什么是RPC，学习RPC，RPC远程过程调用

RPC（remote procedure call）

1.什么是RPC？

RPC 的全称是 Remote Procedure Call 是一种进程间通信方式。它允许程序调用另一个地址空间（通常是共享网络的另一台机器上）的过程或函数，而不用程序员显式编码这个远程调用的细节。即程序员无论是调用本地的还是远程的，本质上编写的调用代码基本相同。

RPC 起源

RPC 这个概念术语在上世纪 80 年代由 Bruce Jay Nelson 提出。这里我们追溯下当初开发 RPC 的原动机是什么？在 Nelson 的论文 “Implementing Remote Procedure Calls” 中他提到了几点：

\1. 简单：RPC 概念的语义十分清晰和简单，这样建立分布式计算就更容易。
\2. 高效：过程调用看起来十分简单而且高效。
\3. 通用：在单机计算中过程往往是不同算法部分间最重要的通信机制。

通俗一点说，就是一般程序员对于本地的过程调用很熟悉，那么我们把 RPC 作成和本地调用完全类似，那么就更容易被接受，使用起来毫无障碍。Nelson 的论文发表于 30 年前，其观点今天看来确实高瞻远瞩，今天我们使用的 RPC 框架基本就是按这个目标来实现的。

RPC框架

常见 RPC 技术和框架有：

• 应用级的服务框架：阿里的 Dubbo/Dubbox、Google gRPC、Spring Boot/Spring Cloud。
• 远程通信协议：RMI、Socket、SOAP(HTTP XML)、REST(HTTP JSON)。
• 通信框架：MINA 和 Netty。

目前流行的开源 RPC 框架还是比较多的，有阿里巴巴的 Dubbo、Facebook 的 Thrift、Google 的 gRPC、Twitter 的 Finagle 等。

下面重点介绍三种：

• gRPC：是 Google 公布的开源软件，基于***的 HTTP 2.0 协议，并支持常见的众多编程语言。RPC 框架是基于 HTTP 协议实现的，底层使用到了 Netty 框架的支持。
• Thrift：是 Facebook 的开源 RPC 框架，主要是一个跨语言的服务开发框架。

用户只要在其之上进行二次开发就行，应用对于底层的 RPC 通讯等都是透明的。不过这个对于用户来说需要学习特定领域语言这个特性，还是有一定成本的。

• Dubbo：是阿里集团开源的一个极为出名的 RPC 框架，在很多互联网公司和企业应用中广泛使用。协议和序列化框架都可以插拔是极其鲜明的特色。

完整的RPC框架

RPC核心功能

​ 一个 RPC 的核心功能主要有 5 个部分组成，分别是：客户端、客户端 Stub、网络传输模块、服务端 Stub、服务端等。

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• 客户端(Client)：服务调用方。
• 客户端存根(Client Stub)：存放服务端地址信息，将客户端的请求参数数据信息打包成网络消息，再通过网络传输发送给服务端。
• 服务端存根(Server Stub)：接收客户端发送过来的请求消息并进行解包，然后再调用本地服务进行处理。
• 服务端(Server)：服务的真正提供者。
• Network Service：底层传输，可以是 TCP 或 HTTP。

RPC 与其它远程调用方式比较

RPC 与 HTTP、RMI、Web Service 都能完成远程调用，但是实现方式和侧重点各有不同。

HTTP

HTTP（HyperText Transfer Protocol）是应用层通信协议，使用标准语义访问指定资源（图片、接口等），网络中的中转服务器能识别协议内容。HTTP 协议是一种资源访问协议，通过 HTTP 协议可以完成远程请求并返回请求结果。

HTTP 的优点是简单、易用、可理解性强且语言无关 ，在远程服务调用中包括微博有着广泛应用。HTTP 的缺点是协议头较重，一般请求到具体服务器的链路较长，可能会有 DNS 解析、Nginx 代理等。

RPC 是一种协议规范，可以把 HTTP 看作是一种 RPC 的实现，也可以把 HTTP 作为 RPC 的传输协议来应用。RPC 服务的自动化程度比较高，能够实现强大的服务治理功能，和语言结合更友好，性能也十分优秀。与 HTTP 相比，RPC 的缺点就是相对复杂，学习成本稍高。

RMI

RMI（Remote Method Invocation）是指 Java 语言中的远程方法调用，RMI 中的每个方法都具有方法签名，RMI 客户端和服务器端通过方法签名进行远程方法调用。RMI 只能在 Java 语言中使用， 可以把 RMI 看作面向对象的 Java RPC 。

Web Service

Web Service 是一种基于 Web 进行服务发布、查询、调用的架构方式，重点在于服务的管理与使用。Web Service 一般通过 WSDL 描述服务，使用 SOAP（简单对象访问协议）通过 HTTP 调用服务。

RPC 是一种远程访问协议，而 Web Service 是一种体系结构，Web Service 也可以通过 RPC 来进行服务调用，因此 Web Service 更适合同一个 RPC 框架进行比较。当 RPC 框架提供了服务的发现与管理，并使用 HTTP 作为传输协议时，其实就是 Web Service。

相对 Web Service，RPC 框架可以对服务进行更细粒度的治理，包括流量控制、SLA 管理等，在微服务化、分布式计算方面有更大的优势。

RPC 框架介绍

RPC 协议只规定了 Client 与 Server 之间的点对点调用流程，包括 stub、通信协议、RPC 消息解析等部分，在实际应用中，还需要考虑服务的高可用、负载均衡等问题，所以这里的 RPC 框架指的是能够完成 RPC 调用的解决方案，除了点对点的 RPC 协议的具体实现外，还可以包括服务的发现与注销、提供服务的多台 Server 的负载均衡、服务的高可用等更多的功能。 目前的 RPC 框架大致有两种不同的侧重方向，一种偏重于服务治理，另一种偏重于跨语言调用 。

1、偏重于服务治理–服务治理型 RPC 框架

服务治理型的 RPC 框架有 Dubbo、DubboX 等，Dubbo 是阿里开源的分布式服务框架，能够实现高性能 RPC 调用，并且提供了丰富的管理功能，是十分优秀的 RPC 框架。DubboX 是基于 Dubbo 框架开发的 RPC 框架，支持 REST 风格远程调用，并增加了一些新的 feature。

这类的 RPC 框架的特点是功能丰富，提供高性能的远程调用以及服务发现及治理功能， 适用于大型服务的微服务化拆分以及管理，对于特定语言（Java）的项目可以十分友好的透明化接入。但缺点是语言耦合度较高，跨语言支持难度较大。

2、偏重于跨语言调用–跨语言调用型

跨语言调用型的 RPC 框架有 Thrift、gRPC、Hessian、Hprose 等，这一类的 RPC 框架重点关注于服务的跨语言调用，能够支持大部分的语言进行语言无关的调用，非常适合于为不同语言提供通用远程服务的场景。 但这类框架没有服务发现相关机制 ，实际使用时一般需要代理层进行请求转发和负载均衡策略控制。

微博的 RPC 框架 Motan 属于服务治理类型，是一个基于 Java 开发的高性能的轻量级 RPC 框架，Motan 提供了实用的服务治理功能和优秀的 RPC 协议扩展能力。

RPC实现：

RPC 可基于 HTTP 或 TCP 协议，Web Service 就是基于 HTTP 协议的 RPC，它具有良好的跨平台性，但其性能却不如基于 TCP 协议的 RPC。两方面会直接影响 RPC 的性能，一是传输方式，二是序列化。

众所周知，TCP 是传输层协议，HTTP 是应用层协议，而传输层较应用层更加底层，在数据传输方面，越底层越快，因此，在一般情况下，TCP 一定比 HTTP 快。就序列化而言，Java 提供了默认的序列化方式，但在高并发的情况下，这种方式将会带来一些性能上的瓶颈，于是市面上出现了一系列优秀的序列化框架，比如：Protobuf、Kryo、Hessian、Jackson 等，它们可以取代 Java 默认的序列化，从而提供更高效的性能。

为了支持高并发，传统的阻塞式 IO 显然不太合适，因此我们需要异步的 IO，即 NIO。Java 提供了 NIO 的解决方案，Java 7 也提供了更优秀的 NIO.2 支持，用 Java 实现 NIO 并不是遥不可及的事情，只是需要我们熟悉 NIO 的技术细节。

RPC 功能目标

**RPC 的主要功能目标是让构建分布式计算（应用）更容易，在提供强大的远程调用能力时不损失本地调用的语义简洁性。**为实现该目标，RPC 框架需提供一种透明调用机制让使用者不必显式的区分本地调用和远程调用，基于 stub 的结构来实现。下面我们将具体细化 stub 结构的实现。

RPC 调用分类

RPC 调用分以下两种：

1. 同步调用

   客户方等待调用执行完成并返回结果。

2. 异步调用

   客户方调用后不用等待执行结果返回，但依然可以通过回调通知等方式获取返回结果。

   若客户方不关心调用返回结果，则变成单向异步调用，单向调用不用返回结果。

异步和同步的区分在于是否等待服务端执行完成并返回结果。

RPC 结构拆解

《浅出篇》给出了一个比较粗粒度的 RPC 实现概念结构，这里我们进一步细化它应该由哪些组件构成，如下图所示。

RPC 服务方通过 RpcServer 去导出（export）远程接口方法，而客户方通过 RpcClient 去引入（import）远程接口方法。客户方像调用本地方法一样去调用远程接口方法，RPC 框架提供接口的代理实现，实际的调用将委托给代理RpcProxy 。代理封装调用信息并将调用转交给RpcInvoker 去实际执行。在客户端的RpcInvoker 通过连接器RpcConnector 去维持与服务端的通道RpcChannel，并使用RpcProtocol 执行协议编码（encode）并将编码后的请求消息通过通道发送给服务方。

RPC 服务端接收器 RpcAcceptor 接收客户端的调用请求，同样使用RpcProtocol 执行协议解码（decode）。解码后的调用信息传递给RpcProcessor 去控制处理调用过程，最后再委托调用给RpcInvoker 去实际执行并返回调用结果。

RPC 组件职责

上面我们进一步拆解了 RPC 实现结构的各个组件组成部分，下面我们详细说明下每个组件的职责划分。

1. RpcServer

   负责导出（export）远程接口

2. RpcClient

   负责导入（import）远程接口的代理实现

3. RpcProxy

   远程接口的代理实现

4. RpcInvoker

   客户方实现：负责编码调用信息和发送调用请求到服务方并等待调用结果返回

   服务方实现：负责调用服务端接口的具体实现并返回调用结果

5. RpcProtocol

   负责协议编/解码

6. RpcConnector

   负责维持客户方和服务方的连接通道和发送数据到服务方

7. RpcAcceptor

   负责接收客户方请求并返回请求结果

8. 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

9. RpcChannel

   数据传输通道

RPC 异常处理

无论 RPC 怎样努力把远程调用伪装的像本地调用，但它们依然有很大的不同点，而且有一些异常情况是在本地调用时绝对不会碰到的。在说异常处理之前，我们先比较下本地调用和 RPC 调用的一些差异：
\1. 本地调用一定会执行，而远程调用则不一定，调用消息可能因为网络原因并未发送到服务方。
\2. 本地调用只会抛出接口声明的异常，而远程调用还会跑出 RPC 框架运行时的其他异常。
\3. 本地调用和远程调用的性能可能差距很大，这取决于 RPC 固有消耗所占的比重。
正是这些区别决定了使用 RPC 时需要更多考量。当调用远程接口抛出异常时，异常可能是一个业务异常，也可能是 RPC 框架抛出的运行时异常（如：网络中断等）。业务异常表明服务方已经执行了调用，可能因为某些原因导致未能正常执行，而 RPC 运行时异常则有可能服务方根本没有执行，对调用方而言的异常处理策略自然需要区分。

由于 RPC 固有的消耗相对本地调用高出几个数量级，本地调用的固有消耗是纳秒级，而 RPC 的固有消耗是在毫秒级。那么对于过于轻量的计算任务就并不合适导出远程接口由独立的进程提供服务，只有花在计算任务上时间远远高于 RPC 的固有消耗才值得导出为远程接口提供服务。