阿里架构师讲面试:RPC调用原理

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作者简介

2012年本科毕业,2016年硕士毕业。曾供职于IBM中国研发中心,国企,蚂蚁金服等多家企业。接触java开发10余年,目前专注于分布式应用架构师相关知识系统化总结和分享。希望对需要的朋友们系统化得学习和积累相关领域有所帮助。

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RPC调用

RPC就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。在远程调用时,我们需要执行的方法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:

  1. 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Sub呢?在本地调用中,方法体是直接通过方法指针来指定的,我们调用Multiply,编译器就自动帮我们调用它相应的方法指针。但是在远程调用中,方法指针是不行的,因为两个进程的地址空间是完全不一样的。所以,在RPC中,所有的方法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 {方法 <--> Call ID} 的对应表。两者的表不一定需要完全相同,但相同的方法对应的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方法,然后执行相应方法的代码。
  2. 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,然后让线程自己去栈里读就行。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)。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。
  3. 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的Netty也属于这层的东西。

有了这三个机制,就能实现RPC了,具体过程如下:

// Client端 
1\. 将这个调用映射为Call ID。这里假设用最简单的字符串当Call ID的方法
2\. 将Call ID,参数序列化。可以直接将它们的值以二进制形式打包
3\. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr,这需要使用网络传输层
4\. 等待服务器返回结果
5\. 如果服务器调用成功,那么就将结果反序列化。
// Server1\. 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map
2\. 等待请求
3\. 得到一个请求后,将其数据包反序列化,得到Call ID
4\. 通过在call_id_map中查找,得到相应的函数指针
5\. 将参数反序列化后,在本地调用Multiply函数,得到结果
6\. 将结果序列化后通过网络返回给Client

所以要实现一个RPC框架,其实只需要按以上流程实现就基本完成了。

其中:

  • 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Hession之类的。
  • 网络传输库可以自己写socket,或者用Netty之类。

当然,这里面还有一些细节可以填充,比如如何处理网络错误,如何防止攻击,如何做流量控制等等。但有了以上的架构,这些都可以持续加进去。

关于TCP传输,序列化和反序列化之前的博客有详细介绍,感兴趣的同学可以回去看一下。

微服务调用方式

在微服务架构中,需要调用很多服务才能完成一项功能。服务之间如何互相调用就变成微服务架构中的一个关键问题。

服务调用有两种方式:一种是RPC方式;另一种是事件驱动(Event-driven)方式,也就是发消息方式。

RPC方式可以细分为同步RPC调用方式和异步RPC调用方式。选型原则如下:

  • 如果上游对RPC接口调用,不需要关心接口的返回值,那么可以采用异步RPC调用。即下游收到请求后不需要实时处理,做好请求落地即可,然后立即给上游返回“受理成功”结果。
  • 如果依赖RPC接口返回值,即下游服务方需要立即处理并返回结果,则采用同步RPC调用方式。

异步RPC方式和异步消息方式都实现了服务的异步调用,两者有什么区别?

大部分情况下,两者可以替换使用。但是异步RPC调用方式专注于一对一的单点通信,而异步消息方式则更适合一对多的广播调用方式。

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