手动实现一款轻量高效的分布式RPC框架

2024-02-18 17:30:46

一、概述

手动实现一款轻量，高效的RPC框架，基于TCP的二进制协议实现

github源码：https://github.com/wosn00/srpc

二、特征

基于netty的主从Reactor模型，NIO通信
支持同步，异步，携带回调等调用方式
支持spring项目下引入starter包开箱即用，整合spring，实现服务接口透明使用
支持非spring项目下单独使用，可不依赖spring环境
支持多种序列化类型，Protostuff，Kryo，Json，Jdk等
支持多种压缩算法，Snappy，Lz4，gzip，bzip2，Deflate，Lzo等
支持注册中心，自动服务注册和发现，默认实现zookpeer，也可不使用注册中心，手动指定服务端节点地址列表
支持多种负载均衡策略，随机，轮询，一致性hash等
支持服务容错，连接/调用异常情况下自动排除服务端故障节点
支持SPI扩展点，可扩展负载均衡策略，压缩算法，序列化类型，线程池，注册中心等
支持TLS双向认证加密
支持流量整形，请求异常重试，服务端请求去重等功能

三、设计

可能对RPC框架性能产生影响的几个因素：

网络IO线程模型
通信协议设计
序列化性能
服务调用管理方式
连接池的维护

3.1 RPC协议

协议上设计尽量紧凑，4位bit用于标识序列化类型，压缩类型和指令类型，方法映射上不需要像dubbo那样传输完整的类方法参数信息导致的无用流量增大，而是自行生成对应rpc调用方法的唯一标识字符串

3.2 同步线程模型

3.3 异步线程模型

四、使用示例

4.1、spring环境下

maven依赖

<dependency>
    <groupId>com.hex</groupId>
    <artifactId>srpc-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.1.0</version>
</dependency>

若需使用zookeeper作为注册中心则引入

<dependency>
    <groupId>com.hex</groupId>
    <artifactId>srpc-registry-zookeeper</artifactId>
    <version>1.1.0</version>
</dependency>

server端使用

1.定义服务接口

@SRpcClient(serviceName = "testService")
public interface HelloService {
    
    String hello(String name);
}

接口添加@SRpcClient注解，serviceName属性为rpc服务都在注册中心的服务名称，若不使用注册中心，则注解nodes属性需手动指定服务端节点集群地址，将根据负载均衡策略自动选取节点调用

@SRpcClient(nodes = {"127.0.0.1:9955","127.0.0.1:9956","127.0.0.1:9957"})
public interface HelloService {
    
    String hello(String name);
}

2.服务接口实现

@SRpcRoute
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
    @Override
    public String hello(String name) {
        return name + " Hey bro, it's a good day";
    }
}

实现类添加@SRpcRoute注解，便会自动注册为spring的单例bean，可视为等同@Comphonent使用，内部可用@Autowired等spring相关注解，也可被其他bean注入。

3.配置yml

因同时包含了rpc客户端和服务端，所以客户端和服务端都需要配置，如需个性化配置的地方在yml或properties文件按需配置即可，以srpc.server或srpc.client为前缀。所有可*配置的选项如下

服务端默认配置：

@ConfigurationProperties(prefix = "srpc.server")
public class RpcServerProperties {
    private Integer port = 9957; //绑定端口
    private Integer businessThreads = 200; //业务处理线程池大小，0为不设置
    private Integer businessQueueSize = 500; //业务线程池队列大小
    private Integer connectionIdleTime = 180;//超过连接空闲时间(秒)未收发数据则关闭连接
    private Integer printConnectionNumInterval = 0; //打印服务端当前连接详情, 时间间隔(秒), 0为不打印
    private Boolean isPrintHearBeatPacketInfo = false; //是否打印心跳包信息

    private CompressType compressType = CompressType.SNAPPY; //压缩算法类型，无需压缩为NONE
    private SerializeType serializeType = SerializeType.PROTOSTUFF; //序列化类型，默认protostuff

    private Integer sendBuf = 65535; //tcp发送缓冲区
    private Integer receiveBuf = 65535; //tcp接收缓冲区
    private Integer lowWaterLevel = 1024 * 1024; //netty低水位
    private Integer highWaterLevel = 10 * 1024 * 1024; //netty高水位

    private boolean deDuplicateEnable = false; //是否开启去重处理
    private Integer duplicateCheckTime = 10; //请求去重缓存时长(秒)
    private Long duplicateMaxSize = 1024 * 64L; //最大缓存请求个数

    private Boolean trafficMonitorEnable = false; //是否开启流控
    private Long maxReadSpeed = 10 * 1000 * 1000L; //带宽限制，最大读取速度
    private Long maxWriteSpeed = 10 * 1000 * 1000L; //带宽限制，最大写出速度
    
    // ----tls加密部分配置
    private Boolean useTLS = false; //是否开启tls加密
    private String keyPath; //私钥文件路径
    private String keyPwd; //密码
    private String certPath; //证书文件路径
    private String trustCertPath; //受信任ca证书路径
    private String clientAuth; //是否要求客户端认证
    // ----注册中心配置部分
    private Boolean enableRegistry = false; //是否使用注册中心
    private String registrySchema; //注册中心模式名称
    private List<String> registryAddress; //注册中心地址

客户端默认配置：

@ConfigurationProperties(prefix = "srpc.client")
public class RpcClientProperties {
    private Integer callBackTaskThreads = 200; //回调任务处理线程池大小，0为不设置
    private Integer callBackTaskQueueSize = 500; //回调任务线程池队列大小
    private Integer connectionTimeout = 5; //连接超时时间(秒)
    private Integer requestTimeout = 10; //请求超时时间(秒)
    private Integer connectionSizePerNode = 3; //每个节点连接数
    private Integer connectionIdleTime = 180; //超过连接空闲时间(秒)未收发数据则关闭连接
    private Integer heartBeatTimeInterval = 30; //发送心跳包间隔时间(秒)

    private CompressType compressType = CompressType.SNAPPY; //压缩算法类型，无需压缩为NONE
    private SerializeType serializeType = SerializeType.PROTOSTUFF; //序列化类型，默认protostuff

    private LoadBalanceRule loadBalanceRule = LoadBalanceRule.RANDOM; //集群负载均衡策略
    private boolean excludeUnAvailableNodesEnable = true; //集群模式下是否排除不可用的节点
    private Integer nodeErrorTimes = 3; //节点连接或请求超时/异常超过设置次数则置为节点不可用
    private Integer nodeHealthCheckTimeInterval = 10; //节点健康检查周期(秒),心跳包响应成功则恢复不可用的节点
    
    private Integer sendBuf = 65535; //tcp发送缓冲区
    private Integer receiveBuf = 65535; //tcp接收缓冲区
    private Integer lowWaterLevel = 1024 * 1024; //netty低水位
    private Integer highWaterLevel = 10 * 1024 * 1024; //netty高水位

    private Boolean trafficMonitorEnable = false; //是否开启流量控制
    private Long maxReadSpeed = 10 * 1000 * 1000L; //带宽限制，最大读取速度
    private Long maxWriteSpeed = 10 * 1000 * 1000L; //带宽限制，最大写出速度
    
    // ----TLS加密部分配置
    private Boolean useTLS = false; //是否开启TLS加密
    private String keyPath; //私钥文件路径
    private String keyPwd; //密码
    private String certPath; //证书文件路径
    private String trustCertPath; //受信任ca证书路径
    private String clientAuth; //是否要求客户端认证
    // ----注册中心配置部分
    private Boolean enableRegistry = false; //是否使用注册中心
    private String registrySchema; //注册中心模式名称, 缺省为zookeeper
    private List<String> registryAddress; //注册中心地址

配置类信息：
https://github.com/wosn00/srpc/blob/master/srpc-spring-boot-starter/src/main/java/com/hex/rpc/spring/starter/properties/RpcClientProperties.java
4.服务端启动

@SpringBootApplication
@EnableSRpc(basePackages = "com.hex.example.provider")
public class RpcTestApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(RpcTestApplication.class, args);
    }
}

启动类上添加@EnableSRpc注解，basePackages为需要扫描的包路径，包含@SRpcClient和@SRpcRoute注解的包路径，相应的类都会被自动注册为spring的单例bean，缺省为启动类上级包路径

client端使用

1.服务接口调用

@Component
public class HelloRpcTest {
    
    @Autowired
    private HelloService helloService; // 上面定义的rpc服务接口

    public void rpcServerTest(String name) {
        String msg = helloService.hello(name);
        System.out.println(msg);
    }
}

上述服务端定义的带有@SRpcClient注解的rpc服务接口，使用spring的@Autowired注入即可远程调用

2.配置yml（同上）

3.客户端启动（同上）

4.2、非spring环境下

maven依赖

<dependency>
    <groupId>com.hex</groupId>
    <artifactId>srpc-core</artifactId>
    <version>1.1.0</version>
</dependency>

若需使用zookeeper作为注册中心则引入

<dependency>
    <groupId>com.hex</groupId>
    <artifactId>srpc-registry-zookeeper</artifactId>
    <version>1.1.0</version>
</dependency>

server端使用

1.定义服务接口实现

@SRpcRoute
public class HelloServiceImpl {
    @Mapping("hello")
    public String hello(String name) {
        return name + " Hey bro, it's a good day";
    }
}

2.服务端启动

@SRpcScan("com.hex.example")
public class ServerTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 启动服务端, 需填入rpc服务端配置, 可使用默认配置, source填写有@RouteScan注解的类
        SRpcServer.builder()
                .serverConfig(new SRpcServerConfig()) //包含rpc服务端的各项默认配置，可自行修改
                .sourceClass(ServerTest.class) //有@RouteScan注解的类
                .port(8005) //rpc服务端绑定的端口，默认9957
                .start();
    }
}

启动类上添加@SRpcScan注解，值需填写包含@SRpcRoute注解的类的包路径，缺省为启动类的上级包路径，即可自动扫描

client端使用

1.客户端启动和服务接口调用

public class ClientTest {
    public static void main(String[] args1) {
        // 初始化客户端，需填入rpc客户端配置，可使用默认配置
        Client rpcClient = SRpcClient.builder()
                .config(new SRpcClientConfig())
                .start();

        Object[] args = {"Jack"};
        HostAndPort node = HostAndPort.from("127.0.0.1:8005");
        // 同步发送请求，获取响应
        String response = rpcClient.invoke("hello", String.class, args, node);
        System.out.println(response);

        // 异步发送请求，发送完成即返回，不阻塞等待响应结果
        rpcClient.invokeAsync("hello",
                rpcResponse -> System.out.println("收到响应，开始执行回调方法" + rpcResponse), args, node);
    }
}

Client更多调用接口及参数可查看接口说明：

https://github.com/wosn00/srpc/blob/master/srpc-core/src/main/java/com/hex/srpc/core/rpc/Client.java

五、性能测试

5.1 与dubbo的性能对比测试

目前只是与dubbo进行了简单了的性能测试对比 0_0，后续有时间会进行更多的测试

测试代码：https://github.com/wosn00/THOC/blob/master/srpc-demo-provider/src/main/java/com/hex/srpc/SRpcProviderApplication.java

条件：

1.测试相同接口模拟业务处理延迟30ms后返回

2.服务端业务处理线程池均为500

3.dubbo采用默认的dubbo协议，srpc使用protostuff序列化

并发调用线程数	srpc（TPS）	dubbo（TPS）
100	2810	2800
200	5522	5480
300	7834	7100
400	9480	8520
500	11380	9700

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