RPC的機(jī)制的誕生和基礎(chǔ)概念

【摘要】 Rpc基本概念RPC（Remote Procedure Call）遠(yuǎn)程過程調(diào)用，是一種通過網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)程序上請求服務(wù)，而不需要了解底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的協(xié)議，簡單的理解是一個節(jié)點(diǎn)請求另一個節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。RPC只是一套協(xié)議，基于這套協(xié)議規(guī)范來實(shí)現(xiàn)的框架都可以稱為 RPC 框架，比較典型的有 有阿里巴巴的 Dubbo、Google 的 gRPC、Facebook 的 Thrift 和 Twitt...

Rpc基本概念

RPC（Remote Procedure Call）遠(yuǎn)程過程調(diào)用，是一種通過網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)程序上請求服務(wù)，而不需要了解底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的協(xié)議，簡單的理解是一個節(jié)點(diǎn)請求另一個節(jié)點(diǎn)提供的服務(wù)。RPC只是一套協(xié)議，基于這套協(xié)議規(guī)范來實(shí)現(xiàn)的框架都可以稱為 RPC 框架，比較典型的有 有阿里巴巴的 Dubbo、Google 的 gRPC、Facebook 的 Thrift 和 Twitter 的 Finagle 等。

RPC 機(jī)制和實(shí)現(xiàn)過程

RPC 是遠(yuǎn)程過程調(diào)用的方式之一，涉及調(diào)用方和被調(diào)用方兩個進(jìn)程的交互。因?yàn)?RPC 提供類似于本地方法調(diào)用的形式，所以對于調(diào)用方來說，調(diào)用 RPC 方法和調(diào)用本地方法并沒有明顯區(qū)別。

RPC的機(jī)制的誕生和基礎(chǔ)概念

1984 年，Birrell 和 Nelson 在 ACM Transactions on Computer Systems 期刊上發(fā)表了名為“Implementing remote procedure calls”的論文，該文對 RPC 的機(jī)制做了經(jīng)典的詮釋：

RPC 遠(yuǎn)程過程調(diào)用是指計(jì)算機(jī) A 上的進(jìn)程，調(diào)用另外一臺計(jì)算機(jī) B 上的進(jìn)程的方法。其中A 上面的調(diào)用進(jìn)程被掛起，而 B 上面的被調(diào)用進(jìn)程開始執(zhí)行對應(yīng)方法，并將結(jié)果返回給 A，計(jì)算機(jī) A 接收到返回值后，調(diào)用進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。

發(fā)起 RPC 的進(jìn)程通過參數(shù)等方式將信息傳送給被調(diào)用方，然后被調(diào)用方處理結(jié)束后，再通過返回值將信息傳遞給調(diào)用方。這一過程對于開發(fā)人員來說是透明的，開發(fā)人員一般也無須知道雙方底層是如何進(jìn)行消息通信和信息傳遞的，這樣可以讓業(yè)務(wù)開發(fā)人員更專注于業(yè)務(wù)開發(fā)，而非底層細(xì)節(jié)。

RPC 讓程序之間的遠(yuǎn)程過程調(diào)用具有與本地調(diào)用類似的形式。比如說某個程序需要讀取某個文件的數(shù)據(jù)，開發(fā)人員會在代碼中執(zhí)行 read 系統(tǒng)調(diào)用來獲取數(shù)據(jù)。

當(dāng) read 實(shí)際是本地調(diào)用時(shí)，read 函數(shù)由鏈接器從依賴庫中提取出來，接著鏈接器會將它鏈接到該程序中。雖然 read 中執(zhí)行了特殊的系統(tǒng)調(diào)用，但它本身依然是通過將參數(shù)壓入堆棧的常規(guī)方式調(diào)用的，調(diào)用方并不知道 read 函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)和行為。

當(dāng) read 實(shí)際是一個遠(yuǎn)程過程時(shí)（比如調(diào)用遠(yuǎn)程文件服務(wù)器提供的方法），調(diào)用方程序中需要引入 read 的接口定義，稱為客戶端存根（client-stub）。遠(yuǎn)程過程 read 的客戶端存根與本地方法的 read 函數(shù)類似，都執(zhí)行了本地函數(shù)調(diào)用。不同的是它底層實(shí)現(xiàn)上不是進(jìn)行操作系統(tǒng)調(diào)用讀取本地文件來提供數(shù)據(jù)，而是將參數(shù)打包成網(wǎng)絡(luò)消息，并將此網(wǎng)絡(luò)消息發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，交由遠(yuǎn)程服務(wù)執(zhí)行對應(yīng)的方法，在發(fā)送完調(diào)用請求后，客戶端存根隨即阻塞，直到收到服務(wù)器發(fā)回的響應(yīng)消息為止。

下圖展示了遠(yuǎn)程方法調(diào)用過程中的客戶端和服務(wù)端各個階段的操作。

總結(jié)下RPC執(zhí)行步驟：

調(diào)用客戶端句柄，執(zhí)行傳遞參數(shù)。

調(diào)用本地系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)送網(wǎng)絡(luò)消息。

消息傳遞到遠(yuǎn)程主機(jī)，就是被調(diào)用的服務(wù)端。

服務(wù)端句柄得到消息并解析消息。

服務(wù)端執(zhí)行被調(diào)用方法，并將執(zhí)行完畢的結(jié)果返回給服務(wù)器句柄。

服務(wù)器句柄返回結(jié)果，并調(diào)用遠(yuǎn)程系統(tǒng)內(nèi)核。

消息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳遞給客戶端。

客戶端接受數(shù)據(jù)。

安裝gRPC和Protobuf

gRPC由google開發(fā)，是一款語言中立、平臺中立、開源的遠(yuǎn)程過程調(diào)用系統(tǒng)
gRPC客戶端和服務(wù)端可以在多種環(huán)境中運(yùn)行和交互，例如用java寫一個服務(wù)端，可以用go語言寫客戶端調(diào)用
在gRPC中，我們可以一次性的在一個 proto文件中定義服務(wù)并使用任意的支持gRPC的語言去實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)端，整個過程操作變得簡單，就像調(diào)用本地函數(shù)一樣。

通過 proto生成服務(wù)端代碼，也就是服務(wù)端的骨架，提供低層通信抽象
通過 proto生成客戶端代碼，也就是客戶端的存根，隱藏了不同語言的差異，提供抽象的通信方式，就像調(diào)用本地函數(shù)一樣。

安裝

go getgithub.com/golang/protobuf/proto

go getgoogle.golang.org/grpc（無法使用，用如下命令代替）

git clonehttps://github.com/grpc/grpc-go.git$GOPATH/src/google.golang.org/grpc

git clonehttps://github.com/golang/net.git$GOPATH/src/golang.org/x/net

git clonehttps://github.com/golang/text.git$GOPATH/src/golang.org/x/text

go get -ugithub.com/golang/protobuf/{proto,protoc-gen-go}

git clonehttps://github.com/google/go-genproto.git$GOPATH/src/google.golang.org/genproto

cd $GOPATH/src/

go installgoogle.golang.org/grpc

go getgithub.com/golang/protobuf/protoc-gen-go

上面安裝好后，會在GOPATH/bin下生成protoc-gen-go.exe

但還需要一個protoc.exe，windows平臺編譯受限，很難自己手動編譯，直接去網(wǎng)站下載一個，地址：https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases/tag/v3.9.0，同樣放在GOPATH/bin下

proto 服務(wù)定義

gRPC 使用protocol buffer 來定義服務(wù)接口，protocol buffer和 XML、JSON一樣是一種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)序列化的可擴(kuò)展存儲結(jié)構(gòu)，protocol buffer是一種語言中立，結(jié)構(gòu)簡單高效，比XML更小更簡單，可以通過特殊的插件自動生成代碼來讀寫操作這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

import "myproject/other_protos.proto";// 導(dǎo)入其他 proto文件
syntax = "proto3"; // 指定proto版本
package hello;     // 指定默認(rèn)包名

// 指定golang包名
option go_package = "hello";

message SearchRequest 
{
  required string query = 1;// 必須賦值字段
  optional int32 page_number = 2 [default = 10];// 可選字段
  repeated int32 result_per_page = 3;// 可重復(fù)字段 
}

message SearchResponse 
{
  message Result // 嵌套定義
  {
    required string url = 1;
    optional string title = 2;
    repeated string snippets = 3;
  }
  repeated Result result = 1;
}

message SomeOtherMessage 
{
  optional SearchResponse.Result result = 1;// 使用其他消息的定義
}

service List{// 定義gRPC服務(wù)接口
rpc getList(SearchRequest) returns (SearchResponse);
}

// 插件自動生成gRPC骨架和存根
protoc --go_out=plugins=grpc: ./ *.proto

后面需要實(shí)現(xiàn)服務(wù)端具體的邏輯就行，然后注冊到gRPC服務(wù)器
客戶端在調(diào)用遠(yuǎn)程方法時(shí)會使用阻塞式存根，所以gRPC主要使用同步的方式通信，在建立連接后，可以使用流的方式操作。
客戶端編排為protocol buffer的格式，服務(wù)端再解排執(zhí)行，以HTTP2 傳輸

gRPC 優(yōu)勢

更高效的進(jìn)程通信：使用基于protocol buffer在Http2 中以二進(jìn)制協(xié)議通信，而不是JSON、XML文本格式

簡單定義的服務(wù)接口、易擴(kuò)展

強(qiáng)類型、跨語言

一元RPC、服務(wù)端流、客戶端流、雙工流

gRPC入門

簡單使用

protocol buffer

syntax = "proto3";
package hello;
// 第一個分割參數(shù)，輸出路徑；第二個設(shè)置生成類的包路徑

option go_package = "./proto/hello";
// 設(shè)置服務(wù)名稱
service Greeter {
  // 設(shè)置方法
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}

// 請求信息用戶名.
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// 響應(yīng)信息
message HelloReply {
  string message = 1;
}

服務(wù)端

package main

import (
"context"
"flag"
"fmt"
"log"
"net"

"google.golang.org/grpc"
pb "mygrpc/proto/hello"
)

var (
port = flag.Int("port", 50051, "The server port")
)

type server struct {
pb.UnimplementedGreeterServer
}

func (s *server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) {
log.Printf("Received: %v", in.GetName())
return &pb.HelloReply{Message: "Hello " + in.GetName()}, nil
}

func main() {
flag.Parse()
lis, err := net.Listen("tcp", fmt.Sprintf(":%d", *port))
if err != nil {
log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
}
// 開啟rpc
s := grpc.NewServer()
// 注冊服務(wù)
pb.RegisterGreeterServer(s, &server{})
log.Printf("server listening at %v", lis.Addr())
if err := s.Serve(lis); err != nil {
log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
}
}

客戶端

package main

import (
"context"
"flag"
"log"
"time"

"google.golang.org/grpc"
"google.golang.org/grpc/credentials/insecure"
pb "mygrpc/proto/hello" // 引入編譯生成的包
)

const (
defaultName = "world"
)

var (
addr = flag.String("addr", "localhost:50051", "the address to connect to")
name = flag.String("name", defaultName, "Name to greet")
)

func main() {
flag.Parse()
// 與服務(wù)建立連接.
conn, err := grpc.Dial(*addr, grpc.WithTransportCredentials(insecure.NewCredentials()))
if err != nil {
log.Fatalf("did not connect: %v", err)
}
defer conn.Close()
// 創(chuàng)建指定服務(wù)的客戶端
c := pb.NewGreeterClient(conn)

// 連接服務(wù)器并打印出其響應(yīng)。
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
defer cancel()
// 調(diào)用指定方法
r, err := c.SayHello(ctx, &pb.HelloRequest{Name: *name})
if err != nil {
log.Fatalf("could not greet: %v", err)
}
log.Printf("Greeting: %s", r.GetMessage())
}

客戶端連接gRPC服務(wù)器以后，就可以像調(diào)用本地函數(shù)一樣操作遠(yuǎn)程服務(wù)器。

審核編輯：黃飛