Java实现简单的RPC框架

一、RPC简介

RPC，全称为Remote Procedure Call，即远程过程调用，它是一个计算机通信协议。它允许像调用本地服务一样调用远程服务。它可以有不同的实现方式。如RMI(远程方法调用)、Hessian、Http invoker等。另外，RPC是与语言无关的。

    RPC示意图

如上图所示，假设Computer1在调用sayHi()方法，对于Computer1而言调用sayHi()方法就像调用本地方法一样，调用 –>返回。但从后续调用可以看出Computer1调用的是Computer2中的sayHi()方法，RPC屏蔽了底层的实现细节，让调用者无需关注网络通信，数据传输等细节。

二、RPC框架的实现

    上面介绍了RPC的核心原理：RPC能够让本地应用简单、高效地调用服务器中的过程（服务）。它主要应用在分布式系统。如Hadoop中的IPC组件。但怎样实现一个RPC框架呢？

从下面几个方面思考，仅供参考：

1.通信模型：假设通信的为A机器与B机器，A与B之间有通信模型，在Java中一般基于BIO或NIO；。

2.过程（服务）定位：使用给定的通信方式，与确定IP与端口及方法名称确定具体的过程或方法；

3.远程代理对象：本地调用的方法(服务)其实是远程方法的本地代理，因此可能需要一个远程代理对象，对于Java而言，远程代理对象可以使用Java的动态对象实现，封装了调用远程方法调用；

4.序列化，将对象名称、方法名称、参数等对象信息进行网络传输需要转换成二进制传输，这里可能需要不同的序列化技术方案。如:protobuf，Arvo等。

三、Java实现RPC框架

1、实现技术方案

     下面使用比较原始的方案实现RPC框架，采用Socket通信、动态代理与反射与Java原生的序列化。

2、RPC框架架构

RPC架构分为三部分：

1）服务提供者，运行在服务器端，提供服务接口定义与服务实现类。

2）服务中心，运行在服务器端，负责将本地服务发布成远程服务，管理远程服务，提供给服务消费者使用。

3）服务消费者，运行在客户端，通过远程代理对象调用远程服务。

3、 具体实现

服务提供者接口定义与实现，代码如下：

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public interface HelloService {

 

    String sayHi(String name);

 

}

HelloServices接口实现类：

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public class HelloServiceImpl implementsHelloService {

 

    publicString sayHi(String name) {

        return"Hi, " + name;

    }

 

}

服务中心代码实现，代码如下：

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public interface Server {

    publicvoid stop();

 

    publicvoid start() throwsIOException;

 

    publicvoid register(Class serviceInterface, Class impl);

 

    publicboolean isRunning();

 

    publicint getPort();

}

服务中心实现类：

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public class ServiceCenter implementsServer {

    privatestatic ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

 

    privatestatic final HashMap<String, Class> serviceRegistry = newHashMap<String, Class>();

 

    privatestatic booleanisRunning = false;

 

    privatestatic int port;

 

    publicServiceCenter(intport) {

        this.port = port;

    }

 

    publicvoid stop() {

        isRunning =false;

        executor.shutdown();

    }

 

    publicvoid start() throwsIOException {

        ServerSocket server =new ServerSocket();

        server.bind(newInetSocketAddress(port));

        System.out.println("start server");

        try{

            while(true) {

                // 1.监听客户端的TCP连接，接到TCP连接后将其封装成task，由线程池执行

                executor.execute(newServiceTask(server.accept()));

            }

        }finally {

            server.close();

        }

    }

 

    publicvoid register(Class serviceInterface, Class impl) {

        serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);

    }

 

    publicboolean isRunning() {

        returnisRunning;

    }

 

    publicint getPort() {

        returnport;

    }

 

    privatestatic class ServiceTask implements Runnable {

        Socket clent =null;

 

        publicServiceTask(Socket client) {

            this.clent = client;

        }

 

        publicvoid run() {

            ObjectInputStream input =null;

            ObjectOutputStream output =null;

            try{

                // 2.将客户端发送的码流反序列化成对象，反射调用服务实现者，获取执行结果

                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) {

                    thrownew ClassNotFoundException(serviceName +" not found");

                }

                Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);

                Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);

 

                // 3.将执行结果反序列化，通过socket发送给客户端

                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();

                    }

                }

            }

 

        }

    }

}

　客户端的远程代理对象：

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public class RPCClient<T> {

    publicstatic <T> T getRemoteProxyObj(finalClass<?> serviceInterface, finalInetSocketAddress addr) {

        // 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理，在动态代理中实现接口的远程调用

        return(T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(),new Class<?>[]{serviceInterface},

                newInvocationHandler() {

                    publicObject invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)throws Throwable {

                        Socket socket =null;

                        ObjectOutputStream output =null;

                        ObjectInputStream input =null;

                        try{

                            // 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者

                            socket =new Socket();

                            socket.connect(addr);

 

                            // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者

                            output =new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());

                            output.writeUTF(serviceInterface.getName());

                            output.writeUTF(method.getName());

                            output.writeObject(method.getParameterTypes());

                            output.writeObject(args);

 

                            // 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回

                            input =new ObjectInputStream(socket.getInputStream());

                            returninput.readObject();

                        }finally {

                            if(socket != null) socket.close();

                            if(output != null) output.close();

                            if(input != null) input.close();

                        }

                    }

                });

    }

}

最后为测试类：

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public class RPCTest {

 

    publicstatic void main(String[] args) throws IOException {

        newThread(new Runnable() {

            publicvoid 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"));

    }

}

运行结果：

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regeist service HelloService

start server

Hi, test

四、总结

      RPC本质为消息处理模型，RPC屏蔽了底层不同主机间的通信细节，让进程调用远程的服务就像是本地的服务一样。

五、可以改进的地方

     这里实现的简单RPC框架是使用Java语言开发，与Java语言高度耦合，并且通信方式采用的Socket是基于BIO实现的，IO效率不高，还有Java原生的序列化机制占内存太多，运行效率也不高。可以考虑从下面几种方法改进。

1. 可以采用基于JSON数据传输的RPC框架；
2. 可以使用NIO或直接使用Netty替代BIO实现；
3. 使用开源的序列化机制，如Hadoop Avro与Google protobuf等；
4. 服务注册可以使用Zookeeper进行管理，能够让应用更加稳定。