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 implements  HelloService {        public  String 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 {      public  void  stop();        public  void  start() throws  IOException;        public  void  register(Class serviceInterface, Class impl);        public  boolean  isRunning();        public  int  getPort(); }

服务中心实现类：

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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.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( 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.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 ) {                      throw  new  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> {      public  static  <T> T getRemoteProxyObj( final  Class<?> serviceInterface, final  InetSocketAddress 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},                  new  InvocationHandler() {                      public  Object 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());                              return  input.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 {        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" ));      } }

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。