华体会体育app下载：谈微服务架构，你必知的RPC细节（建议收藏）

服务化有什么利益？服务化的一个利益就是，不限定服务的提供方使用什么技术选型，能够实现大公司跨团队的技术解耦，如下图所示：服务A：欧洲团队维护，技术配景是Java服务B：美洲团队维护，用C++实现服务C：中国团队维护，技术栈是go服务的上游挪用方，根据接口、协议即可完成对远端服务的挪用。但实际上，大部门互联网公司，研发团队规模有限，多数使用同一套技术体系来实现服务：这样的话，如果没有统一的服务框架，各个团队的服务提供方就需要各自实现一套序列化、反序列化、网络框架、毗连池、收发线程、超时处置惩罚、状态机等“业务之外”的重复技术劳动，造成整体的低效。因此，统一服务框架把上述“业务之外”的事情统一实现，是服务化首要解决的问题。

什么是RPC？Remote Procedure Call Protocol，远程历程挪用。什么是“远程”，为什么“远”？先来看下什么是“近”，即“当地函数挪用”。当我们写下：int result = Add(1, 2);这行代码的时候，到底发生了什么？通报两个入参挪用了当地代码段中的函数，执行运算逻辑返回一个出参这三个行动，都发生在同一个历程空间里，这是当地函数挪用。那有没有措施，挪用一个跨历程的函数呢？典型的，这个历程部署在另一台服务器上。

最容易想到的，两个历程约定一个协议花样，使用Socket通信，来传输：入参挪用哪个函数出参如果能够实现，那这就是“远程”历程挪用。Socket通信只能通报一连的字节省，如何将入参、函数都放到一连的字节省里呢？假设，设计一个11字节的请求报文：前3个字节填入函数名“add”中间4个字节填入第一个参数“1”末尾4个字节填入第二个参数“2”同理，可以设计一个4字节响应报文：4个字节填入处置惩罚效果“3”挪用方的代码可能变为：request = MakePacket(“add”, 1, 2);SendRequest_ToService_B(request);response = RecieveRespnse_FromService_B();int result = unMakePacket(respnse);这4个步骤是：（1）将传入参数变为字节省；（2）将字节省发给服务B；（3）从服务B接受返回字节省；（4）将返回字节省变为传出参数； 服务方的代码可能变为：request = RecieveRequest();args/function = unMakePacket(request);result = Add(1, 2);response = MakePacket(result);SendResponse(response);这个5个步骤也很好明白：（1）服务端收到字节省；（2）将字节省转为函数名与参数；（3）当地挪用函数获得效果；（4）将效果转变为字节省；（5）将字节省发送给挪用方； 这个历程用一张图形貌如下：挪用方与服务方的处置惩罚步骤都是很是清晰。

这个历程存在最大的问题是什么呢？挪用方太贫苦了，每次都要关注许多底层细节：入参到字节省的转化，即序列化应用层协议细节socket发送，即网络传输协议细节socket吸收字节省到出参的转化，即反序列化应用层协议细节能不能挪用层不关注这个细节？可以，RPC框架就是解决这个问题的，它能够让挪用方“像挪用当地函数一样挪用远端的函数（服务）”。讲到这里，是不是对RPC，对序列化范序列化有点感受了？往下看，有更多的底层细节。RPC框架的职责是什么？RPC框架，要向挪用方屏蔽种种庞大性，要向服务提供方也屏蔽各种庞大性：服务挪用方client感受就像挪用当地函数一样，来挪用服务服务提供方server感受就像实现一个当地函数一样，来实现服务所以整个RPC框架又分为client部门与server部门，实现上面的目的，把庞大性屏蔽，就是RPC框架的职责。

如上图所示，业务方的职责是：挪用方A，传入参数，执行挪用，拿到效果服务方B，收到参数，执行逻辑，返回效果RPC框架的职责是，中间大蓝框的部门：client端：序列化、反序列化、毗连池治理、负载平衡、故障转移、行列治理，超时治理、异步治理等等server端：服务端组件、服务端收发包行列、io线程、事情线程、序列化反序列化等server端的技术大家相识的比力多，接下来重点讲讲client端的技术细节。先来看看RPC-client部门的“序列化反序列化”部门。

为什么要举行序列化？工程师通常使用“工具”来举行数据的利用：class User{ std::String user_name; uint64_t user_id; uint32_t user_age;}; User u = new User(“shenjian”);u.setUid(123);u.setAge(35);但当需要对数据举行存储或者传输时，“工具”就不这么好用了，往往需要把数据转化成一连空间的“二进制字节省”，一些典型的场景是：数据库索引的磁盘存储：数据库的索引在内存里是b+树，但这个花样是不能够直接存储到磁盘上的，所以需要把b+树转化为一连空间的二进制字节省，才气存储到磁盘上缓存的KV存储：redis/memcache是KV类型的缓存，缓存存储的value必须是一连空间的二进制字节省，而不能够是User工具数据的网络传输：socket发送的数据必须是一连空间的二进制字节省，也不能是工具 所谓序列化（Serialization），就是将“工具”形态的数据转化为“一连空间二进制字节省”形态数据的历程。这个历程的逆历程叫做反序列化。

怎么举行序列化？这是一个很是细节的问题，要是让你来把“工具”转化为字节省，你会怎么做？很容易想到的一个方法是xml（或者json）这类具有自形貌特性的标志性语言：<class name=”User”><element name=”user_name” type=”std::String” value=”shenjian” /><element name=”user_id” type=”uint64_t” value=”123” /><element name=”user_age” type=”uint32_t” value=”35” /></class>划定好转换规则，发送方很容易把User类的一个工具序列化为xml，服务方收到xml二进制流之后，也很容易将其范序列化为User工具。画外音：语言支持反射时，这个事情很容易第二个方法是自己实现二进制协议来举行序列化，还是以上面的User工具为例，可以设计一个这样的通用协议：头4个字节表现序号序号后面的4个字节表现key的长度m接下来的m个字节表现key的值接下来的4个字节表现value的长度n接下来的n个字节表现value的值像xml一样递归下去，直到形貌完整个工具上面的User工具，用这个协议形貌出来可能是这样的：第一行：序号4个字节（设0表现类名），类名长度4个字节（长度为4），接下来4个字节是类名（”User”），共12字节第二行：序号4个字节（1表现第一个属性），属性长度4个字节（长度为9），接下来9个字节是属性名（”user_name”），属性值长度4个字节（长度为8），属性值8个字节（值为”shenjian”），共29字节第三行：序号4个字节（2表现第二个属性），属性长度4个字节（长度为7），接下来7个字节是属性名（”user_id”），属性值长度4个字节（长度为8），属性值8个字节（值为123），共27字节第四行：序号4个字节（3表现第三个属性），属性长度4个字节（长度为8），接下来8个字节是属性名（”user_name”），属性值长度4个字节（长度为4），属性值4个字节（值为35），共24字节整个二进制字节省共12+29+27+24=92字节。实际的序列化协议要思量的细节远比这个多，例如：强类型的语言不仅要还原属性名，属性值，还要还原属性类型；庞大的工具不仅要思量普通类型，还要思量工具嵌套类型等。无论如何，序列化的思路都是类似的。

序列化协议要思量什么因素？不管使用成熟协议xml/json，还是自界说二进制协议来序列化工具，序列化协议设计时都需要思量以下这些因素。剖析效率：这个应该是序列化协议应该首要思量的因素，像xml/json剖析起来比力耗时，需要剖析doom树，二进制自界说协议剖析起来效率就很高压缩率，传输有效性：同样一个工具，xml/json传输起来有大量的xml标签，信息有效性低，二进制自界说协议占用的空间相对来说就小多了扩展性与兼容性：是否能够利便的增加字段，增加字段后旧版客户端是否需要强制升级，都是需要思量的问题，xml/json和上面的二进制协议都能够利便的扩展可读性与可调试性：这个很好明白，xml/json的可读性就比二进制协议好许多跨语言：上面的两个协议都是跨语言的，有些序列化协议是与开发语言精密相关的，例如dubbo的序列化协议就只能支持Java的RPC挪用通用性：xml/json很是通用，都有很好的第三方剖析库，各个语言剖析起来都十分利便，上面自界说的二进制协议虽然能够跨语言，但每个语言都要写一个浅易的协议客户端 有哪些常见的序列化方式？xml/json：剖析效率，压缩率都较差，扩展性、可读性、通用性较好thriftprotobuf：Google出品，必属精品，各方面都不错，强烈推荐，属于二进制协议，可读性差了点，但也有类似的to-string协议资助调试问题AvroCORBAmc_pack：懂的同学就懂，不懂的就不懂了，09年用过，传说各方面都逾越protobuf，懂行的同学可以说一下现状…RPC-client除了：序列化反序列化的部门（上图中的1、4）还包罗：发送字节省与吸收字节省的部门（上图中的2、3）这一部门，又分为同步伐用与异步伐用两种方式，下面一一来举行先容。画外音：搞通透RPC-client确实不容易。

同步伐用的代码片段为：Result = Add(Obj1, Obj2);// 获得Result之前处于阻塞状态异步伐用的代码片段为：Add(Obj1, Obj2, callback);// 挪用后直接返回，不等效果处置惩罚效果通过回调为：callback(Result){// 获得处置惩罚效果后会挪用这个回调函数 …}这两类挪用，在RPC-client里，实现方式完全纷歧样。RPC-client同步伐用架构如何？所谓同步伐用，在获得效果之前，一直处于阻塞状态，会一直占用一个事情线程，上图简朴的说明晰一下组件、交互、流程步骤：左边大框，代表了挪用方的一个事情线程左边粉色中框，代表了RPC-client组件右边橙色框，代表了RPC-server蓝色两个小框，代表了同步RPC-client两个焦点组件，序列化组件与毗连池组件白色的流程小框，以及箭头序号1-10，代表整个事情线程的串行执行步骤：1）业务代码提倡RPC挪用：Result=Add(Obj1,Obj2)2）序列化组件，将工具挪用序列化成二进制字节省，可明白为一个待发送的包packet1；3）通过毗连池组件拿到一个可用的毗连connection；4）通过毗连connection将包packet1发送给RPC-server；5）发送包在网络传输，发给RPC-server；6）响应包在网络传输，发回给RPC-client；7）通过毗连connection从RPC-server收取响应包packet2；8）通过毗连池组件，将conneciont放回毗连池；9）序列化组件，将packet2范序列化为Result工具返回给挪用方；10）业务代码获取Result效果，事情线程继续往下走；画外音：请对照架构图中的1-10步骤阅读。毗连池组件有什么作用？RPC框架锁支持的负载平衡、故障转移、发送超时等特性，都是通过毗连池组件去实现的。

典型毗连池组件对外提供的接口为：int ConnectionPool::init(…);Connection ConnectionPool::getConnection();int ConnectionPool::putConnection(Connection t);init做了些什么？和下游RPC-server（一般是一个集群），建设N个tcp长毗连，即所谓的毗连“池”。getConnection做了些什么？从毗连“池”中拿一个毗连，加锁（置一个标志位），返回给挪用方。putConnection做了些什么？将一个分配出去的毗连放回毗连“池”中，解锁（也是置一个标志位）。

如何实现负载平衡？毗连池中建设了与一个RPC-server集群的毗连，毗连池在返回毗连的时候，需要具备随机性。如何实现故障转移？毗连池中建设了与一个RPC-server集群的毗连，当毗连池发现某一个机械的毗连异常后，需要将这个机械的毗连清除掉，返回正常的毗连，在机械恢复后，再将毗连加回来。如何实现发送超时？因为是同步阻塞挪用，拿到一个毗连后，使用带超时的send/recv即可实现带超时的发送和吸收。

总的来说，同步的RPC-client的实现是相对比力容易的，序列化组件、毗连池组件配合多事情线程数，就能够实现。遗留问题，事情线程数设置为几多最合适？这个问题在《事情线程数究竟要设置为几多最合适？》中讨论过，此处不再深究。RPC-client异步回调架构如何？所谓异步回调，在获得效果之前，不会处于阻塞状态，理论上任何时间都没有任何线程处于阻塞状态，因此异步回调的模型，理论上只需要很少的事情线程与服务毗连就能够到达很高的吞吐量，如上图所示：左边的框框，是少量事情线程（少数几个就行了）举行挪用与回调中间粉色的框框，代表了RPC-client组件右边橙色框，代表了RPC-server蓝色六个小框，代表了异步RPC-client六个焦点组件：上下文治理器，超时治理器，序列化组件，下游收发行列，下游收发线程，毗连池组件白色的流程小框，以及箭头序号1-17，代表整个事情线程的串行执行步骤：1）业务代码提倡异步RPC挪用；Add(Obj1,Obj2, callback)2）上下文治理器，将请求，回调，上下文存储起来；3）序列化组件，将工具挪用序列化成二进制字节省，可明白为一个待发送的包packet1；4）下游收发行列，将报文放入“待发送行列”，此时挪用返回，不会阻塞事情线程；5）下游收发线程，将报文从“待发送行列”中取出，通过毗连池组件拿到一个可用的毗连connection；6）通过毗连connection将包packet1发送给RPC-server；7）发送包在网络传输，发给RPC-server；8）响应包在网络传输，发回给RPC-client；9）通过毗连connection从RPC-server收取响应包packet2；10）下游收发线程，将报文放入“已接受行列”，通过毗连池组件，将conneciont放回毗连池；11）下游收发行列里，报文被取出，此时回调将要开始，不会阻塞事情线程；12）序列化组件，将packet2范序列化为Result工具；13）上下文治理器，将效果，回调，上下文取出；14）通过callback回调业务代码，返回Result效果，事情线程继续往下走； 如果请求长时间不返回，处置惩罚流程是：15）上下文治理器，请求长时间没有返回；16）超时治理器拿到超时的上下文；17）通过timeout_cb回调业务代码，事情线程继续往下走；画外音：请配合架构图仔细看几遍这个流程。

序列化组件和毗连池组件上文已经先容过，收发行列与收发线程比力容易明白。下面重点先容上下文治理器与超时治理器这两个总的组件。为什么需要上下文治理器？由于请求包的发送，响应包的回调都是异步的，甚至不在同一个事情线程中完成，需要一个组件来记载一个请求的上下文，把请求-响应-回调等一些信息匹配起来。

如何将请求-响应-回调这些信息匹配起来？这是一个很有意思的问题，通过一条毗连往下游服务发送了a，b，c三个请求包，异步的收到了x，y，z三个响应包：怎么知道哪个请求包与哪个响应包对应？怎么知道哪个响应包与哪个回调函数对应？可以通过“请求id”来实现请求-响应-回调的串联。整个处置惩罚流程如上，通过请求id，上下文治理器来对应请求-响应-callback之间的映射关系：1）生成请求id；2）生成请求上下文context，上下文中包罗发送时间time，回调函数callback等信息；3）上下文治理器记载req-id与上下文context的映射关系；4）将req-id打在请求包里发给RPC-server；5）RPC-server将req-id打在响应包里返回；6）由响应包中的req-id，通过上下文治理器找到原来的上下文context；7）从上下文context中拿到回调函数callback；8）callback将Result带回，推动业务的进一步执行； 如何实现负载平衡，故障转移？与同步的毗连池思路类似，差别之处在于：同步毗连池使用阻塞方式收发，需要与一个服务的一个ip建设多条毗连异步收发，一个服务的一个ip只需要建设少量的毗连（例如，一条tcp毗连） 如何实现超时发送与吸收？超时收发，与同步阻塞收发的实现就纷歧样了：同步阻塞超时，可以直接使用带超时的send/recv来实现异步非阻塞的nio的网络报文收发，由于毗连不会一直等候回包，超时是由超时治理器实现的 超时治理器如何实现超时治理？超时治理器，用于实现请求回包超时回调处置惩罚。

每一个请求发送给下游RPC-server，会在上下文治理器中生存req-id与上下文的信息，上下文中生存了请求许多相关信息，例如req-id，回包回调，超时回调，发送时间等。超时治理器启动timer对上下文治理器中的context举行扫描，看上下文中请求发送时间是否过长，如果过长，就不再等候回包，直接超时回调，推动业务流程继续往下走，并将上下文删除掉。

如果超时回调执行后，正常的回包又到达，通过req-id在上下文治理器里找不到上下文，就直接将请求抛弃。画外音：因为已经超时处置惩罚了，无法恢复上下文。无论如何，异步回和谐同步回调相比，除了序列化组件和毗连池组件，会多出上下文治理器，超时治理器，下游收发行列，下游收发线程等组件，而且对换用方的挪用习惯有影响。

画外音：编程习惯，由同步变为了回调。异步回调能提高系统整体的吞吐量，详细使用哪种方式实现RPC-client，可以联合业务场景来选取。总结什么是RPC挪用？像挪用当地函数一样，挪用一个远端服务。

为什么需要RPC框架？RPC框架用于屏蔽RPC挪用历程中的序列化，网络传输等技术细节。让挪用方只专注于挪用，服务方只专注于实现挪用。

什么是序列化？为什么需要序列化？把工具转化为一连二进制流的历程，叫做序列化。磁盘存储，缓存存储，网络传输只能操作于二进制流，所以必须序列化。同步RPC-client的焦点组件是什么？同步RPC-client的焦点组件是序列化组件、毗连池组件。

它通过毗连池来实现负载平衡与故障转移，通过阻塞的收发来实现超时处置惩罚。异步RPC-client的焦点组件是什么？异步RPC-client的焦点组件是序列化组件、毗连池组件、收发行列、收发线程、上下文治理器、超时治理器。它通过“请求id”来关联请求包-响应包-回调函数，用上下文治理器来治理上下文，用超时治理器中的timer触发超时回调，推进业务流程的超时处置惩罚。

思路比结论重要。

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