RPC | RPC协议介绍及原理详解
原创 HughCoding 后端技术解忧铺 2023-06-11 12:26 发表于北京 收录于合集 #网络安全3个 #Spring技术框架系列22个 #JAVA核心技术系列45个 后来音乐:刘若英![](http://y.gtimg.cn/music/photo_new/T001R120x120M000003jJGvv3C82KZ_5.jpg)
RPC框架
介绍
概念
- RPC(Remote Procedure Call Protocol) 远程过程调用协议。
- RPC是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务,不需要了解底层网络技术的协议。
- RPC主要作用就是不同的服务间方法调用就像本地调用一样便捷。
常用RPC技术或框架
- 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
主流的gRPC、Thrift、Dubbo
gRPC
:gRPC是Google开源软件,gRPC是基于HTTP2.0协议,而HTTP2.0是基于二进制的HTTP协议升级版本,底层使用Netty框架支持。Thrift
:Thrift是Facebook开源项目,其是一个跨语言的服务开发框架。用户只需在进行二开即可,对底层的RPC通讯透明。Dubbo
:Dubbo是阿里开源组件协议和序列化框架都可以插拔,依托Spring框架开发,远程接口是基于Java接口,适用于微服务架构。
为什么要有RPC?
服务化
:微服务化,跨平台的服务之间远程调用;分布式系统架构
:分布式服务跨机器进行远程调用;服务可重用
:开发一个公共能力服务,供多个服务远程调用。系统间交互调用
:两台服务器A、B,服务器A上的应用a需要调用服务器B上的应用b提供的方法,而应用a和应用b不在一个内存空间,不能直接调用,此时,需要通过网络传输来表达需要调用的语义及传输调用的数据。
使用场景
大型网站
:内部涉及多个子系统,服务、接口较多。注册发现机制
:如Nacos、Dubbo等,一般都有注册中心,服务有多个实例,调用方调用的哪个实例无感知。- 安全性`:不暴露资源。
服务化治理
:微服务架构、分布式架构。
架构
架构图
一次RPC调用流程
- 客户端(Client)通过本地调用的方式调用服务(以接口方式调用);
- 客户端存根(Client Stub)接收到调用请求后负责将方法、入参等信息进行组装序列化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流);
- 客户端存根(Client Stub)找到远程的服务地址,并且将消息通过网络发送给服务端(通过sockets发送消息);
- 服务端存根(Server Stub)收到消息后进行反序列化操作,即解码(将二进制流反序列化为消息对象);
- 服务端存根(Server Stub)通过解码结果调用本地的服务进行相关处理;
- 服务端(Server)本地服务业务处理;
- 服务端(Server)将处理结果返回给服务端存根;
- 服务端存根(Server Stub)序列化处理结果(将结果消息对象序列化为二进制流);
- 服务端存根(Server Stub)将序列化结果通过网络发送至客户端(通过sockets发送消息);
- 客户端存根(Server Stub)接收到消息,进行反序列化解码(将结果二进制流反序列化为消息对象);
- 客户端得到最终的结果。
核心功能
重要组成
- 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。
- newtwork service:底层传输,tcp或http
功能实现
功能实现主要分为服务寻址、序列化和反序列化、网络传输功能。
服务寻址功能
Call ID映射
- 本地:在本地方法调用中,函数体是直接通过函数指针来指定的,但是在远程调用中,由于两个进程的地址空间完全不一样,函数指针不起作用。
- 远程:RPC中所有函数或方法都有自己的一个ID,在所有进程中都唯一。客户端在做远程过程调用时,必须附上这个ID,即客户端会查一下表,找出相应的Call ID,然后传给服务端,服务端也会查表,来确定客户端需要调用的函数,然后执行相应函数的代码。
- Call ID映射表一般是一个哈希表。
技术示例
需要通过服务注册中心去查询对方服务有哪些实例。
- Nacos整合OpenFeign实现RPC调用。
- Spring Cloud集成Dubbo实现RPC调用。
序列化和反序列化功能
概述
- 序列化:将消息对象转换为二进制流。
- 反序列化:将二进制流转换为消息对象。
必要性
- 远程调用涉及到数据的传输,在本地调用中,只需要将数据压入栈中,然后让函数去栈中读取即可。
- 但远程的数据传输,由于客户端和服务端不在同一个服务器上,涉及不同的进程,不能通过内存传递参数,此时就需要将客户端先将请求参数转成字节流(编码),传递给服务端,服务端再将字节流转为自己可读取格式(解码),这就是序列化和反序列化的过程。反之,服务端返回值也逆向经历序列化和反序列化到客户端。
序列化的优势
- 将消息对象转为二进制字节流,便于网络传输。
- 可跨平台、跨语言。如Python编写的客户端请求序列化参数传输到Java编写的服务端进行反序列化。
网络传输功能
作用
- 客户端将Call ID和序列化后的参数字节流传输给服务端。
- 服务端将序列化后的调用结果回传给客户端。
协议
主要有TCP、UDP、HTTP协议。
TCP协议
- 客户端和服务端建立Socket连接。
- 客户端通过Socket将需要调用的接口名称、方法名称及参数序列化后传递给服务端。
- 服务端反序列化后再利用反射调用对应的方法,将结果返回给客户端。
HTTP
- 客户端向服务端发送请求,如GET、POST、PUT、DELETE等请求。
- 服务端根据不同的请求参数和请求URL进行方法调用,返回JSON或者XML数据结果。
TCP和HTTP对比
- 基于TCP协议实现的RPC调用,由于是底层协议栈,更佳灵活的对协议字段进行定制,可减少网络开销,提高性能,实现更大的吞吐量和并发数。但,底层复杂,实现代价高。
- 基于HTTP协议实现的RPC调用,已封装实现序列化,但HTTP属于应用层协议,HTTP传输所占用的字节数比TCP更高,传输效率对比TCP较低。
RPC与Restful API对比
侧重不同
- RPC侧重于操作
- Restful侧重于资源
传输效率
- RPC效率更高,可自定义TCP协议,控制请求报文体积。
- Restful效率更低,基于HTTP协议。
复杂度
- RPC实现复杂,需关注服务寻址、序列化和反序列化及网络传输,调用流程繁琐。
- Restful实现简单,无需关注序列化和反序列化、网络传输,调用流程便捷。
使用场景
- RPC适用于公司内部服务调用,如部门之间不同平台的服务调用,性能消耗低,传输效率高,实现复杂一些。
- HTTP主要用于外部异构环境,浏览器接口调用、第三方接口调用等。
【每篇微语】能点醒一个人的从来不是说教,而是磨难!