Thrift 的原理和使用

thrift 的原理和使用

 

Thrift 架構 

Thrift是一個跨語言的服務部署框架，最初由Facebook於2007年開發，2008年進入Apache開源項目。Thrift經過IDL（Interface Definition Language，接口定義語言）來定義RPC（Remote Procedure Call，遠程過程調用）的接口和數據類型，而後經過thrift編譯器生成不一樣語言的代碼（目前支持C++,Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C#, Cocoa, Smalltalk和OCaml），並由生成的代碼負責RPC協議層和傳輸層的實現。

PS：CentOS下的Thrift的安裝流程能夠參考這裏。

 

Thrift架構

 

圖中，TProtocol（協議層），定義數據傳輸格式，例如：

• TBinaryProtocol：二進制格式；
• TCompactProtocol：壓縮格式；
• TJSONProtocol：JSON格式；
• TSimpleJSONProtocol：提供JSON只寫協議, 生成的文件很容易經過腳本語言解析；
• TDebugProtocol：使用易懂的可讀的文本格式，以便於debug

TTransport（傳輸層），定義數據傳輸方式，能夠爲TCP/IP傳輸，內存共享或者文件共享等）被用做運行時庫。

• TSocket：阻塞式socker；
• TFramedTransport：以frame爲單位進行傳輸，非阻塞式服務中使用；
• TFileTransport：以文件形式進行傳輸；
• TMemoryTransport：將內存用於I/O，java實現時內部實際使用了簡單的ByteArrayOutputStream；
• TZlibTransport：使用zlib進行壓縮， 與其餘傳輸方式聯合使用，當前無java實現；

 

Thrift支持的服務模型

• TSimpleServer：簡單的單線程服務模型，經常使用於測試；
• TThreadPoolServer：多線程服務模型，使用標準的阻塞式IO；
• TNonblockingServer：多線程服務模型，使用非阻塞式IO（需使用TFramedTransport數據傳輸方式）；

 

Thrift其實是實現了C/S模式，經過代碼生成工具將thrift文生成服務器端和客戶端代碼（能夠爲不一樣語言），從而實現服務端和客戶端跨語言的支持。用戶在Thirft文件中聲明本身的服務，這些服務通過編譯後會生成相應語言的代碼文件，而後客戶端調用服務，服務器端提服務即可以了。

 

通常將服務放到一個.thrift文件中，服務的編寫語法與C語言語法基本一致，在.thrift文件中有主要有如下幾個內容：變量聲明（variable）、數據聲明（struct）和服務接口聲明（service, 能夠繼承其餘接口）。

下面分析Thrift的tutorial中帶的例子tutorial.thrift：

// 包含頭文件
include 「shared.thrift」        

// 指定目標語言
namespace cpp tutorial            

// 定義變量
const i32 INT32CONSTANT = 9853        

// 定義結構體
struct Work {
  1: i32 num1 = 0,
  2: i32 num2,
  3: Operation op,
  4: optional string comment,
}

// 定義服務
service Calculator extends shared.SharedService {
 /**
   * A method definition looks like C code. It has a return type, arguments,
   * and optionally a list of exceptions that it may throw. Note that argument
   * lists and exception lists are specified using the exact same syntax as
   * field lists in struct or exception definitions.
   */

   void ping(),

   i32 add(1:i32 num1, 2:i32 num2),

   i32 calculate(1:i32 logid, 2:Work w) throws (1:InvalidOperation ouch),

   /**
    * This method has a oneway modifier. That means the client only makes
    * a request and does not listen for any response at all. Oneway methods
    * must be void.
    */
   oneway void zip()

}

 

 

編譯thrift文件，生成C++代碼：

./thrift --gen cpp tutorial.thrift　　 #結果代碼存放在gen-cpp目錄下

 

若是是要生成java代碼：

./thrift --gen java tutorial.thrift　　#結果代碼存放在gen-java目錄下

 

client端和sever端代碼要調用編譯.thrift生成的中間文件。
下面分析cpp文件下面的CppClient.cpp和CppServer.cpp代碼

 

 

 

在client端，用戶自定義CalculatorClient類型的對象（用戶在.thrift文件中聲明的服務名稱是Calculator， 則生成的中間代碼中的主類爲CalculatorClient）， 該對象中封裝了各類服務，能夠直接調用（如client.ping()）, 而後thrift會經過封裝的rpc調用server端同名的函數。
在server端，須要實如今.thrift文件中聲明的服務中的全部功能，以便處理client發過來的請求。

 

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Thrift語法

Thrift文件支持shell命令，所以thrift是可執行的。

Thrfit支持shell註釋風格（#），也支持C/C++語言中單行（//）或者多行（/* */）註釋風格

 

數據類型

一、基本類型

• bool，布爾型，1個字節；
• byte，有符號單字節；
• i16，有符號16位整型；
• i32，有符號32位整型；
• i64，有符號64位整型；
• double，64位浮點數；
• string，字符串；
• binary，字節數組；

注意：thrift不支持無符號整型。

 

二、容器

• map<t1,t2>，字典；
• list<t1>，列表；
• set<t1>，集合；

注意：容器中的元素類型能夠是除了service 之外的任何合法thrift類型（包括結構體和異常）。

 

三、結構體 struct

Thrift結構體在概念上同C語言結構體類型—-一種將相關屬性彙集（封裝）在一塊兒的方式；

在面嚮對象語言中，thrift結構體被轉換成類。

struct Work {
  1: i32 num1 = 0,
  2: i32 num2,
  3: Operation op, 
  4: optional string comment,
}

結構體中，每一個字段包含一個整數ID，數據類型、字段名，和一個可選的默認值。

字段還能夠聲明爲"optional"，當該字段沒有設置的時候，不會被序列化輸出；

規範的struct定義中的每一個域均會使用required或者optional關鍵字進行標識。若是required標識的域沒有賦值，thrift將給予提示。若是optional標識的域沒有賦值，該域將不會被序列化傳輸。若是某個optional標識域有缺省值而用戶沒有從新賦值，則該域的值一直爲缺省值。

 

四、異常 exception

異常在語法和功能上相似於結構體，只不過異常使用關鍵字exception而不是struct關鍵字聲明。但它在語義上不一樣於結構體，當定義一個RPC服務時，開發者可能須要聲明一個遠程方法拋出一個異常。

exception InvalidOperation {
  1: i32 what,
  2: string why 
}

 

五、服務 service 

在流行的序列化/反序列化框架（如protocol buffer）中，Thrift是少有的提供多語言間RPC服務的框架。

Thrift編譯器會根據選擇的目標語言爲server產生服務接口代碼，爲client產生樁代碼。

//「Twitter」與「{」之間須要有空格！！！
service Twitter {
 
// 方法定義方式相似於C語言中的方式，它有一個返回值，一系列參數和可選的異常
 
// 列表. 注意，參數列表和異常列表定義方式與結構體中域定義方式一致.
 
void ping(),                       // 函數定義可使用逗號或者分號標識結束
 
bool postTweet(1:Tweet tweet);    // 參數能夠是基本類型或者結構體，參數是隻讀的（const），不能夠做爲返回值！！！
 
TweetSearchResult searchTweets(1:string query); // 返回值能夠是基本類型或者結構體
 
// 」oneway」標識符表示client發出請求後沒必要等待回覆（非阻塞）直接進行下面的操做，
 
// 」oneway」方法的返回值必須是void
 
oneway void zip()               // 返回值能夠是void
 
}

service中的函數，其參數列表的定義方式與struct徹底同樣；

service支持繼承，一個service可以使用extends關鍵字繼承另外一個service，struct不支持繼承；

 

六、枚舉類型 enum

enum TweetType {
 
TWEET,         // 編譯器默認從1開始賦值
RETWEET = 2,  // 能夠賦予某個常量某個整數
DM = 0xa,     //容許常量是十六進制整數
REPLY         // 末尾沒有逗號
}        


struct Tweet {
1: required i32 userId;
2: required string userName;
3: required string text;
4: optional Location loc;
5: optional TweetType tweetType = TweetType.TWEET // 給常量賦缺省值時，使用常量的全稱
16: optional string language = "english"
}

注意：枚舉常量必須是32位的正整數

 

七、常量 const

Thrift容許用戶定義常量，複雜的類型和結構體可以使用JSON形式表示。

const i32 INT_CONST = 1234;    // 分號是可選的
const map<string,string> MAP_CONST = {"hello": "world", "goodnight": "moon"}

 

PS：跟C語言相似，Thrift也支持typedef語句，例如：

typedef i32 MyInteger 

 

命名空間

Thrift中的命名空間同C++中的namespace相似，它們均提供了一種組織（隔離）代碼的方式。由於每種語言均有本身的命名空間定義方式（如python中有module），thrift容許開發者針對特定語言定義namespace：

namespace cpp com.example.project 
namespace java com.example.project 

 

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產生代碼

下面介紹Thrift產生各類目標語言代碼的方式，

 

Thrift的網絡棧以下所示：

 

Transport層提供了一個簡單的網絡讀寫抽象層。這使得thrift底層的transport從系統其它部分（如：序列化/反序列化）解耦。

如下是一些Transport接口提供的方法：

open
close
read
write
listen
accept
flush

 

Protocol抽象層定義了一種將內存中數據結構映射成可傳輸格式的機制。換句話說，Protocol定義了datatype怎樣使用底層的Transport對本身進行編解碼。所以，Protocol的實現要給出編碼機制並負責對數據進行序列化。

Protocol接口的定義以下：

writeMessageBegin(name, type, seq)
writeMessageEnd()
writeStructBegin(name)
writeStructEnd()
writeFieldBegin(name, type, id)
writeFieldEnd()
writeFieldStop()
writeMapBegin(ktype, vtype, size)
writeMapEnd()
writeListBegin(etype, size)
writeListEnd()
writeSetBegin(etype, size)
writeSetEnd()
writeBool(bool)
writeByte(byte)
writeI16(i16)
writeI32(i32)
writeI64(i64)
writeDouble(double)
writeString(string)
name, type, seq = readMessageBegin()
readMessageEnd()
name = readStructBegin()
readStructEnd()
name, type, id = readFieldBegin()
readFieldEnd()
k, v, size = readMapBegin()
readMapEnd()
etype, size = readListBegin()
readListEnd()
etype, size = readSetBegin()
readSetEnd()
bool = readBool()
byte = readByte()
i16 = readI16()
i32 = readI32()
i64 = readI64()
double = readDouble()
string = readString()

 

Processor封裝了從輸入數據流中讀數據和向數據數據流中寫數據的操做。讀寫數據流用Protocol對象表示。Processor的結構體很是簡單：

interface TProcessor {
 
bool process(TProtocol in, TProtocol out) throws TException
 
}

與服務相關的processor實現由編譯器產生。Processor主要工做流程以下：從鏈接中讀取數據（使用輸入protocol），將處理受權給handler（由用戶實現），最後將結果寫到鏈接上（使用輸出protocol）。

 

Server將以上全部特性集成在一塊兒：
（1） 建立一個transport對象
（2） 爲transport對象建立輸入輸出protocol
（3） 基於輸入輸出protocol建立processor
（4） 等待鏈接請求並將之交給processor處理

 

 

 

 

 

 

參考文檔：

http://dongxicheng.org/search-engine/thrift-framework-intro/

http://dongxicheng.org/search-engine/thrift-guide/

http://dongxicheng.org/search-engine/thrift-internals/

http://dongxicheng.org/search-engine/thrift-bidirectional-async-rpc/