服务设计之RPC的理解?

RPC(Remote Procedure Call Protocol)——远程过程调用协议,它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务,而不需要了解底层网络技术的协议。RPC协议假定某些传输协议的存在,如TCP/IP或UDP,为通信程序之间携带信息数据。RPC将原来的本地调用转变为调用远端的服务器上的方法,给系统的处理能力和吞吐量带来了近似于无限制提升的可能。在OSI网络通信模型中,RPC跨域了传输层和应用层。RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。

1RPC的实现原理

一个完整的RPC架构里面包含了四个核心的组件,分别是Client,Client Stub,Server以及Server Stub,这个Stub可以理解为存根:

客户端(Client),服务的调用方。
客户端存根(Client Stub),存放服务端的地址消息,再将客户端的请求参数打包成网络消息,然后通过网络远程发送给服务方。
服务端(Server),真正的服务提供者。
服务端存根(Server Stub),接收客户端发送过来的消息,将消息解包,并调用本地的方法。

RPC调用过程:
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(1) 客户端(client)以接口的方式调用服务;
(2) 客户端存根(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(将消息体对象序列化为二进制);
(3) 客户端通过sockets将消息发送到服务端;
(4) 服务端存根( server stub)收到消息后进行解码(将消息对象反序列化);
(5) 服务端存根( 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服务端存根( server stub);
(7) 服务端存根( server stub)将返回结果打包成消息(将结果消息对象序列化);
(8) 服务端(server)通过sockets将消息发送到客户端;
(9) 客户端存根(client stub)接收到结果消息,并进行解码(将结果消息发序列化);
(10) 客户端(client)得到最终结果。

RPC的目标是要把2、3、4、7、8、9这些步骤都封装起来。
注意:无论是何种类型的数据,最终都需要转换成二进制流在网络上进行传输,数据的发送方需要将对象转换为二进制流,而数据的接收方则需要把二进制流再恢复为对象。

RPC 主要解决了:让分布式或者微服务系统中不同服务之间的调用像本地调用一样简单。

2既有 HTTP ,为啥用 RPC 进行服务调用?

RPC是一个完整的远程调用方案,它包括了:接口规范+序列化反序列化规范+通信协议等,而HTTP只是一个通信协议,在TCP/IP协议的应用层。HTTP(作为通信协议)+Restful规范(接口规范)+序列化与反序列化规范==构成一个完整的远程调用方案,才能跟RPC进行比较。而单纯的HTTP,只是一个通信协议,自然无法和RPC比较。

基于HTTP的远程调用方案(包含了接口规范、序列化反序列化等) 和 使用RPC的远程调用方案 有什么不同?

HTTP+Restful,其优势很大。它可读性好,且可以得到防火墙的支持、跨语言的支持,但是使用该方案也有其缺点,这是与其优点相对应的:首先是有用信息占比少,毕竟HTTP工作在第七层,包含了大量的HTTP头等信息。其次是效率低,还是因为第七层的缘故,必须按照HTTP协议进行层层封装。还有,其可读性似乎没有必要,因为我们可以引入网关增加可读性。此外,使用HTTP协议调用远程方法比较复杂,要封装各种参数名和参数值,而RPC则与HTTP互补。

3如何设计一个RPC?

一款分布式RPC框架离不开三个基本要素:

服务提供方 Serivce Provider
服务消费方 Servce Consumer
注册中心 Registery

技术选型:

1 注册中心
目前成熟的注册中心有Zookeeper,Nacos,Consul,Eureka,它们的主要比较如下:
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2 IO通信框架
本实现采用Netty作为底层通信框架,Netty是一个高性能事件驱动型的非阻塞的IO(NIO)框架。

3 通信协议
TCP通信过程中会根据TCP缓冲区的实际情况进行包的划分,所以在业务上认为一个完整的包可能会被TCP拆分成多个包进行发送,也有可能把多个小的包封装成一个大的数据包发送,这就是所谓的TCP粘包和拆包问题。所以需要对发送的数据包封装到一种通信协议里。

业界的主流协议的解决方案可以归纳如下:
消息定长,例如每个报文的大小为固定长度100字节,如果不够用空格补足。
在包尾特殊结束符进行分割。
将消息分为消息头和消息体,消息头中包含表示消息总长度(或者消息体长度)的字段。

4 序列化协议
选用Protobuf,其序列化后码流小性能高,非常适合RPC调用,Google自家的gRPC也是用其作为通信协议。

5 负载均衡
本实现支持两种主要负载均衡策略,随机和轮询,其中他们都支持带权重的随机和轮询,其实也就是四种策略。

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