NettyRPC的实现流程-创新互联

Netty RPC 实现
概念

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Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架,现为 Github上的独立项目。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具,用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。

也就是说,Netty 是一个基于NIO的客户、服务器端编程框架,使用Netty 可以确保你快速和简单的开发出一个网络应用,例如实现了某种协议的客户、服务端应用。Netty相当于简化和流线化了网络应用的编程开发过程,例如:基于TCP和UDP的socket服务开发。

"快速"和"简单"并不用产生维护性或性能上的问题。Netty 是一个吸收了多种协议(包括FTP、SMTP、HTTP等各种二进制文本协议)的实现经验,并经过相当精心设计的项目。最终,Netty 成功的找到了一种方式,在保证易于开发的同时还保证了其应用的性能,稳定性和伸缩性。

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:

Netty RPC的实现流程
关键技术

  1. 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。

  2. 通信:使用 Netty 作为通信框架。

  3. Spring:使用 Spring 配置服务,加载 Bean,扫描注解。

  4. 动态代理:客户端使用代理模式透明化服务调用。

  5. 消息编解码:使用 Protostuff 序列化和反序列化消息。

核心流程

  1. 服务消费方(client)调用以本地调用方式调用服务;

  2. client stub 接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体;

  3. client stub 找到服务地址,并将消息发送到服务端;

  4. server stub 收到消息后进行解码;

  5. server stub 根据解码结果调用本地的服务;

  6. 本地服务执行并将结果返回给 server stub;

  7. server stub 将返回结果打包成消息并发送至消费方;

  8. client stub 接收到消息,并进行解码;

  9. 服务消费方得到最终结果。

RPC 的目标就是要 2~8 这些步骤都封装起来,让用户对这些细节透明。JAVA 一般使用动态代理方式实现远程调用。

Netty RPC的实现流程
消息编解码

息数据结构(接口名称+方法名+参数类型和参数值+超时时间+ requestID)
客户端的请求消息结构一般需要包括以下内容:

  1. 接口名称:在我们的例子里接口名是“HelloWorldService”,如果不传,服务端就不知道调用哪个接口了;

  2. 方法名:一个接口内可能有很多方法,如果不传方法名服务端也就不知道调用哪个方法;

  3. 参数类型和参数值:参数类型有很多,比如有 bool、int、long、double、string、map、list,甚至如 struct(class);以及相应的参数值;

  4. 超时时间:

  5. requestID,标识唯一请求 id,在下面一节会详细描述 requestID 的用处。

  6. 服务端返回的消息 : 一般包括以下内容。返回值+状态 code+requestID

序列化

目前互联网公司广泛使用 Protobuf、Thrift、Avro 等成熟的序列化解决方案来搭建 RPC 框架,这些都是久经考验的解决方案。

通讯过程

核心问题(线程暂停、消息乱序)

如果使用 netty 的话,一般会用 channel.writeAndFlush()方法来发送消息二进制串,这个方法调用后对于整个远程调用(从发出请求到接收到结果)来说是一个异步的,即对于当前线程来说,将请求发送出来后,线程就可以往后执行了,至于服务端的结果,是服务端处理完成后,再以消息的形式发送给客户端的。于是这里出现以下两个问题:

  1. 怎么让当前线程“暂停”,等结果回来后,再向后执行?

  2. 如果有多个线程同时进行远程方法调用,这时建立在 client server 之间的 socket 连接上会有很多双方发送的消息传递,前后顺序也可能是随机的,server 处理完结果后,将结果消息发送给 client,client 收到很多消息,怎么知道哪个消息结果是原先哪个线程调用的?如下图所示,线程 A 和线程 B 同时向 client socket 发送请求 requestA 和 requestB,socket 先后将 requestB 和 requestA 发送至 server,而 server 可能将 responseB 先返回,尽管 requestB 请求到达时间更晚。我们需要一种机制保证 responseA 丢给****ThreadA,responseB 丢给 ThreadB。

Netty RPC的实现流程
通讯流程

requestID 生成-AtomicLong

  1. client 线程每次通过 socket 调用一次远程接口前,生成一个唯一的 ID,即 requestID(requestID 必需保证在一个 Socket 连接里面是唯一的),一般常常使用 AtomicLong从 0 开始累计数字生成唯一 ID;存放回调对象 callback 到全局 ConcurrentHashMap

  2. 将 处 理 结 果 的 回 调 对 象 callback , 存 放 到 全 局 ConcurrentHashMap 里 面put(requestID, callback);synchronized 获取回调对象 callback 的锁并自旋 wait

  3. 当线程调用 channel.writeAndFlush()发送消息后,紧接着执行 callback 的 get()方法试图获取远程返回的结果。在 get()内部,则使用 synchronized 获取回调对象 callback 的锁,再先检测是否已经获取到结果,如果没有,然后调用 callback 的 wait()方法,释放callback 上的锁,让当前线程处于等待状态。监听消息的线程收到消息,找到 callback 上的锁并唤醒

  4. 服务端接收到请求并处理后,将 response 结果(此结果中包含了前面的 requestID)发送给客户端,客户端 socket 连接上专门监听消息的线程收到消息,分析结果,取到requestID , 再 从 前 面 的 ConcurrentHashMap 里 面 get(requestID) , 从 而 找 到callback 对象,再用 synchronized 获取 callback 上的锁,将方法调用结果设置到callback 对象里,再调用 callback.notifyAll()唤醒前面处于等待状态的线程。
    Netty RPC的实现流程
    未完待续…………

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Netty RPC的实现流程
Netty RPC的实现流程
Netty RPC的实现流程

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