从零实现GeeRPC框架：第一天构建服务端与消息编码

从零实现GeeRPC框架：第一天构建服务端与消息编码

7days-golang 7 days golang programs from scratch (web framework Gee, distributed cache GeeCache, object relational mapping ORM framework GeeORM, rpc framework GeeRPC etc) 7天用Go动手写/从零实现系列 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/7d/7days-golang

前言

在分布式系统中，远程过程调用(RPC)是一种常见的通信方式。本文将带领大家从零开始实现一个名为GeeRPC的RPC框架，第一天我们将聚焦于服务端基础架构和消息编码机制的实现。

RPC基础概念

RPC(Remote Procedure Call)允许程序像调用本地方法一样调用远程服务的方法。一个典型的RPC调用包含三个关键部分：

• 服务名和方法名
• 参数
• 返回值

在GeeRPC中，我们将这些信息抽象为Header和Body两部分，Header包含元数据，Body包含实际数据。

消息编码设计

Header结构设计

首先我们定义Header结构体：

type Header struct {
    ServiceMethod string // 格式为"Service.Method"
    Seq           uint64 // 客户端选择的序列号
    Error         string // 错误信息
}

• ServiceMethod：标识要调用的服务和方法
• Seq：请求的唯一标识符
• Error：服务端返回的错误信息

编解码接口

为了实现灵活的编码方式，我们定义了Codec接口：

type Codec interface {
    io.Closer
    ReadHeader(*Header) error
    ReadBody(interface{}) error
    Write(*Header, interface{}) error
}

这个接口支持：

1. 读取Header
2. 读取Body
3. 写入Header和Body
4. 关闭连接

编解码工厂模式

我们采用工厂模式支持多种编码方式：

type NewCodecFunc func(io.ReadWriteCloser) Codec

type Type string

const (
    GobType  Type = "application/gob"
    JsonType Type = "application/json"
)

var NewCodecFuncMap map[Type]NewCodecFunc

目前实现了Gob编码，未来可以轻松扩展JSON等其他编码方式。

Gob编码实现

Gob是Go语言自带的二进制序列化格式，我们基于它实现GobCodec：

type GobCodec struct {
    conn io.ReadWriteCloser
    buf  *bufio.Writer
    dec  *gob.Decoder
    enc  *gob.Encoder
}

实现要点：

• 使用bufio.Writer缓冲提高性能
• 分离Decoder和Encoder分别处理读写
• 实现了完整的Codec接口方法

服务端实现

协议设计

客户端和服务端通信需要协商编码方式，我们定义Option结构：

type Option struct {
    MagicNumber int        // 标识GeeRPC请求
    CodecType   codec.Type // 编码类型
}

通信报文格式如下：

| Option | Header1 | Body1 | Header2 | Body2 | ...

服务端核心结构

服务端核心结构非常简单：

type Server struct{}

主要方法包括：

• Accept：接受连接并处理
• ServeConn：处理单个连接
• serveCodec：使用指定编解码器处理请求

请求处理流程

1. 首先解析Option确定编码方式
2. 循环读取请求(readRequest)
3. 并发处理请求(handleRequest)
4. 顺序回复请求(sendResponse)

关键点：

• 使用协程并发处理请求提高性能
• 使用互斥锁保证回复顺序
• 使用WaitGroup等待所有请求处理完成

请求数据结构

type request struct {
    h            *codec.Header
    argv, replyv reflect.Value
}

目前argv和replyv都简单处理为字符串，后续会改进。

示例演示

我们实现了一个简单的客户端和服务端交互示例：

服务端：

func startServer(addr chan string) {
    l, _ := net.Listen("tcp", ":0")
    addr <- l.Addr().String()
    geerpc.Accept(l)
}

客户端：

conn, _ := net.Dial("tcp", <-addr)
cc := codec.NewGobCodec(conn)
// 发送请求并接收响应

总结

第一天我们实现了：

1. 基于Gob的消息编解码器
2. 服务端基础架构
3. 简单的协议协商机制
4. 请求处理流程

虽然目前功能还比较简单，但已经建立了RPC框架的核心骨架。在后续开发中，我们将逐步完善客户端实现、服务注册、超时处理等高级特性。

完整代码约200行，涵盖了RPC框架最基础的功能。通过这个实现，我们可以深入理解RPC框架的工作原理，为后续扩展打下坚实基础。

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