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RPC 被称为“远程过程调用”，表明了一个方法调用会跨越网络，跨越进程，所以传输层是不可或缺的。一说到网络传输，一堆名词就蹦了出来：TCP、UDP、HTTP，同步 or 异步，阻塞 or 非阻塞，长连接 or 短连接…
本文介绍两种传输层的实现：使用 Socket 和使用 Netty。前者实现的是阻塞式的通信，是一个较为简单的传输层实现方式，借此可以了解传输层的工作原理及工作内容；后者是非阻塞式的，在一般的 RPC 场景下，性能会表现的很好，所以被很多开源 RPC 框架作为传输层的实现方式。
RpcRequest 和 RpcResponse
传输层传输的主要对象其实就是这两个类，它们封装了请求 id，方法名，方法参数，返回值，异常等 RPC 调用中需要的一系列信息。
public class RpcRequest implements Serializable {
private String interfaceName;
private String methodName;
private String parametersDesc;
private Object[] arguments;
private MapString, String attachments;
private int retries = 0;
private long requestId;
private byte rpcProtocolVersion;
}
public class RpcResponse implements Serializable {
private Object value;
private Exception exception;
private long requestId;
private long processTime;
private int timeout;
private MapString, String attachments;// rpc协议版本兼容时可以回传一些额外的信息
private byte rpcProtocolVersion;
}
Socket传输
Server
public class RpcServerSocketProvider {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//序列化层实现参考之前的章节
Serialization serialization = new Hessian2Serialization();
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8088);
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
while (true) {
final Socket socket = serverSocket.accept();
executorService.execute(() - {
try {
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
try {
DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
int length = dis.readInt();
byte[] requestBody = new byte[length];
dis.read(requestBody);
//反序列化requestBody = RpcRequest
RpcRequest rpcRequest = serialization.deserialize(requestBody, RpcRequest.class);
//反射调用生成响应 并组装成 rpcResponse
RpcResponse rpcResponse = invoke(rpcRequest);
//序列化rpcResponse = responseBody
byte[] responseBody = serialization.serialize(rpcResponse);
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);
dos.writeInt(responseBody.length);
dos.write(responseBody);
dos.flush();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
is.close();
os.close();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
socket.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
public static RpcResponse invoke(RpcRequest rpcRequest) {
//模拟反射调用
RpcResponse rpcResponse = new RpcResponse();
rpcResponse.setRequestId(rpcRequest.getRequestId());
//... some operation
return rpcResponse;
}
}
Client
public class RpcSocketConsumer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//序列化层实现参考之前的章节
Serialization serialization = new Hessian2Serialization();
Socket socket = new Socket("localhost", 8088);
InputStream is = socket.getInputStream();
OutputStream os = socket.getOutputStream();
//封装rpc请求
RpcRequest rpcRequest = new RpcRequest();
rpcRequest.setRequestId(12345L);
//序列化 rpcRequest = requestBody
byte[] requestBody = serialization.serialize(rpcRequest);
DataOutputStream dos = new DataOutputStream(os);
dos.writeInt(requestBody.length);
dos.write(requestBody);
dos.flush();
DataInputStream dis = new DataInputStream(is);
int length = dis.readInt();
byte[] responseBody = new byte[length];
dis.read(responseBody);
//反序列化 responseBody = rpcResponse
RpcResponse rpcResponse = serialization.deserialize(responseBody, RpcResponse.class);
is.close();
os.close();
socket.close();
System.out.println(rpcResponse.getRequestId());
}
}
dis.readInt() 和 dis.read(byte[] bytes) 决定了使用 Socket 通信是一种阻塞式的操作，报文头+报文体的传输格式是一种常见的格式，除此之外，使用特殊的字符如空行也可以划分出报文结构。在示例中，我们使用一个 int（4字节）来传递报问题的长度，之后传递报文体，在复杂的通信协议中，报文头除了存储报文体还会额外存储一些信息，包括协议名称，版本，心跳标识等。
在网络传输中，只有字节能够被识别，所以我们在开头引入了 Serialization 接口，负责完成 RpcRequest 和 RpcResponse 与字节的相互转换。（Serialization 的工作机制可以参考之前的文章）
使用 Socket 通信可以发现：每次 Server 处理 Client 请求都会从线程池中取出一个线程来处理请求，这样的开销对于一般的 Rpc 调用是不能够接受的，而 Netty 一类的网络框架便派上了用场。
Netty 传输
Server 和 ServerHandler
public class RpcNettyProvider {
public static void main(String[] args) throws Exception{
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup();
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
// 创建并初始化 Netty 服务端 Bootstrap 对象
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup);
bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);
bootstrap.childHandler(new ChannelInitializerSocketChannel() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
pipeline.addLast(new RpcDecoder(RpcRequest.class)); // 解码 RPC 请求
pipeline.addLast(new RpcEncoder(RpcResponse.class)); // 编码 RPC 响应
pipeline.addLast(new RpcServerHandler()); // 处理 RPC 请求
}
});
bootstrap.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024);
bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true);
ChannelFuture future = bootstrap.bind("127.0.0.1", 8087).sync();
// 关闭 RPC 服务器
future.channel().closeFuture().sync();
} finally {
workerGroup.shutdownGracefully();
bossGroup.shutdownGracefully();
}
}
}
public class RpcServerHandler extends SimpleChannelInboundHandlerRpcRequest {
@Override
public void channelRead0(final ChannelHandlerContext ctx, RpcRequest request) throws Exception {
RpcResponse rpcResponse = invoke(request);
// 写入 RPC 响应对象并自动关闭连接
ctx.writeAndFlush(rpcResponse).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);
}
private RpcResponse invoke(RpcRequest rpcRequest) {
//模拟反射调用
RpcResponse rpcResponse = new RpcResponse();
rpcResponse.setRequestId(rpcRequest.getRequestId());
//... some operation
return rpcResponse;
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
Client 和 ClientHandler
public class RpcNettyConsumer {
public static void main(String[] args) throws Exception{
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
try {
// 创建并初始化 Netty 客户端 Bootstrap 对象
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group);
bootstrap.channel(NioSocketChannel.class);
bootstrap.handler(new ChannelInitializerSocketChannel() {
@Override
public void initChannel(SocketChannel channel) throws Exception {
ChannelPipeline pipeline = channel.pipeline();
pipeline.addLast(new RpcEncoder(RpcRequest.class)); // 编码 RPC 请求
pipeline.addLast(new RpcDecoder(RpcResponse.class)); // 解码 RPC 响应
pipeline.addLast(new RpcClientHandler()); // 处理 RPC 响应
}
});
bootstrap.option(ChannelOption.TCP_NODELAY, true);
// 连接 RPC 服务器
ChannelFuture future = bootstrap.connect("127.0.0.1", 8087).sync();
// 写入 RPC 请求数据并关闭连接
Channel channel = future.channel();
RpcRequest rpcRequest = new RpcRequest();
rpcRequest.setRequestId(123456L);
channel.writeAndFlush(rpcRequest).sync();
channel.closeFuture().sync();
} finally {
group.shutdownGracefully();
}
}
}
public class RpcClientHandler extends SimpleChannelInboundHandlerRpcResponse {
@Override
public void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, RpcResponse response) throws Exception {
System.out.println(response.getRequestId());//处理响应
}
@Override
public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable cause) throws Exception {
cause.printStackTrace();
ctx.close();
}
}
使用 Netty 的好处是很方便地实现了非阻塞式的调用，关键部分都给出了注释。上述的代码虽然很多，并且和我们熟悉的 Socket 通信代码大相径庭，但大多数都是 Netty 的模板代码，启动服务器，配置编解码器等。真正的 RPC 封装操作大多集中在 Handler 的 channelRead 方法（负责读取）以及 channel.writeAndFlush 方法（负责写入）中。
public class RpcEncoder extends MessageToByteEncoder {
private Class? genericClass;
Serialization serialization = new Hessian2Serialization();
public RpcEncoder(Class? genericClass) {
this.genericClass = genericClass;
}
@Override
public void encode(ChannelHandlerContext ctx, Object in, ByteBuf out) throws Exception {
if (genericClass.isInstance(in)) {
byte[] data = serialization.serialize(in);
out.writeInt(data.length);
out.writeBytes(data);
}
}
}
public class RpcDecoder extends ByteToMessageDecoder {
private Class? genericClass;
public RpcDecoder(Class? genericClass) {
this.genericClass = genericClass;
}
Serialization serialization = new Hessian2Serialization();
@Override
public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf in, ListObject out) throws Exception {
if (in.readableBytes() 4) {
return;
}
in.markReaderIndex();
int dataLength = in.readInt();
if (in.readableBytes() dataLength) {
in.resetReaderIndex();
return;
}
byte[] data = new byte[dataLength];
in.readBytes(data);
out.add(serialization.deserialize(data, genericClass));
}
}
使用 Netty 不能保证返回的字节大小，所以需要加上 in.readableBytes() 4 这样的判断，以及 in.markReaderIndex() 这样的标记，用来区分报文头和报文体。
同步与异步 阻塞与非阻塞
这两组传输特性经常被拿来做对比，很多文章声称 Socket 是同步阻塞的，Netty 是异步非阻塞，其实有点问题。
其实这两组并没有必然的联系，同步阻塞，同步非阻塞，异步非阻塞都有可能（同步非阻塞倒是没见过），而大多数使用 Netty 实现的 RPC 调用其实应当是同步非阻塞的（当然一般 RPC 也支持异步非阻塞）。
同步和异步关注的是**消息通信机制** 所谓同步，就是在发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。 换句话说，就是由调用者主动等待这个调用的结果。
而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。而异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在调用发出后，被调用者通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。
如果需要 RPC 调用返回一个结果，该结果立刻被使用，那意味着着大概率需要是一个同步调用。如果不关心其返回值，则可以将其做成异步接口，以提升效率。
阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。
在上述的例子中可以看出 Socket 通信我们显示声明了一个包含10个线程的线程池，每次请求到来，分配一个线程，等待客户端传递报文头和报文体的行为都会阻塞该线程，可以见得其整体是阻塞的。而在 Netty 通信的例子中，每次请求并没有分配一个线程，而是通过 Handler 的方式处理请求（联想 NIO 中 Selector），是非阻塞的。
使用同步非阻塞方式的通信机制并不一定同步阻塞式的通信强，所谓没有最好，只有更合适，而一般的同步非阻塞 通信适用于 1.网络连接数量多 2.每个连接的io不频繁 的场景，与 RPC 调用较为契合。而成熟的 RPC 框架的传输层和协议层通常也会提供多种选择，以应对不同的场景。
总结
本文堆砌了一些代码，而难点主要是对 Socket 的理解，和 Netty 框架的掌握。Netty 的学习有一定的门槛，但实际需要掌握的知识点其实并不多（仅仅针对 RPC 框架所涉及的知识点而言），学习 Netty ，个人推荐《Netty IN ACTION》以及 https://waylau.gitbooks.io/netty-4-user-guide/Getting%20Started/Before%20Getting%20Started.html 该网站的例子。
参考资料：
http://javatar.iteye.com/blog/1123915 – 梁飞
https://gitee.com/huangyong/rpc – 黄勇
666. 彩蛋
如果你对 RPC 并发感兴趣，欢迎加入我的知识一起交流。
目前在知识星球（https://t.zsxq.com/2VbiaEu）更新了如下 Dubbo 源码解析如下：
01. 调试环境搭建
02. 项目结构一览
03. API 配置（一）之应用
04. API 配置（二）之服务提供者
05. API 配置（三）之服务消费者
06. 属性配置
07. XML 配置
08. 核心流程一览
…
一共 60 篇++
