深入浅出 RPC - 浅出篇

近几年的项目中,服务化和微服务化渐渐成为中大型分布式系统架构的主流方式,而 RPC 在其中扮演着关键的作用。在平时的日常开发中我们都在隐式或显式的使用 RPC,一些刚入行的程序员会感觉 RPC 比较神秘,而一些有多年使用 RPC 经验的程序员虽然使用经验丰富,但有些对其原理也不甚了了。缺乏对原理层面的理解,往往也会造成开发中的一些误用。

本文分上下两篇《浅出篇》和《深入篇》,其目标就是想尝试深入浅出的分析下 RPC 本质,我总是这么认为理解了本质才能更好的应用。

RPC 是什么?

RPC 的全称是 Remote Procedure Call 是一种进程间通信方式。它允许程序调用另一个地址空间(通常是共享网络的另一台机器上)的过程或函数,而不用程序员显式编码这个远程调用的细节。即程序员无论是调用本地的还是远程的,本质上编写的调用代码基本相同。

RPC 起源

RPC 这个概念术语在上世纪 80 年代由 Bruce Jay Nelson 提出。这里我们追溯下当初开发 RPC 的原动机是什么?在 Nelson 的论文 "Implementing Remote Procedure Calls" 中他提到了几点:

1. 简单:RPC 概念的语义十分清晰和简单,这样建立分布式计算就更容易。 2. 高效:过程调用看起来十分简单而且高效。 3. 通用:在单机计算中过程往往是不同算法部分间最重要的通信机制。

通俗一点说,就是一般程序员对于本地的过程调用很熟悉,那么我们把 RPC 作成和本地调用完全类似,那么就更容易被接受,使用起来毫无障碍。Nelson 的论文发表于 30 年前,其观点今天看来确实高瞻远瞩,今天我们使用的 RPC 框架基本就是按这个目标来实现的。

RPC 结构

Nelson 的论文中指出实现 RPC 的程序包括 5 个部分:

1. User 2. User-stub 3. RPCRuntime 4. Server-stub 5. Server

这 5 个部分的关系如下图所示

这里 user 就是 client 端,当 user 想发起一个远程调用时,它实际是通过本地调用 user-stub。user-stub 负责将调用的接口、方法和参数通过约定的协议规范进行编码并通过本地的 RPCRuntime 实例传输到远端的实例。远端 RPCRuntime 实例收到请求后交给 server-stub 进行解码后发起本地端调用,调用结果再返回给 user 端。

RPC 实现

Nelson 论文中给出的这个实现结构也成为后来大家参考的标准范本。大约 10 年前,我最早接触分布式计算时使用的 CORBAR 实现结构基本与此类似。CORBAR 为了解决异构平台的 RPC,使用了 IDL(Interface Definition Language)来定义远程接口,并将其映射到特定的平台语言中。后来大部分的跨语言平台 RPC 基本都采用了此类方式,比如我们熟悉的 Web Service(SOAP),近年开源的 Thrift 等。他们大部分都通过 IDL 定义,并提供工具来映射生成不同语言平台的 user-stub 和 server-stub,并通过框架库来提供 RPCRuntime 的支持。不过貌似每个不同的 RPC 框架都定义了各自不同的 IDL 格式,导致程序员的学习成本进一步上升(苦逼啊),Web Service 尝试建立业界标准,无赖标准规范复杂而效率偏低,否则 Thrift 等更高效的 RPC 框架就没必要出现了。

IDL 是为了跨平台语言实现 RPC 不得已的选择,要解决更广泛的问题自然导致了更复杂的方案。而对于同一平台内的 RPC 而言显然没必要搞个中间语言出来,例如 java 原生的 RMI,这样对于 java 程序员而言显得更直接简单,降低使用的学习成本。目前市面上提供的 RPC 框架已经可算是五花八门,百家争鸣了。需要根据实际使用场景谨慎选型,需要考虑的选型因素我觉得至少包括下面几点:

1. 性能指标 2. 是否需要跨语言平台 3. 内网开放还是公网开放 4. 开源 RPC 框架本身的质量、社区活跃度

总结

《浅出篇》大概就到这里结束了,《深入篇》会具体深入讲解一个 RPC 框架需要实现哪里基本功能,达到什么目标,并以在 java 平台上去具体实现一个 RPC 框架为例,分析其需要考虑的实现因素。

原文发布于微信公众号 - JAVA高级架构(gaojijiagou)

原文发表时间:2018-11-09

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