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利用RPC技术实现一个学生信息管理系统

目录

• 利用RPC技术实现一个学生信息管理系统
  • 一、具体要求
  • 二、相关理论
    • 理论迭代
      • 1.单机结构
      • 2.集群结构
      • 3.微服务结构
    • 微服务介绍
    • RPC介绍
    • 使用到的相关包
    • MySQL启动方法
  • 三、代码架构
  • 四、功能实现+界面展示
    • 基本功能：
    • 技术点：
      • 1. 查询速度提高
      • 2. 数据模型和封装
      • 3. 异常处理
      • 4. queryByName方法的性能
      • 5. 增加日志记录
      • 6. 安全性考虑
      • 7. 数据持久化
    • 界面展示：
  • 五、系统的展望
  • 六、运行老师的文件的收获
    • 正确结果：
    • 错误回忆
    • 另外补充
  • 七、参考链接
  • 八、未来的学习方向

一、具体要求

1.客户端实现用户交互，服务器端实现学生信息存储和管理。客户端与服务器端利用RPC机制进行协作。中间件任选。

2.服务器端至少暴漏如下RPC接口：

• bool add(Student stu) 添加一条学生信息
• Student queryByID(int stuID) 查询指定ID号的学生信息
• Student queryByName(String name) 按姓名查询符合条件的学生信息
• bool delete (int stuID) 删除指定ID号的学生信息

二、相关理论

理论迭代

1.单机结构

一个系统业务量很小的时候，所有的代码都放在一个项目中，然后这个项目部署在一台服务器上。整个项目所有的服务都由这台服务器提供。这就是单机结构。 它的缺点是显而易见的，因为单机的处理能力毕竟是有限的，当你的业务增长到一定程度的时候，单机的硬件资源将无法满足你的业务需求。此时便出现了集群模式。

2.集群结构

单机处理到达瓶颈的时候，把单机复制几份，这样就构成了一个“集群”。集群中每台服务器就叫做这个集群的一个“节点”，所有节点构成了一个集群。每个节点都提供相同的服务，那么这样系统的处理能力就相当于提升了好几倍（有几个节点就相当于提升了这么多倍）。

但问题是用户的请求究竟由哪个节点来处理呢？最好能够让此时此刻负载较小的节点来处理，这样使得每个节点的压力都比较平均。要实现这个功能，就需要在所有节点之前增加一个“调度者”的角色，用户的所有请求都先交给它，然后它根据当前所有节点的负载情况，决定将这个请求交给哪个节点处理。这个“调度者”有个名字——负载均衡服务器。

集群结构的好处就是系统扩展非常容易。如果随着系统业务的发展，当前的系统又支撑不住了，那么给这个集群再增加节点就行了。但是，当你的业务发展到一定程度的时候，你会发现一个问题——无论怎么增加节点，整个集群性能的提升效果并不明显了。这时候，就需要使用微服务结构了。

3.微服务结构

从单机结构到集群结构，代码基本无需要作任何修改，要做的仅仅是多部署几台服务器，每台服务器上运行相同的代码就行了。但是，当要从集群结构演进到微服务结构的时候，之前的那套代码就需要发生较大的改动了。所以对于新系统建议系统设计之初就采用微服务架构，这样后期运维的成本更低。因为如果一套老系统需要升级成微服务结构的话，那就得对代码大动干戈了。

微服务介绍

微服务就是将一个完整的系统，按照业务功能，拆分成一个个独立的子系统，在微服务结构中，每个子系统就被称为“服务”。这些子系统能够独立运行在web容器中，它们之间通过RPC方式通信。

eg.假设需要开发一个在线商城。按照微服务的思想，我们需要按照功能模块拆分成多个独立的服务，如：用户服务、产品服务、订单服务、后台管理服务、数据分析服务等等。这一个个服务都是一个个独立的项目，可以独立运行。如果服务之间有依赖关系，那么通过RPC方式调用。

相关优点：

1. 系统之间的耦合度大大降低，可以独立开发、独立部署、独立测试，系统与系统之间的边界非常明确，排错也变得相当容易，开发效率大大提升。
2. 系统之间的耦合度降低，从而系统更易于扩展。我们可以针对性地扩展某些服务。假设这个商城要搞一次大促，下单量可能会大大提升，因此我们可以针对性地提升订单系统、产品系统的节点数量，而对于后台管理系统、数据分析系统而言，节点数量维持原有水平即可。
3. 服务的复用性更高。比如，当我们将用户系统作为单独的服务后，该公司所有的产品都可以使用该系统作为用户系统，无需重复开发。

RPC介绍

1. 注册中心 ：注册中心负责服务地址的注册与查找，相当于目录服务。服务端启动的时候将服务名称及其对应的地址(ip+port)注册到注册中心，服务消费端根据服务名称找到对应的服务地址。有了服务地址之后，服务消费端就可以通过网络请求服务端了。

   例如：

   • RMI客户端在调用远程方法时先创建Stub。
   • Skeleton处理客户端请求：lookup、rebind、unbind，如果是lookup则查找RMI服务名绑定的接口对象。

2. 网络传输 ：既然要调用远程的方法就要发请求，请求中至少要包含你调用的类名、方法名以及相关参数。

   例如：

   • RMI客户端的远程引用层传输RemoteCall序列化后的请求信息通过Socket连接的方式（传输层）传输到RMI服务端的远程引用层。

3. 序列化 ：既然涉及到网络传输就一定涉及到序列化，这里直接使用 JDK 自带的序列化。这种内置的序列化机制允许开发者将实现了Serializable接口的Java对象转换为一个字节流。

   

   例如：

   • RemoteCall序列化RMI服务名称、Remote对象。
   • Skeleton调用RemoteCall反序列化RMI客户端传过来的请求信息。
   • Skeleton处理客户端请求，序列化该对象并通过RemoteCall传输到客户端。
   • RMI客户端反序列化服务端结果，获取远程对象的引用。
   • RMI服务端反射调用RMI服务实现类的对应方法并序列化执行结果返回给客户端。
   • RMI客户端反序列化RMI远程方法调用结果，即为最终结果。

4. 动态代理 ： 另外，动态代理也是需要的。因为 RPC 的主要目的就是让我们调用远程方法像调用本地方法一样简单，使用动态代理可以屏蔽远程方法调用的细节比如网络传输。也就是说当你调用远程方法的时候，实际会通过代理对象来传输网络请求（不然的话，怎么可能直接就调用到远程方法呢？）
   例如：

   • RMI客户端在调用远程方法时先创建Stub。这个步骤通常涉及动态代理，因为Stub作为客户端和服务端之间的代理，隐藏了远程方法调用的复杂性。

5. 负载均衡 ：如果我们的系统中的某个服务的访问量特别大，我们将这个服务部署在了多台服务器上，当客户端发起请求的时候，多台服务器都可以处理这个请求。那么，如何正确选择处理该请求的服务器就很关键。负载均衡就是为了避免单个服务器响应同一请求，容易造成服务器宕机、崩溃等问题。

   例如：

   • 尽管负载均衡在这个基础的RMI调用流程中没有直接提及，但如果RMI服务部署在多个服务器上，负载均衡可以在客户端调用远程方法时选择合适的服务器实例。

使用到的相关包

RMI相关包

import java.rmi.Naming;//这个类提供了在RMI注册表中查找和绑定远程对象的方法。
import java.rmi.registry.LocateRegistry;// 这个类用于获取和创建RMI注册表的实例，注册表是用于注册和查找远程对象的。
import java.rmi.Remote;// 这是一个标记接口，用于标识可以从非本地虚拟机上调用的接口。
import java.rmi.RemoteException;// 这个类用于声明远程方法调用过程中可能出现的异常。
import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;// 这个类用于导出一个对象，使其成为远程对象，并使其能够接收远程方法调用。

其他包

import InterFace.*;// 这是一个自定义的包，包含了项目中定义的所有接口。

import java.util.List;// 这个接口代表一个元素的有序集合。
import java.util.ArrayList;// 这个类提供了List接口的可调整大小的数组实现。
import java.util.HashMap;// 这个类提供了基于哈希表的Map接口的实现。
import java.util.stream.Collectors;// 这个工具类提供了基于流操作的归约和汇总操作的实现。
import java.util.Scanner;// 这个类用于解析基本类型和字符串的简单文本扫描器。

import org.slf4j.Logger;// SLF4J的Logger类，用于记录日志。
import org.slf4j.LoggerFactory;// LoggerFactory类用于创建Logger对象。

import java.sql.Connection;// 这个接口定义了与特定数据库的连接，通过它可以发送命令并接收结果。
import java.sql.PreparedStatement;// 这个接口表示预编译的SQL语句，可以用于执行带或不带输入参数的SQL语句。
import java.sql.ResultSet;// 这个接口表示数据库结果集，它是通过执行查询数据库的语句生成的。
import java.sql.SQLException;// 提供关于数据库访问错误或其他错误信息的异常。
import java.sql.DriverManager;// 这个类管理一组JDBC驱动程序的基本服务。

import java.io.Serializable;// 这是一个标记接口，用于启用其序列化功能的类必须实现此接口。

MySQL启动方法

mysql的启动和环境配置 https://blog.csdn.net/qq_47900752/article/details/130324285

三、代码架构

1. 客户端 (RMIClient):
   • 提供用户界面，通过控制台与用户交互，执行增加、查询、修改、删除和打印学生信息的操作。
   • 使用Java RMI的Naming.lookup方法从RMI注册表中获取服务端的远程对象引用，以调用远程方法。
2. 服务端 (RMIServer):
   • 注册远程对象StudentSystemImpl，使其可通过RMI客户端访问。
   • 创建和管理RMI服务注册表，允许在指定的端口（如9527）上接收请求，最后将RMI服务名绑定至远程方法实现类上。
   • 先定义RMI服务器IP地址、监听端口号、RMI服务名称，再创建注册中心。
3. 远程接口 (StudentSystemInt):
   • 定义了客户端和服务端共用的远程方法接口，如添加、查询、删除、修改学生信息和打印学生列表。
   • 所有方法都声明了抛出RemoteException，以处理远程调用中可能发生的异常。
4. 远程对象实现 (StudentSystemImpl):
   • 其中实现学生信息管理系统的数据结构定义以及数据操纵函数。
   • 实现了StudentSystemInt接口，处理实际的业务逻辑。
   • 使用HashMap来存储学生数据，同时通过StudentDaoImpl与数据库交互，实现数据的持久化。
5. 数据访问对象 (StudentDao, StudentDaoImpl):
   • 提供对数据库的访问方法，如保存、查询、删除和更新学生信息。
   • 使用JDBC（是一种Java API，用于在Java应用程序中连接和执行查询与数据库。这个API，由一组用Java语言编写的类和接口组成，提供了一种标准方法，让Java程序能够独立于底层数据库访问与操作数据）进行数据库操作，保证数据的持久存储。

四、功能实现+界面展示

基本功能：

• 增加学生：客户端收集学生ID和姓名，调用服务端的添加方法。服务端检查缓存（HashMap）中是否已存在该学生，若不存在则添加到缓存和数据库。
• 查询学生：支持通过ID或姓名查询。通过ID查询会先查缓存，未命中再查询数据库。通过姓名查询使用并行流从缓存中筛选，未命中则查询数据库。
• 删除学生：从缓存和数据库中删除指定ID的学生。
• 修改学生信息：更新指定学生的姓名信息，在缓存和数据库中都进行更新。
• 打印学生列表：从数据库中检索所有学生信息，并在客户端打印。

技术点：

除了Java RMI技术实现网络间的远程方法调用外，还具备以下优势：

1. 查询速度提高

• 索引：在操作储存在缓存中的数据部分时，考虑使用更高效的数据结构，如HashMap，以学生ID作为键，这样查询的时间复杂度可以从O(n)降低到接近O(1)。

2. 数据模型和封装

• 封装Student类的属性：最初Student类的studentID和studentName属性是公开的（public）。后面改进为使用私有属性和公开的getter/setter方法来增强封装性。

3. 异常处理

• 细化异常处理：最初的实现中，异常被捕获后仅仅打印堆栈跟踪。所以我根据不同的异常类型做更细化的处理，例如，对用户输入错误或网络问题给出更友好的提示信息。

4. queryByName方法的性能

• 使用并行流：将数据结构已经从ArrayList切换到了HashMap后，考虑到对于queryByName这样的操作，仍然需要遍历整个集合。为了提高处理大量数据的效率，我使用了Java 8的parallelStream()来并行处理这些数据，将数据分片后，同时查询多个片段，从而减少总体查询时间。

5. 增加日志记录

• 使用日志框架：在关键操作处（如添加、删除学生信息）增加日志记录。这不仅有助于开发和调试，而且对于生产环境中的问题排查也非常有用。我使用了SLF4J的日志框架。

6. 安全性考虑

• 参数校验：在处理客户端请求时，对输入参数进行校验，比如检查studentID或studentName是否为null或空字符串，以避免潜在的错误或安全问题。

7. 数据持久化

• 持久化学生数据：数据一般保存在缓存中，我将学生信息持久化到MySQL数据库中，这样即使程序重启，学生信息也不会丢失。

界面展示：

1.启动成功的服务端：

2.启动成功的客户端：

3.为了演示操作，我先把数据库里的东西都删掉：

比如说我的数据库原来里面是：

我在客户端进行如下操作：

然后我的服务端可见我的删除日志：

然后我刷新数据库：

可见数据已经被全部删除；

4.接下来，我们从第一条开始尝试功能：

5.查看我们的日志：

6.我们可以先看缓存里面添加成功没有，输入6，打印学生列表：

7.接下来，我们刷新数据库：

8.然后，我们试试我们的查询功能：

（1）通过ID查询：

我们查看日志：

显示的是通过缓存查到了对应学生，这是因为我设置了先从缓存查，再从数据库查，从缓存查到后就不再查询数据库。

我们再试个查不到的：

下面是我们的日志：

（2）通过姓名查询：

下面是我们的日志：

我们再试个查不到的：

下面是我们的日志：

9.我们试试删除功能：

下面是我们的日志：

我们来展示一下我们的学生列表：

可以看到ID==3的红太狼被删了，接下来，我们可以看看数据库：

10.最后，我们试一下改名功能：

我们日志也有正确呈现：

我们看一下数据库：

改名成功！！！

11.我们试试加入ID相同的学生：

我们的日志也有回应：

数据库也没有添加成功：

另外，补充一下我们的数据库设置：

12.我们试试把学生都删了再继续删：

删后的数据库：

可见程序可以准确识别错误：

13.我们尝试退出程序：

14.我们试试在数据库直接加一个学生：

可以发现查询ID==1可以查到他！

我们查看日志：

演示完毕！成功！！!

五、系统的展望

1.其他序列化协议：因为JDK 自带的序列化效率低并且有安全漏洞。 所以，还要考虑使用哪种序列化协议，比较常用的有 hession2、kyro、protostuff；

2.多个服务端：现在只有一个服务端，后面拓展到多个后调用服务时，从很多服务地址中根据相应的负载均衡算法选取服务地址；

3.逐步引入服务专用数据库：当条件允许时，为每个服务配置独立的数据库；

4.容器化部署:当使用了微服务架构后，我们将一个原本完整的系统，按照业务逻辑拆分成一个个可独立运行的子系统。为了降低系统间的耦合度，我们希望这些子系统能够运行在独立的环境中，这些环境之间能够相互隔离。若使用虚拟机来实现运行环境的相互隔离的话成本较高，虚拟机会消耗较多的计算机硬件/软件资源。所以这里建议使用Docker，Docker不仅能够实现运行环境的隔离，而且能极大程度的节约计算机资源。

5.自动化构建:当我们使用微服务架构后，随着业务的逐渐发展，系统之间的依赖关系会日益复杂，而且各个模块的构建顺序都有所讲究。这里可以使用Jenkins，我们只需在Jenkins中配置好代码仓库、各个模块的构建顺序和构建命令，在以后的构建中，只需要点击“立即构建”按钮，Jenkins就会自动到你的代码仓库中拉取最新的代码，然后根据你事先配置的构建命令进行构建，最后发布到指定的容器中运行。

6.安全性与数据管理：考虑引入更复杂的错误处理机制、增强的安全性措施（如使用SSL/TLS加密RMI通信），以及更高级的数据管理策略（如引入ORM框架如Hibernate）。

六、运行老师的文件的收获

首先，我的环境是JDK8

我对代码及其结构均进行了调整：

刚好可以在下面这张图里基本都展示出来：

然后，有用的步骤是：

1.分别到server/client所在目录下cmd完成.java文件的编译： javac -encoding utf-8 *.java，然后在targe目录下就会出现一些.class文件（必须的，不然编译时找不到文件；注意修改.java内容后要重新编译）；

2.在客户端与服务器端.class端的大目录里面建立一个jar包：

jar cvf shared.jar rmiserver\MyCalc.class

3.先清理占用1099端口的进程：

（1）也是到客户端与服务器端.class端的大目录，cmd一下；

（2）清理进程

netstat   -ano|findstr 1099

tasklist|findstr 99232

（这部可有可无）

taskkill /pid 99232 -t -f

（3）引入注册中心

start /b java -classpath "D:\Grade 3\分布式计算\_0406tri\rmi_teacher\target\classes;D:\Grade 3\分布式计算\_0406tri\rmi_teacher\target\classes\shared.jar" sun.rmi.registry.RegistryImpl 1099

4.在IDEA上先运行服务端，再运行客户端~

大功告成！！！

正确结果：

服务端先：

客户端后：

然后返回服务端：

整体界面展示：

错误回忆

1.这个的造成一方面是因为我现在的JDK版本会限制接口MyCalc必须是唯一的，另一方面是因为我的代码当时没有在客户端把这个接口删掉+申明用服务端编译好的MyCalc,还有一方面是运行目录也不对;

2.修改代码后，原来对应的.class文件最好删掉，重新编译！

另外补充

命令行运行方式（前提：编译好class文件+进入正确目录）：

服务器端：

java -classpath "target\classes;target\classes\shared.jar" rmiserver.MyRMIServer

客户端：

java -classpath "target\classes;target\classes\shared.jar" rmiclient.MyRMIClient

（那时代码还没改hhh,所以有一丢丢问题，代码改好就正确啦！）

PS：错误的根本原因是因为客户端尝试将远程对象转换为 rmiclient.MyCalc，而实际上它应该转换为远程接口 rmiserver.MyCalc。即使两个接口的源代码完全相同，如果它们的包路径不同，Java 也会将它们视为完全不同的类型。

七、参考链接

我手写了一个RPC框架。成功帮助读者斩获字节、阿里等大厂offer。 - 知乎 (zhihu.com) 基于 Netty+Kyro+Zookeeper 实现的 RPC 框架（非常优秀！）

分布式计算_grpc_书籍信息管理系统（不配叫系统）_分布式计算实现书籍管理-CSDN博客

【JAVA】基于RMI的书籍信息管理系统_bool add(book b) 添加一个书籍对象。 book querybyid(int book-CSDN博客

CourseDesigned: 课程设计 - Gitee.com

Java的RMI远程方法调用实现和应用-阿里云开发者社区 (aliyun.com)

Distributed-Computing/exp3-rpcsystem at main · silence-tang/Distributed-Computing (github.com)

八、未来的学习方向

1.（微服务讲得特别浅显易懂，我有时间一定实现一下）

如何零基础搭建一套微服务框架（Spring Boot + Dubbo + Docker + Jenkins） - 知乎 (zhihu.com)

2.注册中心：Nacos 网关：Gateway 后端基础框架：ssm 前端：Vue + SPA Axios（request.js）

SpringCloud微服务之学生管理_基于微服务的学生管理系统-CSDN博客

3.基于 MySQL + springcloud 微服务框架的作业管理系统_基于微服务的作业管理系统-CSDN博客

4.文章详细，可视化良好

在idea中搭建微服务项目(22版),详细教程_idea创建微服务项目-CSDN博客

5.作为补充吧

JDK 1.8 IEDA 2019（推荐）Maven 3.5.x（推荐） nacos 1.1.3（推荐）

手把手教你搭建第一个微服务（框架） - 知乎 (zhihu.com)

标签：服务,项目,数据库,编程,分布式计算,java,RMI,远程,客户端
From： https://www.cnblogs.com/HYLOVEYOURSELF/p/18211787