Java如何实现简单的RPC框架

一、RPC简介

RPC，全称为Remote Procedure Call，即远程过程调用，它是一个计算机通信协议。它允许像调用本地服务一样调用远程服务。它可以有不同的实现方式。如RMI(远程方法调用)、Hessian、Http invoker等。另外，RPC是与语言无关的。

RPC示意图

如上图所示，假设Computer1在调用sayHi()方法，对于Computer1而言调用sayHi()方法就像调用本地方法一样，调用 –>返回。但从后续调用可以看出Computer1调用的是Computer2中的sayHi()方法，RPC屏蔽了底层的实现细节，让调用者无需关注网络通信，数据传输等细节。

二、RPC框架的实现

上面介绍了RPC的核心原理：RPC能够让本地应用简单、高效地调用服务器中的过程（服务）。它主要应用在分布式系统。如Hadoop中的IPC组件。但怎样实现一个RPC框架呢？

从下面几个方面思考，仅供参考：

1.通信模型：假设通信的为A机器与B机器，A与B之间有通信模型，在Java中一般基于BIO或NIO；。

2.过程（服务）定位：使用给定的通信方式，与确定IP与端口及方法名称确定具体的过程或方法；

3.远程代理对象：本地调用的方法(服务)其实是远程方法的本地代理，因此可能需要一个远程代理对象，对于Java而言，远程代理对象可以使用Java的动态对象实现，封装了调用远程方法调用；

4.序列化，将对象名称、方法名称、参数等对象信息进行网络传输需要转换成二进制传输，这里可能需要不同的序列化技术方案。如:protobuf，Arvo等。

三、Java实现RPC框架

1、实现技术方案

下面使用比较原始的方案实现RPC框架，采用Socket通信、动态代理与反射与Java原生的序列化。

2、RPC框架架构

RPC架构分为三部分：

1）服务提供者，运行在服务器端，提供服务接口定义与服务实现类。

2）服务中心，运行在服务器端，负责将本地服务发布成远程服务，管理远程服务，提供给服务消费者使用。

3）服务消费者，运行在客户端，通过远程代理对象调用远程服务。

3、 具体实现

服务提供者接口定义与实现，代码如下：

public interface HelloService {

  String sayHi(String name);

}

HelloServices接口实现类：

public class HelloServiceImpl implements HelloService {

  public String sayHi(String name) {
    return "Hi, " + name;
  }

}

服务中心代码实现，代码如下：

public interface Server {
  public void stop();

  public void start() throws IOException;

  public void register(Class serviceInterface, Class impl);

  public boolean isRunning();

  public int getPort();
}

服务中心实现类：

public class ServiceCenter implements Server {
  private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

  private static final HashMap<String, Class> serviceRegistry = new HashMap<String, Class>();

  private static boolean isRunning = false;

  private static int port;

  public ServiceCenter(int port) {
    this.port = port;
  }

  public void stop() {
    isRunning = false;
    executor.shutdown();
  }

  public void start() throws IOException {
    ServerSocket server = new ServerSocket();
    server.bind(new InetSocketAddress(port));
    System.out.println("start server");
    try {
      while (true) {
        // 1.监听客户端的TCP连接，接到TCP连接后将其封装成task，由线程池执行
        executor.execute(new ServiceTask(server.accept()));
      }
    } finally {
      server.close();
    }
  }

  public void register(Class serviceInterface, Class impl) {
    serviceRegistry.put(serviceInterface.getName(), impl);
  }

  public boolean isRunning() {
    return isRunning;
  }

  public int getPort() {
    return port;
  }

  private static class ServiceTask implements Runnable {
    Socket clent = null;

    public ServiceTask(Socket client) {
      this.clent = client;
    }

    public void run() {
      ObjectInputStream input = null;
      ObjectOutputStream output = null;
      try {
        // 2.将客户端发送的码流反序列化成对象，反射调用服务实现者，获取执行结果
        input = new ObjectInputStream(clent.getInputStream());
        String serviceName = input.readUTF();
        String methodName = input.readUTF();
        Class<?>[] parameterTypes = (Class<?>[]) input.readObject();
        Object[] arguments = (Object[]) input.readObject();
        Class serviceClass = serviceRegistry.get(serviceName);
        if (serviceClass == null) {
          throw new ClassNotFoundException(serviceName + " not found");
        }
        Method method = serviceClass.getMethod(methodName, parameterTypes);
        Object result = method.invoke(serviceClass.newInstance(), arguments);

        // 3.将执行结果反序列化，通过socket发送给客户端
        output = new ObjectOutputStream(clent.getOutputStream());
        output.writeObject(result);
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      } finally {
        if (output != null) {
          try {
            output.close();
          } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
        if (input != null) {
          try {
            input.close();
          } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
        if (clent != null) {
          try {
            clent.close();
          } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
      }

    }
  }
}

客户端的远程代理对象：

public class RPCClient<T> {
  public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface, final InetSocketAddress addr) {
    // 1.将本地的接口调用转换成JDK的动态代理，在动态代理中实现接口的远程调用
    return (T) Proxy.newProxyInstance(serviceInterface.getClassLoader(), new Class<?>[]{serviceInterface},
        new InvocationHandler() {
          public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            Socket socket = null;
            ObjectOutputStream output = null;
            ObjectInputStream input = null;
            try {
              // 2.创建Socket客户端，根据指定地址连接远程服务提供者
              socket = new Socket();
              socket.connect(addr);

              // 3.将远程服务调用所需的接口类、方法名、参数列表等编码后发送给服务提供者
              output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
              output.writeUTF(serviceInterface.getName());
              output.writeUTF(method.getName());
              output.writeObject(method.getParameterTypes());
              output.writeObject(args);

              // 4.同步阻塞等待服务器返回应答，获取应答后返回
              input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
              return input.readObject();
            } finally {
              if (socket != null) socket.close();
              if (output != null) output.close();
              if (input != null) input.close();
            }
          }
        });
  }
}

最后为测试类：

public class RPCTest {

  public static void main(String[] args) throws IOException {
    new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        try {
          Server serviceServer = new ServiceCenter(8088);
          serviceServer.register(HelloService.class, HelloServiceImpl.class);
          serviceServer.start();
        } catch (IOException e) {
          e.printStackTrace();
        }
      }
    }).start();
    HelloService service = RPCClient.getRemoteProxyObj(HelloService.class, new InetSocketAddress("localhost", 8088));
    System.out.println(service.sayHi("test"));
  }
}

运行结果：

regeist service HelloService  start server  Hi, test

四、总结

RPC本质为消息处理模型，RPC屏蔽了底层不同主机间的通信细节，让进程调用远程的服务就像是本地的服务一样。

五、可以改进的地方

这里实现的简单RPC框架是使用Java语言开发，与Java语言高度耦合，并且通信方式采用的Socket是基于BIO实现的，IO效率不高，还有Java原生的序列化机制占内存太多，运行效率也不高。可以考虑从下面几种方法改进。

1. 可以采用基于JSON数据传输的RPC框架；
2. 可以使用NIO或直接使用Netty替代BIO实现；
3. 使用开源的序列化机制，如Hadoop Avro与Google protobuf等；
4. 服务注册可以使用Zookeeper进行管理，能够让应用更加稳定。

以上就是Java如何实现简单的RPC框架的详细内容，更多关于Java实现RPC框架的资料请关注我们其它相关文章！

时间：2020-07-09