JAVA通訊(2)--實現簡單的RPC架構

一、RPC簡介

RPC，全稱為Remote Procedure Call，即遠端程序呼叫，它是一個電腦通訊協定。它允許像調用本地服務一樣調用遠程服務。它可以有不同的實現方式。如RMI(遠程方法調用)、Hessian、Http invoker等。另外，RPC是與語言無關的。 RPC示意圖

如上圖所示，假設Computer1在調用sayHi()方法，對於Computer1而言調用sayHi()方法就像調用本地方法一樣，調用 –>返回。但從後續調用可以看出Computer1調用的是Computer2中的sayHi()方法，RPC屏蔽了底層的實現細節，讓調用者無需關注網路通訊，資料轉送等細節。 二、RPC架構的實現

上面介紹了RPC的核心原理：RPC能夠讓本地應用簡單、高效地調用伺服器中的過程（服務）。它主要應用在分布式系統。如Hadoop中的IPC組件。但怎樣實現一個RPC架構呢。

從下面幾個方面思考，僅供參考：

1.通訊模型：假設通訊的為A機器與B機器，A與B之間有通訊模型，在Java中一般基於BIO或NIO；。

2.過程（服務）定位：使用給定的通訊方式，與確定IP與連接埠及方法名稱確定具體的過程或方法；

3.遠程代理對象：本地調用的方法(服務)其實是遠程方法的本地代理，因此可能需要一個遠程代理對象，對於Java而言，遠程代理對象可以使用Java的動態對象實現，封裝了調用遠程方法調用；

4.序列化，將對象名稱、方法名稱、參數等對象資訊進行網路傳輸需要轉換成二進位傳輸，這裡可能需要不同的序列化技術方案。如:protobuf，Arvo等。 三、Java實現RPC架構

1、實現技術方案
下面使用比較原始的方案實現RPC架構，採用Socket通訊、動態代理與反射與Java原生的序列化。

2、RPC架構架構
RPC架構分為三部分：

1）服務提供者，運行在伺服器端，提供服務介面定義與服務實作類別。

2）服務中心，運行在伺服器端，負責將本地服務發布成遠程服務，管理遠程服務，提供給服務消費者使用。

3）服務消費者，運行在用戶端，通過遠程代理對象調用遠程服務。

3、 具體實現
服務提供者介面定義與實現，代碼如下：

public interface HelloService {    String sayHi(String name);}

HelloServices介面實作類別：

public class HelloServiceImpl implements HelloService {    public String sayHi(String name) {        return "Hi, " + name;    }}

服務中心代碼實現，代碼如下：

public interface Server {    public void stop();    public void start() throws IOException;    public void register(Class serviceInterface, Class impl);    public boolean isRunning();    public int getPort();}

服務中心實作類別：

public class ServiceCenter implements Server {    private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());    private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();    private static boolean isRunning = false;    private static int port;    public ServiceCenter(int port) {        this.port = port;    }    public void stop() {        isRunning = false;        executor.shutdown();    }    public void start() throws IOException {        ServerSocket server = new ServerSocket();        server.bind(new InetSocketAddress(port));        System.out.println("start server");        try {            while (true) {                // 1.監聽用戶端的TCP串連，接到TCP串連後將其封裝成task，由線程池執行                executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));            }        } finally {            server.close();        }    }    public void register(Class serviceInterface, Class impl) {        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);    }    public boolean isRunning() {        return isRunning;    }    public int getPort() {        return port;    }    private static class ServiceTask implements Runnable {        Socket clent = null;        public ServiceTask(Socket client) {            this.clent = client;        }        public void run() {            ObjectInputStream input = null;            ObjectOutputStream output = null;            try {                // 2.將用戶端發送的碼流還原序列化成對象，反射調用服務實現者，擷取執行結果                input = new ObjectInputStream(clent.getInputStream());                String serviceName = input.readUTF();                String methodName = input.readUTF();                Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();                Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();                Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);                if (serviceClass == null) {                    throw new ClassNotFoundException(serviceName + " not found");                }                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);                // 3.將執行結果還原序列化，通過socket發送給用戶端                output = new ObjectOutputStream(clent.getOutputStream());                output.writeObject(result);            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            } finally {                if (output != null) {                    try {                        output.close();                    } catch (IOException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }                if (input != null) {                    try {                        input.close();                    } catch (IOException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }                if (clent != null) {                    try {                        clent.close();                    } catch (IOException e) {                        e.printStackTrace();                    }                }            }        }    }}

　用戶端的遠程代理對象：

public class RPCClient<T> {    public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {        // 1.將本地的介面調用轉換成JDK的動態代理，在動態代理中實現介面的遠程調用        return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},                new InvocationHandler() {                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {                        Socket socket = null;                        ObjectOutputStream output = null;                        ObjectInputStream input = null;                        try {                            // 2.建立Socket用戶端，根據指定地址串連遠程服務提供者                            socket = new Socket();                            socket.connect(addr);                            // 3.將遠程服務調用所需的介面類、方法名、參數列表等編碼後發送給服務提供者                            output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());                            output.writeUTF(serviceInterface.getName());                            output.writeUTF(method.getName());                            output.writeObject(method.getParameterTypes());                            output.writeObject(args);                            // 4.同步阻塞等待伺服器返回應答，擷取應答後返回                            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());                            return input.readObject();                        } finally {                            if (socket != null) socket.close();                            if (output != null) output.close();                            if (input != null) input.close();                        }                    }                });    }}

最後為測試類別：

public class RPCTest {    public static void main(String[] args) throws IOException {        new Thread(new Runnable() {            public void run() {                try {                    Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);                    serviceServer.register(HelloService.class, HelloServiceImpl.class);                    serviceServer.start();                } catch (IOException e) {                    e.printStackTrace();                }            }        }).start();        HelloService service = RPCClient.getRemoteProxyObj(HelloService.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));        System.out.println(service.sayHi("test"));    }}

運行結果：

regeist service HelloServicestart serverHi, test

四、總結

  RPC本質為訊息處理模型，RPC屏蔽了底層不同主機間的通訊細節，讓進程調用遠端服務就像是本地的服務一樣。

五、可以改進的地方

 這裡實現的簡單RPC架構是使用Java語言開發，與Java語言高度耦合，並且通訊方式採用的Socket是基於BIO實現的，IO效率不高，還有Java原生的序列化機制占記憶體太多，運行效率也不高。可以考慮從下面幾種方法改進。

可以採用基於JSON資料轉送的RPC架構；
可以使用NIO或直接使用Netty替代BIO實現；
使用開源的序列化機制，如Hadoop Avro與Google protobuf等；
服務註冊可以使用Zookeeper進行管理，能夠讓應用更加穩定。

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