrift 的使用,并且提供丰富的实例代码加以解释说明,帮助使用者快速构建服务。

为什么要 Thrift:

1、多语言开发的需要 2、性能问题

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