當(dāng)你在構(gòu)建一個(gè)分布式系統(tǒng)時(shí)，勢(shì)必需要考慮的一個(gè)問(wèn)題是：如何實(shí)現(xiàn)服務(wù)與服務(wù)之間的調(diào)用？當(dāng)然，你可以使用 Dubbo 或 Spring Cloud 等分布式服務(wù)框架來(lái)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，以此完成這個(gè)目標(biāo)。不過(guò)，假如現(xiàn)在沒(méi)有這些框架，需要你自己來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用，你會(huì)怎么做呢？

很多人會(huì)選擇實(shí)現(xiàn)一套 RPC 框架來(lái)調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)。

那么你了解 RPC 架構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)嗎？如果你想要自己實(shí)現(xiàn) RPC 框架來(lái)完成遠(yuǎn)程調(diào)用，又該構(gòu)建怎么樣的技術(shù)體系呢？接下來(lái)，我就給你具體介紹一下。

RPC 架構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)

想要構(gòu)建一套完整的 RPC 架構(gòu)，就需要明確該架構(gòu)所具備的基本結(jié)構(gòu)，而 RPC 架構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)中又存在很多組件。因此接下來(lái)，我就通過(guò) RPC 基本結(jié)構(gòu)演進(jìn)的過(guò)程，來(lái)給你一一講解下。

首先，我們通常把發(fā)生調(diào)用關(guān)系的兩個(gè)服務(wù)分別稱(chēng)為服務(wù)的提供者（Provider）和消費(fèi)者（Consumer）。所以，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，RPC 就是服務(wù)的消費(fèi)者向提供者發(fā)起遠(yuǎn)程調(diào)用并獲取結(jié)果的過(guò)程，這是 RPC 最簡(jiǎn)單的一種表現(xiàn)形式。

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如果想要實(shí)現(xiàn)服務(wù)提供者和消費(fèi)者之間的有效交互，那么兩者之間就需要確立與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及通信通道。同時(shí)，服務(wù)的提供者需要把自己的服務(wù)調(diào)用入口暴露出來(lái)，并時(shí)刻準(zhǔn)備接收來(lái)自消費(fèi)者的請(qǐng)求。

這里，我們把通信通道和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分別命名為 RpcChannel 和 RpcProtocol，而把服務(wù)提供者接收請(qǐng)求的組件稱(chēng)為 RpcAcceptor，把消費(fèi)者發(fā)起請(qǐng)求的組件稱(chēng)為 RpcConnector。這樣，RPC 架構(gòu)就演變成了這個(gè)樣子：

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然后，對(duì)于服務(wù)提供者和消費(fèi)者而言，為了雙方能夠正常識(shí)別所發(fā)送的請(qǐng)求和所接收到的響應(yīng)結(jié)果，需要定義統(tǒng)一的契約。我們把這種契約稱(chēng)為遠(yuǎn)程 API（Remote API），以便與本地 API 加以區(qū)別。如此一來(lái)，基于同一套遠(yuǎn)程 API 的定義，RPC 架構(gòu)就具備了根據(jù)業(yè)務(wù)來(lái)定義通信契約的能力。

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類(lèi)似地，為了更好地區(qū)分 RPC 架構(gòu)中的角色，我們把真正提供業(yè)務(wù)服務(wù)的組件稱(chēng)為 RpcServer，而把發(fā)起真實(shí)客戶端請(qǐng)求的組件稱(chēng)為 RpcClient。這樣，RpcServer 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 API，而 RpcClient 負(fù)責(zé)調(diào)用遠(yuǎn)程 API。

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當(dāng)然，對(duì)于遠(yuǎn)程 API 而言，服務(wù)提供者和消費(fèi)者的處理方式顯然是不一樣的。提供者需要根據(jù)消費(fèi)者的請(qǐng)求來(lái)調(diào)用 RpcServer 的具體實(shí)現(xiàn)并返回結(jié)果，這部分的工作由 RpcInvoker 來(lái)執(zhí)行，而消費(fèi)者通過(guò) RpcCaller 組件對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行編碼之后，發(fā)送給服務(wù)方并等待結(jié)果。

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最后，為了降低開(kāi)發(fā)人員的開(kāi)發(fā)難度，讓遠(yuǎn)程調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程看上去就像在執(zhí)行本地方法一樣，在主流的 RPC 實(shí)現(xiàn)機(jī)制中，通常都會(huì)在客戶端添加代理機(jī)制，以此提供遠(yuǎn)程服務(wù)本地化訪問(wèn)的入口，我們把這個(gè)代理組件稱(chēng)為 RpcProxy。另外，在服務(wù)器端，為了更好地控制業(yè)務(wù)方法執(zhí)行過(guò)程，通常也會(huì)引入具備線程管理、超時(shí)控制等機(jī)制的 RpcProcessor 組件。

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以上就是整個(gè) RPC 架構(gòu)的演進(jìn)過(guò)程了。從中你可以發(fā)現(xiàn)，RPC 架構(gòu)中的客戶端組件和服務(wù)器端組件形成了一種對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，它們各司其職，但又共同構(gòu)成一個(gè)整體。為了幫你加深理解，這里我再總結(jié)下前面提到的各個(gè)組件。

客戶端組件與職責(zé)包括：

• RpcClient，負(fù)責(zé)調(diào)用遠(yuǎn)程 API，這個(gè)過(guò)程會(huì)依賴于 RpcProxy 提供的代理實(shí)現(xiàn)
• RpcProxy，遠(yuǎn)程 API 的代理實(shí)現(xiàn)，提供遠(yuǎn)程服務(wù)本地化訪問(wèn)的入口
• RpcCaller，負(fù)責(zé)編碼和發(fā)送調(diào)用請(qǐng)求到服務(wù)方并等待結(jié)果
• RpcConnector，負(fù)責(zé)與服務(wù)端建立通信通道并發(fā)送請(qǐng)求到服務(wù)端

服務(wù)端組件與職責(zé)包括：

• RpcServer，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 API
• RpcInvoker，負(fù)責(zé)調(diào)用服務(wù)端的具體實(shí)現(xiàn)并返回結(jié)果
• RpcProcessor，負(fù)責(zé)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行處理，高效控制調(diào)用過(guò)程
• RpcAcceptor，負(fù)責(zé)接收客戶方請(qǐng)求并返回請(qǐng)求結(jié)果

而客戶端和服務(wù)器端所共有的組件包括：

• RpcProtocol，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的編碼和解碼
• RpcChannel，負(fù)責(zé)建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道

這樣，我們對(duì)一個(gè)典型 RPC 架構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)和組件就有了完整的了解。那么，如果我們想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)架構(gòu)，需要構(gòu)建怎樣的技術(shù)體系呢？

RPC 架構(gòu)的技術(shù)體系

我們都知道，架構(gòu)是一種設(shè)計(jì)上的思想和方法，明白了它的基本結(jié)構(gòu)和組成部分之后，我們就可以進(jìn)一步梳理想要實(shí)現(xiàn) RPC 架構(gòu)的技術(shù)體系，包括網(wǎng)絡(luò)通信、序列化、傳輸協(xié)議和遠(yuǎn)程調(diào)用。

網(wǎng)絡(luò)通信

我們先來(lái)看網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)絡(luò)通信的涉及面很廣，對(duì)于 RPC 架構(gòu)而言，一方面我們會(huì)重點(diǎn)關(guān)注性能，所以勢(shì)必要考慮基于 TCP 等特定協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接方式和 IO 模型；另一方面，我們也需要考慮可靠性，因?yàn)檫@樣才能確保遠(yuǎn)程調(diào)用過(guò)程的穩(wěn)定。

好，下面我們就具體來(lái)看看。

首先是性能問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，基于 TCP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接有兩種基本方式：長(zhǎng)連接和短連接。長(zhǎng)連接和短連接的本質(zhì)區(qū)別是連接的創(chuàng)建和關(guān)閉策略，長(zhǎng)連接可以復(fù)用現(xiàn)有連接，而短連接則能夠更快地釋放資源。這兩者本身各有利弊，而在 RPC 框架的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，考慮到性能和服務(wù)治理等因素，我們通常是使用長(zhǎng)連接進(jìn)行通信，典型的實(shí)現(xiàn)框架就是 Dubbo。

而對(duì)于 IO 模型，最簡(jiǎn)單、最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò) IO 模型就是阻塞式 IO，即 BIO（Blocking IO）。BIO 要求客戶端請(qǐng)求數(shù)與服務(wù)端線程數(shù)一一對(duì)應(yīng)，但是顯然，由于線程的創(chuàng)建需要消耗系統(tǒng)資源，在分布式系統(tǒng)中，服務(wù)端可以創(chuàng)建的線程數(shù)將會(huì)成為系統(tǒng)的瓶頸。因此，在 RPC 架構(gòu)中，我們通常都會(huì)使用非阻塞 IO，即 NIO（Non-blocking IO）技術(shù)來(lái)提供性能。基于 NIO 模式下的多路復(fù)用機(jī)制，創(chuàng)建少數(shù)的線程就能對(duì)大量請(qǐng)求進(jìn)行高效的響應(yīng)。

然后是針對(duì)可靠性問(wèn)題，由于存在網(wǎng)絡(luò)閃斷、超時(shí)等與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)相關(guān)的不穩(wěn)定性因素，以及業(yè)務(wù)系統(tǒng)本身的故障，網(wǎng)絡(luò)之間的通信就必須在發(fā)生上述問(wèn)題時(shí)能夠快速感知并修復(fù)。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)通信保障手段，包括鏈路有效性檢測(cè)及斷線之后的重連處理等。這些機(jī)制都比較常見(jiàn)，也不是我們討論的重點(diǎn)，這里就不做具體展開(kāi)了。

序列化

而如果我們想要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)，就需要用到數(shù)據(jù)序列化技術(shù)了。

目前業(yè)界成熟的序列化工具已經(jīng)有很多，常見(jiàn)的 XML 和 JSON 就是文本類(lèi)序列化方式的代表，它們可以讓數(shù)據(jù)以開(kāi)發(fā)人員可讀的方式進(jìn)行傳輸。還有一種基于二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)的方案，包括 Google 的 Protocol Buffer 和 Facebook 的 Thrift。

那么，我們?cè)谶x擇序列化工具時(shí)，應(yīng)該考慮什么呢？一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)就是性能。

性能指標(biāo)主要包括空間復(fù)雜度、時(shí)間復(fù)雜度以及 CPU/內(nèi)存資源占用等。我在下表列舉了目前主流的一些序列化技術(shù)，供你參考：

可以看到，在時(shí)間維度上，Alibaba 的 fastjson 具有一定優(yōu)勢(shì)；而從空間維度上看，相較其他技術(shù)，你可以優(yōu)先選擇 Protocol Buffer。

傳輸協(xié)議

我們知道，但凡涉及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，就一定要采用某種傳輸協(xié)議。在 ISO/OSI 的 7 層網(wǎng)絡(luò)模型中，RPC 架構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)通常會(huì)涉及傳輸層及以上各個(gè)層次的相關(guān)協(xié)議，我們所熟悉的 TCP 協(xié)議就屬于傳輸層，而 HTTP 協(xié)議則位于應(yīng)用層。

無(wú)論是采用 7 層網(wǎng)絡(luò)模型中的哪一層，在網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求過(guò)程中，數(shù)據(jù)都是以消息的形式進(jìn)行傳遞。而消息的組成是有一定結(jié)構(gòu)的，消息頭和消息體構(gòu)成了所傳輸消息的主體，其中消息體表示需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而消息頭用于進(jìn)行傳輸控制。

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可以看到，每個(gè)層次都從上層取得數(shù)據(jù)，加上消息頭信息形成新的消息體，并將新的消息傳遞給下一層次。通過(guò)對(duì)消息頭和消息體進(jìn)行擴(kuò)展，我們就可以實(shí)現(xiàn)私有化的傳輸協(xié)議。

這也是大部分 RPC 框架內(nèi)部所采用的實(shí)現(xiàn)方式，這樣做的主要目的是對(duì)公有協(xié)議進(jìn)行精簡(jiǎn)，從而提升性能。另外，出于擴(kuò)展性的考慮，具備高度定制化的私有協(xié)議也比公共協(xié)議更加容易實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。這方面的典型示例還是 Dubbo 框架，它提供了完全自定義的 Dubbo 協(xié)議。

遠(yuǎn)程調(diào)用

明確了網(wǎng)絡(luò)通信的基本方式、序列化手段以及所采用的傳輸協(xié)議之后，我們就可以發(fā)起真正的遠(yuǎn)程調(diào)用了。RPC 本質(zhì)也是一種服務(wù)調(diào)用，而服務(wù)調(diào)用存在兩種基本方式，即單向（One Way）模式和請(qǐng)求應(yīng)答（Request-Response）模式，前者體現(xiàn)為異步操作，后者一般執(zhí)行同步操作。

首先我們要知道，同步調(diào)用會(huì)造成業(yè)務(wù)線程阻塞，但開(kāi)發(fā)和管理會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。這是為什么呢？我們先來(lái)看一下同步調(diào)用的時(shí)序圖：

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從中可以看到，服務(wù)線程發(fā)送請(qǐng)求到 IO 線程之后，就一直處于等待階段，直到 IO 線程完成與網(wǎng)絡(luò)的讀寫(xiě)操作之后，才會(huì)被主動(dòng)喚醒。

而使用異步調(diào)用的目的就在于獲取高性能。在實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用過(guò)程中，我們通常都會(huì)使用到 Java 中所提供的 Future 機(jī)制。Future 調(diào)用可以進(jìn)一步細(xì)分成兩種模式，F(xiàn)uture-Get 模式和 Future-Listener 模式。Future-Get 模式參考下圖：

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可以看到在這種模式下，服務(wù)線程通過(guò)主動(dòng) get 結(jié)果的方式獲取 Future 結(jié)果，而這個(gè) get 過(guò)程是串行的，會(huì)造成執(zhí)行 get 方法的線程形成阻塞。

Future-Listener 模式則不同，在 Future-Listener 模式中需要?jiǎng)?chuàng)建 Listener，當(dāng) Future 結(jié)果生成時(shí)會(huì)喚醒注冊(cè)到該 Future 上的 Listener 對(duì)象，從而形成異步回調(diào)機(jī)制。

除了同步和異步調(diào)用之外，還存在并行（Parallel）調(diào)用和泛化（Generic）調(diào)用等調(diào)用方法，雖然也有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景，但對(duì)于 RPC 架構(gòu)而言并不是主流的調(diào)用方式，這里就不具體展開(kāi)了。

總結(jié)

可以說(shuō)，RPC 是分布式系統(tǒng)中一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)的技術(shù)體系，但凡涉及服務(wù)與服務(wù)之間的交互就需要使用到 RPC 架構(gòu)。當(dāng)你在使用一個(gè)分布式框架時(shí)，可以嘗試用今天介紹的 RPC 架構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)體系進(jìn)行分析，從而加深對(duì)這項(xiàng)技術(shù)體系的理解。