一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

2022-06-01 15:05:55

1、背景

最近在搜索Netty和Zookeeper方面的文章时，看到了这篇文章《轻量级分布式 RPC 框架》，作者用Zookeeper、Netty和Spring写了一个轻量级的分布式RPC框架。花了一些时间看了下他的代码，写的干净简单，写的RPC框架可以算是一个简易版的dubbo。这个RPC框架虽小，但是麻雀虽小，五脏俱全，有兴趣的可以学习一下。

本人在这个简易版的RPC上添加了如下特性：

* 服务异步调用的支持，回调函数callback的支持

* 客户端使用长连接（在多次调用共享连接）

* 服务端异步多线程处理RPC请求

项目地址：https://github.com/luxiaoxun/NettyRpc

2、简介

RPC，即 Remote Procedure Call（远程过程调用），调用远程计算机上的服务，就像调用本地服务一样。RPC可以很好的解耦系统，如WebService就是一种基于Http协议的RPC。

这个RPC整体框架如下：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

这个RPC框架使用的一些技术所解决的问题：

服务发布与订阅：服务端使用Zookeeper注册服务地址，客户端从Zookeeper获取可用的服务地址。

通信：使用Netty作为通信框架。

Spring：使用Spring配置服务，加载Bean，扫描注解。

动态代理：客户端使用代理模式透明化服务调用。

消息编解码：使用Protostuff序列化和反序列化消息。

3、服务端发布服务

使用注解标注要发布的服务

服务注解

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Component
public @interface RpcService {
    Class<?> value();
}
一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

一个服务接口：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc
public interface HelloService {

    String hello(String name);

    String hello(Person person);
}
一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

一个服务实现：使用注解标注

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc
@RpcService(HelloService.class)
public class HelloServiceImpl implements HelloService {

    @Override
    public String hello(String name) {
        return "Hello! " + name;
    }

    @Override
    public String hello(Person person) {
        return "Hello! " + person.getFirstName() + " " + person.getLastName();
    }
}
一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

服务在启动的时候扫描得到所有的服务接口及其实现：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc
@Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext ctx) throws BeansException {
        Map<String, Object> serviceBeanMap = ctx.getBeansWithAnnotation(RpcService.class);
        if (MapUtils.isNotEmpty(serviceBeanMap)) {
            for (Object serviceBean : serviceBeanMap.values()) {
                String interfaceName = serviceBean.getClass().getAnnotation(RpcService.class).value().getName();
                handlerMap.put(interfaceName, serviceBean);
            }
        }
    }
一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

在Zookeeper集群上注册服务地址：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc ServiceRegistry

这里在原文的基础上加了AddRootNode()判断服务父节点是否存在，如果不存在则添加一个PERSISTENT的服务父节点，这样虽然启动服务时多了点判断，但是不需要手动命令添加服务父节点了。

关于Zookeeper的使用原理，可以看这里《ZooKeeper基本原理》。

4、客户端调用服务

使用代理模式调用服务：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc
public class RpcProxy {

    private String serverAddress;
    private ServiceDiscovery serviceDiscovery;

    public RpcProxy(String serverAddress) {
        this.serverAddress = serverAddress;
    }

    public RpcProxy(ServiceDiscovery serviceDiscovery) {
        this.serviceDiscovery = serviceDiscovery;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public <T> T create(Class<?> interfaceClass) {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(
                interfaceClass.getClassLoader(),
                new Class<?>[]{interfaceClass},
                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        RpcRequest request = new RpcRequest();
                        request.setRequestId(UUID.randomUUID().toString());
                        request.setClassName(method.getDeclaringClass().getName());
                        request.setMethodName(method.getName());
                        request.setParameterTypes(method.getParameterTypes());
                        request.setParameters(args);

                        if (serviceDiscovery != null) {
                            serverAddress = serviceDiscovery.discover();
                        }
                        if(serverAddress != null){
                            String[] array = serverAddress.split(":");
                            String host = array[0];
                            int port = Integer.parseInt(array[1]);

                            RpcClient client = new RpcClient(host, port);
                            RpcResponse response = client.send(request);

                            if (response.isError()) {
                                throw new RuntimeException("Response error.",new Throwable(response.getError()));
                            } else {
                                return response.getResult();
                            }
                        }
                        else{
                            throw new RuntimeException("No server address found!");
                        }
                    }
                }
        );
    }
}
一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

这里每次使用代理远程调用服务，从Zookeeper上获取可用的服务地址，通过RpcClient send一个Request，等待该Request的Response返回。这里原文有个比较严重的bug，在原文给出的简单的Test中是很难测出来的，原文使用了obj的wait和notifyAll来等待Response返回，会出现“假死等待”的情况：一个Request发送出去后，在obj.wait()调用之前可能Response就返回了，这时候在channelRead0里已经拿到了Response并且obj.notifyAll()已经在obj.wait()之前调用了，这时候send后再obj.wait()就出现了假死等待，客户端就一直等待在这里。使用CountDownLatch可以解决这个问题。

注意：这里每次调用的send时候才去和服务端建立连接，使用的是短连接，这种短连接在高并发时会有连接数问题，也会影响性能。

从Zookeeper上获取服务地址：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc ServiceDiscovery

每次服务地址节点发生变化，都需要再次watchNode，获取新的服务地址列表。

5、消息编码

请求消息：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc RpcRequest

响应消息：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc RpcResponse

消息序列化和反序列化工具：（基于 Protostuff 实现）

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc SerializationUtil

由于处理的是TCP消息，本人加了TCP的粘包处理Handler

channel.pipeline().addLast(new LengthFieldBasedFrameDecoder(65536,0,4,0,0))

消息编解码时开始4个字节表示消息的长度，也就是消息编码的时候，先写消息的长度，再写消息。

6、性能改进

1）服务端请求异步处理

Netty本身就是一个高性能的网络框架，从网络IO方面来说并没有太大的问题。

从这个RPC框架本身来说，在原文的基础上把Server端处理请求的过程改成了多线程异步：

一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc
 public void channelRead0(final ChannelHandlerContext ctx,final RpcRequest request) throws Exception {
        RpcServer.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                LOGGER.debug("Receive request " + request.getRequestId());
                RpcResponse response = new RpcResponse();
                response.setRequestId(request.getRequestId());
                try {
                    Object result = handle(request);
                    response.setResult(result);
                } catch (Throwable t) {
                    response.setError(t.toString());
                    LOGGER.error("RPC Server handle request error",t);
                }
                ctx.writeAndFlush(response).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE).addListener(new ChannelFutureListener() {
                    @Override
                    public void operationComplete(ChannelFuture channelFuture) throws Exception {
                        LOGGER.debug("Send response for request " + request.getRequestId());
                    }
                });
            }
        });
    }
一个轻量级分布式RPC框架--NettyRpc

Netty 4中的Handler处理在IO线程中，如果Handler处理中有耗时的操作（如数据库相关），会让IO线程等待，影响性能。

2）服务端长连接的管理

 客户端保持和服务进行长连接，不需要每次调用服务的时候进行连接，长连接的管理（通过Zookeeper获取有效的地址）。

通过监听Zookeeper服务节点值的变化，动态更新客户端和服务端保持的长连接。这个事情现在放在客户端在做，客户端保持了和所有可用服务的长连接，给客户端和服务端都造成了压力，需要解耦这个实现。

3）客户端请求异步处理

客户端请求异步处理的支持，不需要同步等待：发送一个异步请求，返回Feature，通过Feature的callback机制获取结果。

IAsyncObjectProxy client = rpcClient.createAsync(HelloService.class);
RPCFuture helloFuture = client.call("hello", Integer.toString(i));
String result = (String) helloFuture.get(3000, TimeUnit.MILLISECONDS);

 

个人觉得该RPC的待改进项：

* 编码序列化的多协议支持。

 

项目持续更新中。

项目地址：https://github.com/luxiaoxun/NettyRpc

 

参考：

轻量级分布式 RPC 框架：http://my.oschina.net/huangyong/blog/361751

你应该知道的RPC原理：http://www.cnblogs.com/LBSer/p/4853234.html

 


    本文转自阿凡卢博客园博客，原文链接http://www.cnblogs.com/luxiaoxun/p/5272384.html：，如需转载请自行联系原作者

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