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轻量级分布式 RPC 框架

2016-07-10 23:41 302 查看
原文出处: 黄勇

RPC,即 Remote Procedure Call(远程过程调用),说得通俗一点就是:
调用远程计算机上的服务,就像调用本地服务一样


RPC 可基于 HTTP 或 TCP 协议,Web Service 就是基于 HTTP 协议的 RPC
,它具有良好的跨平台性,但其性能却不如基于 TCP 协议的 RPC。会两方面会直接影响 RPC 的性能,
一是传输方式,二是序列化


众所周知,
TCP 是传输层协议,HTTP 是应用层协议,而传输层较应用层更加底层,在数据传输方面,越底层越快
,因此,在一般情况下,TCP 一定比 HTTP 快。就序列化而言,
Java 提供了默认的序列化方式,但在高并发的情况下,这种方式将会带来一些性能上的瓶颈
,于是市面上出现了一系列优秀的序列化框架,比如:Protobuf、Kryo、Hessian、Jackson 等,它们可以取代 Java 默认的序列化,从而提供更高效的性能。

为了支持高并发,
传统的阻塞式 IO 显然不太合适,因此我们需要异步的 IO,即 NIO
。Java 提供了 NIO 的解决方案,Java 7 也提供了更优秀的 NIO.2 支持,用 Java 实现 NIO 并不是遥不可及的事情,只是需要我们熟悉 NIO 的技术细节。

我们需要将服务部署在分布式环境下的不同节点上,通过服务注册的方式,让客户端来自动发现当前可用的服务,并调用这些服务。
这需要一种服务注册表(Service Registry)的组件,让它来注册分布式环境下所有的服务地址(包括:主机名与端口号
)。

应用、服务、服务注册表之间的关系见下图:



每台 Server 上可发布多个 Service,这些 Service 共用一个 host 与 port,在分布式环境下会提供 Server 共同对外提供 Service。此外,
为防止 Service Registry 出现单点故障,因此需要将其搭建为集群环境


本文将为您揭晓开发轻量级分布式 RPC 框架的具体过程,
该框架基于 TCP 协议,提供了 NIO 特性,提供高效的序列化方式,同时也具备服务注册与发现的能力
。根据以上技术需求,我们可使用如下技术选型:


Spring:它是最强大的依赖注入框架,也是业界的权威标准。

Netty:它使 NIO 编程更加容易,屏蔽了 Java 底层的 NIO 细节。

Protostuff:它基于 Protobuf 序列化框架,面向 POJO,无需编写 .proto 文件。

ZooKeeper:提供服务注册与发现功能,开发分布式系统的必备选择,同时它也具备天生的集群能力。


1 第一步:编写服务接口

将该接口放在独立的客户端 jar 包中,以供应用使用。

2 第二步:编写服务接口的实现类

使用RpcService注解定义在服务接口的实现类上,需要对该实现类指定远程接口,因为实现类可能会实现多个接口,一定要告诉框架哪个才是远程接口。

RpcService代码如下:

该注解具备 Spring 的Component注解的特性,可被 Spring 扫描。

该实现类放在服务端 jar 包中,该 jar 包还提供了一些服务端的配置文件与启动服务的引导程序。

3 第三步:配置服务端

服务端 Spring 配置文件名为spring-zk-rpc-server.xml,内容如下:

具体的配置参数在rpc-server-config.properties文件中,内容如下:

以上配置表明:连接本地的 ZooKeeper 服务器,并在 8000 端口上发布 RPC 服务。

4 第四步:启动服务器并发布服务

为了加载 Spring 配置文件来发布服务,只需编写一个引导程序即可:

运行RpcBootstrap类的main方法即可启动服务端,但还有两个重要的组件尚未实现,它们分别是:
ServiceRegistry与RpcServer
,下文会给出具体实现细节。

5 第五步:实现服务注册

使用 ZooKeeper 客户端可轻松实现服务注册功能,ServiceRegistry代码如下:

其中,通过Constant配置了所有的常量:

注意:首先需要使用 ZooKeeper 客户端命令行创建/registry永久节点,用于存放所有的服务临时节点。


6 第六步:实现 RPC 服务器

使用 Netty 可实现一个支持 NIO 的 RPC 服务器,需要使用ServiceRegistry注册服务地址,RpcServer代码如下:

以上代码中,有两个重要的 POJO 需要描述一下,
它们分别是RpcRequest与RpcResponse


使用RpcRequest封装 RPC 请求,代码如下:

使用RpcResponse封装 RPC 响应,代码如下:

使用RpcDecoder提供 RPC 解码,只需扩展 Netty 的ByteToMessageDecoder抽象类的decode方法即可
,代码如下:


使用RpcEncoder提供 RPC 编码,只需扩展 Netty 的MessageToByteEncoder抽象类的encode方法即可
,代码如下:


编写一个SerializationUtil工具类,使用Protostuff实现序列化:

以上了
使用 Objenesis 来实例化对象,它是比 Java 反射更加强大


注意:如需要替换其它序列化框架,只需修改SerializationUtil即可。当然,更好的实现方式是提供配置项来决定使用哪种序列化方式。


使用RpcHandler中处理 RPC 请求,只需扩展 Netty 的SimpleChannelInboundHandler抽象类即可
,代码如下:


为了避免使用 Java 反射带来的性能问题,我们可以使用 CGLib 提供的反射 API,如上面用到的FastClass与FastMethod。


7 第七步:配置客户端

同样使用 Spring 配置文件来配置 RPC 客户端,spring-zk-rpc-client.xml代码如下:

其中rpc-client-config.properties提供了具体的配置:

8 第八步:实现服务发现

同样使用 ZooKeeper 实现服务发现功能,见如下代码:

9 第九步:实现 RPC 代理

这里使用 Java 提供的动态代理技术实现 RPC 代理(当然也可以使用 CGLib 来实现),具体代码如下:

使用RpcClient类实现 RPC 客户端,只需扩展 Netty 提供的SimpleChannelInboundHandler抽象类即可
,代码如下:


10 第十步:发送 RPC 请求

使用 JUnit 结合 Spring 编写一个单元测试,代码如下:

运行以上单元测试,如果不出意外的话,您应该会看到绿条。

11 最后,总结

本文通过 Spring + Netty + Protostuff + ZooKeeper 实现了一个轻量级 RPC 框架,使用 Spring 提供依赖注入与参数配置,使用 Netty 实现 NIO 方式的数据传输,使用 Protostuff 实现对象序列化,使用 ZooKeeper 实现服务注册与发现。使用该框架,可将服务部署到分布式环境中的任意节点上,客户端通过远程接口来调用服务端的具体实现,让服务端与客户端的开发完全分离,为实现大规模分布式应用提供了基础支持。

12 附录:Maven 依赖

13 分布式RPC流程图



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