java架构师课程学习心得第4篇仿照Dubbo手写RPC框架

仿照Dubbo手写RPC框架

前言

Dubbo是一款开源的RPC框架，本文通过手写RPC框架的方式来加深对Dubbo的理解

一、RPC是什么？

RPC（Remote Procedure Call）远程过程调用，简单的理解是一个节点请求另一个节点提供的服务。它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的思想。

RPC 是一种技术思想而非一种规范或协议，常见 RPC 技术和框架有：

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。

二、完整RPC框架的结构

在一个典型 RPC 的使用场景中，包含了服务发现、负载、容错、网络传输、序列化等组件，其中“RPC 协议”就指明了程序如何进行网络传输和序列化。

三、RPC框架的核心功能

RPC 的核心功能是指实现一个 RPC 最重要的功能模块，就是上图中的”RPC 协议”部分。
RPC的协议有很多，比如最早的CORBA，Java RMI，Web Service的RPC风格，Hessian，Thrift，甚至Rest API。网络传输方式有 HTTP、TCP、Websocket 等

一个 RPC 的核心功能主要有 5 个部分组成，分别是：客户端、客户端 Stub、网络传输模块、服务端 Stub、服务端等。

下面分别介绍核心 RPC 框架的重要组成：

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。
Network Service：底层传输，可以是 TCP 或 HTTP。

RPC核心三大步骤

1、 寻址：客户端是如何知晓服务端具体（ip+port）地址的，比如输入域名会通过DNS服务查询到对应的ip
2、通讯方式：选择tcp/udp，以及具体的上层协议；比如http就是一种基于tcp之上的协议
3、数据序列化：客户端和服务端交互时，对数据使用的序列化方式，比如json，xml等

四、为什么要引入RPC

关于这个问题，首先我们来看看下面的场景：
假如我们的电商系统中需要一个发送短信的服务，调用的是A平台的接口，如果我们把短息服务和电商系统的其他模块都放在一个jar包中，那么当我们需要切换到B平台发送短信时，就需要修改代码，然后再重新部署。如果系统中还有其他类似的服务，那么对于代码管理和运维来说是个很繁重的工作，且这样的系统耦合度会很高。
使用RPC技术带来的好处：
1、使用RPC技术可以使系统降低耦合性，系统拆分成多模块后，各模块之间使用RPC通信，各模块可以独立部署，从而达到解耦的目的
2、RPC底层网络是长链接，不必每次通信都要像http一样去3次握手什么的，减少了网络开销
3、RPC框架一般都有注册中心，有丰富的监控管理、发布、下线接口、动态扩展等，对调用方来说是无感知、统一化的操作。
4、RPC协议的底层传输和序列化都可以自定义，在网络传输过程中是比较安全的。

五、手写RPC框架的流程和模块说明

1、使用的一些技术点

1、本文的RPC框架是用redis做注册中心，基于spring提供远程服务，使用spring注解完成远程服务的注入和调用
2、使用了spring中的bean的后置处理器，来做bean的扩展
3、使用了spi机制，加载配置类
4、使用了netty，完成底层的网络传输
5、使用redis的订阅发布机制，完成服务的注册发现，以及服务的上线和下线通知
6、客户端和服务端都采用了代理机制，来完成服务的调用
7、TrpcBootstrap类是服务调用者和服务提供者的统一入口，TrpcProtocol类是实现rpc协议的统一入口

2、一些模块的说明

类:OrderApplication
1.@EnableTRPC
2.context.star()
3.多线程调用OrderService
1.通过@EnableTRPC开启rpc功能
2.开启spring服务
3.子线程获取OrderServiceImpl对象，发起远程调用

注解:EnableTRPC
@Import(）
1.TRPCPostProcessor.class
2.TRPCConfiguration.class
1.通过@import注解，当服务启动时调用TRPCPostProcessor.class
TRPCConfiguration.class,完成一些类的注册
类:TRPCConfiguration
1.BeanDefinitionBuilder
2.environment.getProperty
3.BeanDefinitionRegistry
1.获取配置相关类的构建器
2.将配置文件中的属性，注入到配置类对应的字段中
3.完成配置类对象bean的注册

类:TRPCPostProcessor
1.ServiceConfig
2.ReferenceConfig
3.TrpcBootstrap
1.服务提供者，通过TRpcService注解找到服务的实现类，构建serviceConfig配置，最后由TrpcBootstrap.export()暴露服务
2.服务调用者，通过TRpcReference注解找到执行远程调用的对象变量，通过TrpcBootstrap.getReferenceBean(referenceConfig)获取服务代理对象，并注入到变量中

类:TrpcBootstrap
1.export()
2.getReferenceBean()
1.服务提供者
1.1 ProxyFactory.getInvoker()获取服务实现类的代理对象
1.2 serviceConfig.getProtocolConfigs()获取具体协议，构建协议的URI
1.3 protocol.export(exportUri, invoker)暴露协议
1.4 RegistryService通过spi加载，然后注册协议到redis

2.服务调用者
2.1 new ClusterInvoker()获取服务提供者实例集群
2.2 ProxyFactory.getProxy(clusterInvoker, new Class[]{referenceConfig.getService()})获取实例集群的代理
2.3代理调用invoke方法时，会采用负载均衡策略选择实例聚群中的一个实例进行远程调用

类:ClusterInvoker
1.构造函数
2.invoke()
2.1 loadbalance
1.在构造函数中获取ReferenceConfig中的注册中心uri
2.通过RegistryService和uri，初始化注册中心，并订阅相关服务，最后通过notify回调，更新本地服务列表
3.当notiy回调通知有新的服务uri时，会通过protocol.refer(uri)创建一个新的invoker服务代理，并添加到本地服务列表中

类:ProxyFactory
1 getProxy()
1.1 new InvokerInvocationHandler(invoker)
2.getInvoker()
2.1 new Invoker()
1.服务提供者
1.1 getInvoker(Object proxy, Class type), 返回new Invoker()匿名代理类
2.1 参数proxy是具体提供服务的实现类，匿名代理类中的invoke(RpcInvocation rpcInvocation)方法就会通过反射调用服务实现类的方法

2.服务调用者
2.1 getProxy(Invoker invoker), 方法返回InvokerInvocationHandler代理对象
2.2 该代理对象执行本地方法，有需要远程调用的方法时，就构建RpcInvocation对象
2.3 最后InvokerInvocationHandler(invoker)对象会调用真正服务实现类的invoker来执行服务，既这里多了一层代理

类:TrpcProtocol
1.export()
2.refer()
2.1 transporter.connect()
2.2 TrpcClientInvoker
1.服务提供者
1.1 getInvoker(Object proxy, Class type),获取序列化对象，编解码器对象，服务端Handler对象
1.2 通过spi加载网络协议的实现类transporter，通过transporter.export()导出服务

2.服务调用者
2.1 refer(URI consumerUri),获取序列化对象，编解码器对象，客户端Handler对象
2.2 通过spi加载网络协议的实现类transporter，通过transporter.connect()获取客户端连接
2.3 new TrpcClientInvoker(connect, serialization)返回客户端连接代理，既ClusterInvoker中的服务代理

类:TrpcClientInvoker
1.implements Invoker
2.invoke(RpcInvocation rpcInvocation)
2.1 client.getChannel().send(requestBody)
2.2 future=TrpcClientHandler.waitResult()
2.3 return (Response) future.get()
1.实现了Invoker接口
2.invoke(RpcInvocation rpcInvocation)
2.1方法中通过client中的trpcChannel来完成远程服务调用，既把相关数据发送到netty服务端
2.2 通过TrpcClientHandler异步获取服务端返回的响应，并通过id唯一标识
2.3 将获取到的响应返回

类:RedisRegistry
1.构造函数
2.void register(URI uri)
3.void subscribe(String service, NotifyListener notifyListener)
1.init()
1.1 通过心跳机制，定时刷新redis中服务uri的过期时间
1.2 开启子线程，new JedisPubSub()定义收到订阅消息时的回调处理方式，并通过NotifyListener完成回调通知
1.3 通过__keyspace@0__:trpc-*"和psubscribe进行模式订阅
2.register(URI uri)，在redis中set 服务的uri
3. subscribe(）,通过 keys(）命令，模糊匹配的方式获取到想要调用的远程服务的uri列表

类:Netty4Transporter
1.Client connect()
2.Server start()
1.通过netty服务端程序，开启网络服务
2.通过netty客户端程序，建立长连接

接口:LoadBalance()
1.Invoker select(Map invokerMap)
1.两个实现类RandomLoadBalance和RoundRobin
2.通过select方法，采用对应的策略返回ClusterInvoker中的一个代理对象

类:TrpcClientHandler
1.CompletableFuture waitResult()
2.onReceive()
1.登记，创建返回一个future, 每个发起远程调用的线程有一个单独的future
2.接收远程服务执行结果，删除future
类:TrpcServerHandler
1.onReceive()
2.getInvoker()
1.获取远程服务实现类SmsServiceImpl的代理，并执行远程方法
2.获取远程方法执行结果，并包装成response返回给客户端

类:RpcInvocation
1.将netty发送数据的请求体进行包装
2.long incrementAndGet()
通过自旋方式获取自增id

类:RoundRobin
1.Invoker select()
2.int incrementAndGet()

类:SmsApplication
1.@EnableTRPC
2.context.star()

类:SmsServiceImpl
1.@TRpcService
2.Object send()服务实现类

类:OrderServiceImpl
1.@TRpcReference(loadbalance = “RoundRobin”)
2.smsService.send()远程调用

接口:SmsService
1.Object send(String phone, String content)

接口:OrderService
1.void create(String orderContent);

接口:Invoker
1.invoke(RpcInvocation rpcInvocation)

接口:Handler
1.onReceive()
2.onWrite()

3、整体流程图

总结

这个手写RPC框架，花了我两个星期的时间，真是不容易呀！欢迎各位技术大牛前来指点江山，交流评论。你的支持就是对我最大的鼓励！谢谢！