主流RPC开源框架及知识科普

2022-04-01 掘金

什么是rpc框架？

先回答第一个问题：什么是RPC框架？如果用一句话概括RPC就是：远程调用框架（Remote Procedure Call）

那什么是远程调用？
通常我们调用一个php中的方法，比如这样一个函数方法: localAdd(10, 20)，localAdd方法的具体实现要么是用户自己定义的，要么是php库函数中自带的，也就说在localAdd方法的代码实现在本地，它是一个本地调用！
远程调用意思就是：被调用方法的具体实现不在程序运行本地，而是在别的某个远程地方。

最早在 Nelson 的论文中指出实现 RPC 的程序包括 5 个理论模型部分：

User
User-stub
RPCRuntime
Server-stub
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 进行解码后发起向本地端 Server 的调用，调用结果再返回给 User 端。

远程调用原理
比如 A (client) 调用 B (server) 提供的remoteAdd方法：
首先A与B之间建立一个TCP连接；
然后A把需要调用的方法名（这里是remoteAdd）以及方法参数（10， 20）序列化成字节流发送出去；
B接受A发送过来的字节流，然后反序列化得到目标方法名，方法参数，接着执行相应的方法调用（可能是localAdd）并把结果30返回；A接受远程调用结果,输出30。
RPC框架就是把我刚才说的这几点些细节给封装起来，给用户暴露简单友好的API使用。

远程调用的好处
解耦：当server需要对方法内实现修改时，client完全感知不到，不用做任何变更；这种方式在跨部门，跨公司合作的时候经常用到，并且方法的提供者我们通常称为：服务的暴露。

RPC与Socket有什么区别？
通过上面的简单阐述，好像RPC与Socket 好像啊。都是调用远程的方法，都是client/server模式，我之前也写了一篇文章: 细说socket 那他们有啥区别呢?
RPC（远程过程调用）采用客户机/服务器模式实现两个进程之间相互通信。socket是RPC经常采用的通信手段之一，RPC是在Socket的基础上实现的，它比socket需要更多的网络和系统资源。除了Socket，RPC还有其他的通信方法，比如：http、操作系统自带的管道等技术来实现对于远程程序的调用。微软的windows系统中，RPC就是采用命名管道进行通信。

RPC与REST有什么区别？
通过了解RPC后，我们知道是RPC是client/server模式的，调用远程的方法，REST也是我们熟悉的一套API调用协议方法，它也是基于client/server模式的，调用远程的方法的，那他俩又有啥区别呢？
REST API 和 RPC 都是在 Server端把一个个函数封装成接口暴露出去，以供 Client端调用，不过 REST API 是基于 HTTP协议的，REST致力于通过http协议中的POST/GET/PUT/DELETE等方法和一个可读性强的URL来提供一个http请求。而 RPC 则可以不基于 HTTP协议
因此，如果是后端两种语言互相调用，用 RPC 可以获得更好的性能（省去了 HTTP 报头等一系列东西），应该也更容易配置。如果是前端通过 AJAX 调用后端，那么用 REST API 的形式比较好（因为无论如何也避不开 HTTP 这道坎）。

本地过程调用

RPC就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。在研究RPC前，我们先看看本地调用是怎么调的。假设我们要调用函数Multiply来计算lvalue * rvalue的结果:

int Multiply(int l, int r) {
    int y = l * r;
    return y;
}
 
int lvalue = 10;
int rvalue = 20;
int l_times_r = Multiply(lvalue, rvalue);
复制代码

那么在第8行时，我们实际上执行了以下操作：

将 lvalue 和 rvalue 的值压栈
进入Multiply函数，取出栈中的值10 和 20，将其赋予 l 和 r
执行第2行代码，计算 l * r ，并将结果存在 y
将 y 的值压栈，然后从Multiply返回
第8行，从栈中取出返回值 200 ，并赋值给 l_times_r
以上5步就是执行本地调用的过程。

远程过程调用带来的新问题

在远程调用时，我们需要执行的函数体是在远程的机器上的，也就是说，Multiply是在另一个进程中执行的。这就带来了几个新问题：

Call ID映射。 我们怎么告诉远程机器我们要调用Multiply，而不是Add或者FooBar呢？在本地调用中，函数体是直接通过函数指针来指定的，我们调用Multiply，编译器就自动帮我们调用它相应的函数指针。但是在远程调用中，函数指针是不行的，因为两个进程的地址空间是完全不一样的。所以，在RPC中，所有的函数都必须有自己的一个ID。这个ID在所有进程中都是唯一确定的。客户端在做远程过程调用时，必须附上这个ID。然后我们还需要在客户端和服务端分别维护一个 {函数 <--> Call ID} 的对应表。两者的表不一定需要完全相同，但相同的函数对应的Call ID必须相同。当客户端需要进行远程调用时，它就查一下这个表，找出相应的Call ID，然后把它传给服务端，服务端也通过查表，来确定客户端需要调用的函数，然后执行相应函数的代码。
序列化和反序列化。 客户端怎么把参数值传给远程的函数呢？在本地调用中，我们只需要把参数压到栈里，然后让函数自己去栈里读就行。但是在远程过程调用时，客户端跟服务端是不同的进程，不能通过内存来传递参数。甚至有时候客户端和服务端使用的都不是同一种语言（比如服务端用C++，客户端用JAVA或者Python/ target=_blank class=infotextkey>Python）。这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流，传给服务端后，再把字节流转成自己能读取的格式。这个过程叫序列化和反序列化。同理，从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。
网络传输。 远程调用往往用在网络上，客户端和服务端是通过网络连接的。所有的数据都需要通过网络传输，因此就需要有一个网络传输层。网络传输层需要把Call ID和序列化后的参数字节流传给服务端，然后再把序列化后的调用结果传回客户端。只要能完成这两者的，都可以作为传输层使用。因此，它所使用的协议其实是不限的，能完成传输就行。尽管大部分RPC框架都使用TCP协议，但其实UDP也可以，而gRPC干脆就用了HTTP2。Java�.NETty也属于这层的东西。
所以，要实现一个RPC框架，其实只需要把以上三点实现了就基本完成了。

Call ID映射可以直接使用函数字符串，也可以使用整数ID。映射表一般就是一个哈希表。

序列化反序列化可以自己写，也可以使用Protobuf或者FlatBuffers之类的。

网络传输库可以自己写socket，或者用asio，ZeroMQ，Netty之类。