Java實現簡單的RPC框架

時間  2019-11-11
標籤 java 實現 簡單 rpc 框架 欄目 Java 简体版
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1、RPC簡介

RPC，全稱爲Remote Procedure Call，即遠程過程調用，它是一個計算機通訊協議。它容許像調用本地服務同樣調用遠程服務。它能夠有不一樣的實現方式。如RMI(遠程方法調用)、Hessian、Http invoker等。另外，RPC是與語言無關的。java

    RPC示意圖bash

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同樣，調用 –>返回。但從後續調用能夠看出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絡通訊，數據傳輸等細節。服務器

2、RPC框架的實現

    上面介紹了RPC的核心原理：RPC可以讓本地應用簡單、高效地調用服務器中的過程（服務）。它主要應用在分佈式系統。如Hadoop中的IPC組件。但怎樣實現一個RPC框架呢？網絡

從下面幾個方面思考，僅供參考：架構

1.通訊模型：假設通訊的爲A機器與B機器，A與B之間有通訊模型，在Java中通常基於BIO或NIO；。框架

2.過程（服務）定位：使用給定的通訊方式，與肯定IP與端口及方法名稱肯定具體的過程或方法；socket

3.遠程代理對象：本地調用的方法(服務)實際上是遠程方法的本地代理，所以可能須要一個遠程代理對象，對於Java而言，遠程代理對象可使用Java的動態對象實現，封裝了調用遠程方法調用；分佈式

4.序列化，將對象名稱、方法名稱、參數等對象信息進行網絡傳輸須要轉換成二進制傳輸，這裏可能須要不一樣的序列化技術方案。如:protobuf，Arvo等。oop

3、Java實現RPC框架

一、實現技術方案

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

二、RPC框架架構

RPC架構分爲三部分：

1）服務提供者，運行在服務器端，提供服務接口定義與服務實現類。

2）服務中心，運行在服務器端，負責將本地服務發佈成遠程服務，管理遠程服務，提供給服務消費者使用。

3）服務消費者，運行在客戶端，經過遠程代理對象調用遠程服務。

三、 具體實現

服務提供者接口定義與實現，代碼以下：

public interface HelloService {

    String sayHi(String name);

}

HelloServices接口實現類：

public class HelloServiceImpl implements HelloService {

    public String sayHi(String name) {
        return "Hi, " + name;
    }

}

服務中心代碼實現，代碼以下：

public interface Server {
    public void stop();

    public void start() throws IOException;

    public void register(Class serviceInterface, Class impl);

    public boolean isRunning();

    public int getPort();
}

服務中心實現類：

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.監聽客戶端的TCP鏈接，接到TCP鏈接後將其封裝成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.將客戶端發送的碼流反序列化成對象，反射調用服務實現者，獲取執行結果
                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.將執行結果反序列化，經過socket發送給客戶端
                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();
                    }
                }
            }

        }
    }
}

　客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.將本地的接口調用轉換成JDK的動態代理，在動態代理中實現接口的遠程調用
        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客戶端，根據指定地址鏈接遠程服務提供者
                            socket = new Socket();
                            socket.connect(addr);

                            // 3.將遠程服務調用所需的接口類、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.同步阻塞等待服務器返回應答，獲取應答後返回
                            input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
                            return input.readObject();
                        } finally {
                            if (socket != null) socket.close();
                            if (output != null) output.close();
                            if (input != null) input.close();
                        }
                    }
                });
    }
}

最後爲測試類：

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 HelloService
start server
Hi, test

4、總結

      RPC本質爲消息處理模型，RPC屏蔽了底層不一樣主機間的通訊細節，讓進程調用遠程的服務就像是本地的服務同樣。

5、能夠改進的地方

     這裏實現的簡單RPC框架是使用Java語言開發，與Java語言高度耦合，而且通訊方式採用的Socket是基於BIO實現的，IO效率不高，還有Java原生的序列化機制佔內存太多，運行效率也不高。能夠考慮從下面幾種方法改進。

  1. 能夠採用基於JSON數據傳輸的RPC框架；
  2. 可使用NIO或直接使用Netty替代BIO實現；
  3. 使用開源的序列化機制，如Hadoop Avro與Google protobuf等；
  4. 服務註冊可使用Zookeeper進行管理，可以讓應用更加穩定。
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