《架构设计》-08-分布式系统和Rpc架构

1. 分布式系统

1.1 横向拆分

分布式系统是横向拆分的的结果：

上图说明：

• 把订单、物流、商品、库存、交易和会员等业务抽象成独立的垂直化服务
• 在各个服务上层实现分布式环境下的调用和管理框架
• 业务
  • 业务1：基于订单和物流服务
  • 业务2：只依赖于交易和会员管理服务

1.2 分布式服务框架优缺点

• 优点
  • 提供了一种按需构建的机制
  • 保证各个分布式服务的技术、团队、交付独立发展
  • 确保业务整合的灵活性和高效性。
• 问题
  • 网络传输的多态性
  • 服务的维护复杂性和可用性
  • 服务的分布性和对等性
  • 负载均衡的需求
  • 分布式事务及数据节点的一致性
  • ……

1.3 功能/非功能需求

• 其功能需求：提供服务接入
  基本组件：括网络通信、序列化/反序列化、传输协议和服务调用
• 其非功能需求：
  服务路由、集群容错、服务订阅发布、服务治理和服务监控等组件

2. RPC架构

2.1 概述

• 客户端职责
  • RpcClient，负责导入（import）由Rpc Proxy提供的远程接口的代理实现。
  • RpcProxy，远程接口的代理实现，提供远程服务本地化访问的入口。
  • RpcInvoker，负责编码和发送调用请求到服务方并等待结果。
  • RpcProtocol，负责网络传输协议的编码和解码。
  • RpcConnector，负责维持客户端和服务端连接通道和发送数据到服务端。
  • RpcChannel，网络数据传输通道。
• 服务端职责
  • RpcServer，负责导出（export）远程接口。
  • RpcInvoker，负责调用服务端接口的具体实现并返回结果。
  • RpcProtocol，负责网络传输协议的编码和解码。
  • RpcAcceptor，负责接收客户方请求并返回请求结果。
  • RpcProcessor，负责在服务方控制调用过程，包括管理调用线程池、超时时间等。
  • RpcChannel，网络数据传输通道。

2.2 网络通信

• 网络连接
  • Rpc通常采用长连接
• IO模型
  • 阻塞式IO（BIO）
    BIO要求客户端请求数与服务端线程数一一对应，显然服务端可以创建的线程数会成为系统的瓶颈
  • 非阻塞IO（NIO）
    它和IO复用技术实际上也会在IO上形成阻塞
  • 异步IO（AIO）：不会阻塞
• 可靠性
  • 链路有效性检测
    • 心跳检测
      • 方法一：TCP层通过建立长链接传递心跳信息
      • 方法二：在应用层，根据系统要求发送可能包含业务逻辑的心跳信息
  • 断线之后的重连处理。
    • 发送方检测到通信链路中断 ===》重连
    • 重连失败 ===》周期性重连直至重连成功

2.3 序列化

2.3.1 概述

• 概念

  • 序列化（Serialization）：将对象转化为字节数组，用于网络传输、数据持久化或其他用途。
  • 反序列化（Deserialization）：把从网络、磁盘等读取的字节数组还原成原始对象，以便后续业务逻辑操作。

• 序列化实现

  • 文本类：如 XML、JSON
  • 二进制类：Google的Protocol Buffer和Facebook的Thrift等

• 实现方案选择

  • 根据功能（主要）
    • 接口友好性和中间语言
    • 跨语言调用
  • 根据性能（重要）
    • 序列化之后码流大小
    • 序列化/反序列化速度
    • CPU/内存资源占用
  • 根据兼容性
    实现版本前向兼容，确保新、老接口可用

图，序列化性能比较：

2.3.2 传输协议

• ISO/OSI（Open System Interconnect，开放系统互连）七层网络模型
  
• Dubbo私有协议
  Dubbo协议在会话层中添加了自定义消息头。该消息头包括多协议支持和兼容的Magic Code属性、支持同步转异步并扩展消息头的Id属性等。
  
• Dubbo协议的数据包大小对比图
  

2.4 服务调用

2.4.1 概述

• 服务调用模式
  • 单向模式：一般同步调用
  • 请求应答模式：异步调用

2.4.2 同步调用

• 缺点：会造成业务线程阻塞
• 优点：开发和管理相对简单。
• 时序图
  • 服务线程发送请求到IO线程之后就一直处于等待阶段
  • 直到IO线程完成与网络的读写操作之后被主动唤醒

2.4.3 异步调用（Future模式为例）

利用Future模式发送请求后，无需等待响应的到来。在等待响应的过程中可以执行其他程序。

1）Future-Get模式

• 主动get结果的方式获取Future结果，而这个get过程是串行的，会造成执行get方法的线程形成阻塞。
  

2）Future-Listener模式

需要创建Listener，当Future结果生成时会唤醒注册到该Future上的Listener对象，从而形成异步回调机制。

3）二者时间成本对比

假设有3个任务，执行时间分别是T1、T2和T3，

• Future-Get 执行的总时间：T=T1+T2+T3
• FutureListener执行的总时间 ：T=Max（T1，T2，T3）
  

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