什么是RPC并实现一个简单的RPC-编程知识

1. 基本的RPC模型

主要介绍RPC是什么，基本的RPC代码，RPC与REST的区别，gRPC的使用

1.1 基本概念

RPC（Remote Procedure Call）远程过程调用，简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务
本地过程调用：如果需要将本地student对象的age+1，可以实现一个addAge()方法，将student对象传入，对年龄进行更新之后返回即可，本地方法调用的函数体通过函数指针来指定。
远程过程调用：上述操作的过程中，如果addAge()这个方法在服务端，执行函数的函数体在远程机器上，如何告诉机器需要调用这个方法呢？

首先客户端需要告诉服务器，需要调用的函数，这里函数和进程ID存在一个映射，客户端远程调用时，需要查一下函数，找到对应的ID，然后执行函数的代码。
客户端需要把本地参数传给远程函数，本地调用的过程中，直接压栈即可，但是在远程调用过程中不再同一个内存里，无法直接传递函数的参数，因此需要客户端把参数转换成字节流，传给服务端，然后服务端将字节流转换成自身能读取的格式，是一个序列化和反序列化的过程。
数据准备好了之后，如何进行传输？网络传输层需要把调用的ID和序列化后的参数传给服务端，然后把计算好的结果序列化传给客户端，因此TCP层即可完成上述过程，gRPC中采用的是HTTP2协议。
总结一下上述过程：

// Client端 
//    Student student = Call(ServerAddr, addAge, student)
1. 将这个调用映射为Call ID。
2. 将Call ID，student（params）序列化，以二进制形式打包
3. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr，这需要使用网络传输层
4. 等待服务器返回结果
5. 如果服务器调用成功，那么就将结果反序列化，并赋给student，年龄更新// Server端- 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map，可以用Map<String, Method> callIdMap- 等待客户端请求- 得到一个请求后，将其数据包反序列化，得到Call ID- 通过在callIdMap中查找，得到相应的函数指针- 将student（params）反序列化后，在本地调用addAge()函数，得到结果- 将student结果序列化后通过网络返回给Client

在这里插入图片描述

在微服务的设计中，一个服务A如果访问另一个Module下的服务B，可以采用HTTP
REST传输数据，并在两个服务之间进行序列化和反序列化操作，服务B把执行结果返回过来。

在这里插入图片描述

由于HTTP在应用层中完成，整个通信的代价较高，远程过程调用中直接基于TCP进行远程调用，数据传输在传输层TCP层完成，更适合对效率要求比较高的场景，RPC主要依赖于客户端和服务端之间建立Socket链接进行，底层实现比REST更复杂。

1.2 rpc demo

系统类图
系统调用过程

客户端：

public class RPCClient<T> {public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {// 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理，在动态代理中实现接口的远程调用return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},new InvocationHandler() {@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {Socket socket = null;ObjectOutputStream output = null;ObjectInputStream input = null;try{// 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者socket = new Socket();socket.connect(addr);// 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());output.writeUTF(serviceInterface.getName());output.writeUTF(method.getName());output.writeObject(method.getParameterTypes());output.writeObject(args);// 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());return input.readObject();}finally {if (socket != null){socket.close();}if (output != null){output.close();}if (input != null){input.close();}}}});}
}

服务端：

public class ServiceCenter implements Server {private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();private static boolean isRunning = false;private static int port;public ServiceCenter(int port){ServiceCenter.port = port;}@Overridepublic void start() throws IOException {ServerSocket server = new ServerSocket();server.bind(new InetSocketAddress(port));System.out.println("Server Start .....");try{while(true){executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));}}finally {server.close();}}@Overridepublic void register(Class serviceInterface, Class impl) {serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);}@Overridepublic boolean isRunning() {return isRunning;}@Overridepublic int getPort() {return port;}@Overridepublic void stop() {isRunning = false;executor.shutdown();}private static class ServiceTask implements Runnable {Socket client = null;public ServiceTask(Socket client) {this.client = client;}@Overridepublic void run() {ObjectInputStream input = null;ObjectOutputStream output = null;try{input = new ObjectInputStream(client.getInputStream());String serviceName = input.readUTF();String methodName = input.readUTF();Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);if(serviceClass == null){throw new ClassNotFoundException(serviceName + "not found!");}Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);output = new ObjectOutputStream(client.getOutputStream());output.writeObject(result);}catch (Exception e){e.printStackTrace();}finally {if(output!=null){try{output.close();}catch (IOException e){e.printStackTrace();}}if (input != null) {try {input.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}if (client != null) {try {client.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}}}
}

public class ServiceProducerImpl implements ServiceProducer{@Overridepublic String sendData(String data) {return "I am service producer!!!, the data is "+ data;}
}

public class RPCTest {public static void main(String[] args) throws IOException {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);serviceServer.register(ServiceProducer.class, ServiceProducerImpl.class);serviceServer.start();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}).start();ServiceProducer service = RPCClient.getRemoteProxyObj(ServiceProducer.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));System.out.println(service.sendData("test"));}
}

1.3 分析

这里客户端只需要知道Server端的接口ServiceProducer即可，服务端在执行的时候，会根据具体实例调用实际的方法ServiceProducerImpl，符合面向对象过程中父类引用指向子类对象。

2. gRPC的使用

2.1. gRPC与REST

REST通常以业务为导向，将业务对象上执行的操作映射到HTTP动词，格式非常简单，可以使用浏览器进行扩展和传输，通过JSON数据完成客户端和服务端之间的消息通信，直接支持请求/响应方式的通信。不需要中间的代理，简化了系统的架构，不同系统之间只需要对JSON进行解析和序列化即可完成数据的传递。
但是REST也存在一些弊端，比如只支持请求/响应这种单一的通信方式，对象和字符串之间的序列化操作也会影响消息传递速度，客户端需要通过服务发现的方式，知道服务实例的位置，在单个请求获取多个资源时存在着挑战，而且有时候很难将所有的动作都映射到HTTP动词。
正是因为REST面临一些问题，因此可以采用gRPC作为一种替代方案，gRPC 是一种基于二进制流的消息协议，可以采用基于Protocol
Buffer的IDL定义grpc
API,这是Google公司用于序列化结构化数据提供的一套语言中立的序列化机制，客户端和服务端使用HTTP/2以Protocol
Buffer格式交换二进制消息。
gRPC的优势是，设计复杂更新操作的API非常简单，具有高效紧凑的进程通信机制，在交换大量消息时效率高，远程过程调用和消息传递时可以采用双向的流式消息方式，同时客户端和服务端支持多种语言编写，互操作性强；不过gRPC的缺点是不方便与JavaScript集成，某些防火墙不支持该协议。
注册中心：当项目中有很多服务时，可以把所有的服务在启动的时候注册到一个注册中心里面，用于维护服务和服务器之间的列表，当注册中心接收到客户端请求时，去找到该服务是否远程可以调用，如果可以调用需要提供服务地址返回给客户端，客户端根据返回的地址和端口，去调用远程服务端的方法，执行完成之后将结果返回给客户端。这样在服务端加新功能的时候，客户端不需要直接感知服务端的方法，服务端将更新之后的结果在注册中心注册即可，而且当修改了服务端某些方法的时候，或者服务降级服务多机部署想实现负载均衡的时候，我们只需要更新注册中心的服务群即可。

RPC调用过程