有了 HTTP 协议,为什么还要 RPC 协议,两者有什么区别?

本文探讨了HTTP协议与RPC在大型企业场景下的效率优势,讲解了RPC架构、同步异步调用以及流行的gRPC、Thrift和Dubbo框架。同时,对比了HTTP服务的易用性和RPC的解耦特性。

有了 HTTP 协议,为什么还要 RPC 协议,两者有什么区别?

本文简单地介绍一下两种形式的 C/S 架构,先说一下他们最本质的区别,就是 RPC 主要是基于 TCP/IP 协议的,而 HTTP 服务主要是基于 HTTP 协议的。

我们都知道 HTTP 协议是在传输层协议 TCP 之上的,所以效率来看的话,RPC 当然是要更胜一筹啦!下面来具体说一说 RPC 服务和 HTTP 服务。

OSI 网络七层模型

在说 RPC 和 HTTP 的区别之前,我觉的有必要了解一下 OSI 的七层网络结构模型(虽然实际应用中基本上都是五层)。

image.png

它可以分为以下几层:(从上到下)

  • **第一层:应用层。**定义了用于在网络中进行通信和传输数据的接口。
  • **第二层:表示层。**定义不同的系统中数据的传输格式,编码和解码规范等。
  • **第三层:会话层。**管理用户的会话,控制用户间逻辑连接的建立和中断。
  • **第四层:传输层。**管理着网络中的端到端的数据传输。
  • **第五层:网络层。**定义网络设备间如何传输数据。
  • **第六层:链路层。**将上面的网络层的数据包封装成数据帧,便于物理层传输。
  • **第七层:物理层。**这一层主要就是传输这些二进制数据。

image.png

实际应用过程中,五层协议结构里面是没有表示层和会话层的。应该说它们和应用层合并了。

我们应该将重点放在应用层和传输层这两个层面。因为 HTTP 是应用层协议,而 TCP 是传输层协议。

好,知道了网络的分层模型以后我们可以更好地理解为什么 RPC 服务相比 HTTP 服务要 Nice 一些!

RPC 服务

从三个角度来介绍 RPC 服务,分别是:

  • RPC 架构
  • 同步异步调用
  • 流行的 RPC 框架

1、RPC 架构

先说说 RPC 服务的基本架构吧。我们可以很清楚地看到,一个完整的 RPC 架构里面包含了四个核心的组件。

分别是:

  • Client
  • Server
  • Client Stub
  • Server Stub(这个Stub大家可以理解为存根)

image.png

分别说说这几个组件:

  • **客户端(Client),**服务的调用方。
  • **服务端(Server),**真正的服务提供者。
  • **客户端存根,**存放服务端的地址消息,再将客户端的请求参数打包成网络消息,然后通过网络远程发送给服务方。
  • 服务端存根,接收客户端发送过来的消息,将消息解包,并调用本地的方法。

RPC 主要是用在大型企业里面,因为大型企业里面系统繁多,业务线复杂,而且效率优势非常重要的一块,这个时候 RPC 的优势就比较明显了。实际的开发当中是这么做的,项目一般使用 Maven 来管理。

比如我们有一个处理订单的系统服务,先声明它的所有的接口(这里就是具体指 Java 中的 Interface),然后将整个项目打包为一个 jar 包,服务端这边引入这个二方库,然后实现相应的功能,客户端这边也只需要引入这个二方库即可调用了。

为什么这么做?主要是为了减少客户端这边的 jar 包大小,因为每一次打包发布的时候,jar 包太多总是会影响效率。另外也是将客户端和服务端解耦,提高代码的可移植性。

2、同步调用与异步调用

什么是同步调用?什么是异步调用?同步调用就是客户端等待调用执行完成并返回结果。

异步调用就是客户端不等待调用执行完成返回结果,不过依然可以通过回调函数等接收到返回结果的通知。如果客户端并不关心结果,则可以变成一个单向的调用。

这个过程有点类似于 Java 中的 Callable 和 Runnable 接口,我们进行异步执行的时候,如果需要知道执行的结果,就可以使用 Callable 接口,并且可以通过 Future 类获取到异步执行的结果信息。

如果不关心执行的结果,直接使用 Runnable 接口就可以了,因为它不返回结果,当然啦,Callable 也是可以的,我们不去获取 Future 就可以了。

3、流行的 RPC 框架

目前流行的开源 RPC 框架还是比较多的。下面重点介绍三种:

①gRPC 是 Google 最近公布的开源软件,基于最新的 HTTP2.0 协议,并支持常见的众多编程语言。

我们知道 HTTP2.0 是基于二进制的 HTTP 协议升级版本,目前各大浏览器都在快马加鞭的加以支持。

这个 RPC 框架是基于 HTTP 协议实现的,底层使用到了 Netty 框架的支持。

②Thrift 是 Facebook 的一个开源项目,主要是一个跨语言的服务开发框架。它有一个代码生成器来对它所定义的 IDL 定义文件自动生成服务代码框架。

用户只要在其之前进行二次开发就行,对于底层的 RPC 通讯等都是透明的。不过这个对于用户来说的话需要学习特定领域语言这个特性,还是有一定成本的。

③Dubbo 是阿里集团开源的一个极为出名的 RPC 框架,在很多互联网公司和企业应用中广泛使用。协议和序列化框架都可以插拔是及其鲜明的特色。

同样的远程接口是基于 Java Interface,并且依托于 Spring 框架方便开发。可以方便的打包成单一文件,独立进程运行,和现在的微服务概念一致。

HTTP 服务

其实在很久以前,我对于企业开发的模式一直定性为 HTTP 接口开发,也就是我们常说的 RESTful 风格的服务接口。

的确,对于在接口不多、系统与系统交互较少的情况下,解决信息孤岛初期常使用的一种通信手段;优点就是简单、直接、开发方便。

利用现成的 HTTP 协议进行传输。我们记得之前本科实习在公司做后台开发的时候,主要就是进行接口的开发,还要写一大份接口文档,严格地标明输入输出是什么?说清楚每一个接口的请求方法,以及请求参数需要注意的事项等。

比如下面这个例子:

POST http://www.baidu.com

接口可能返回一个 JSON 字符串或者是 XML 文档。然后客户端再去处理这个返回的信息,从而可以比较快速地进行开发。

但是对于大型企业来说,内部子系统较多、接口非常多的情况下,RPC 框架的好处就显示出来了,首先就是长链接,不必每次通信都要像 HTTP 一样去 3 次握手什么的,减少了网络开销。

其次就是 RPC 框架一般都有注册中心,有丰富的监控管理;发布、下线接口、动态扩展等,对调用方来说是无感知、统一化的操作。

总结

RPC 服务和 HTTP 服务还是存在很多的不同点的,一般来说。

RPC 服务主要是针对大型企业的,而 HTTP 服务主要是针对小企业的,因为 RPC 效率更高,而 HTTP 服务开发迭代会更快。

总之,选用什么样的框架不是按照市场上流行什么而决定的,而是要对整个项目进行完整地评估,从而在仔细比较两种开发框架对于整个项目的影响,最后再决定什么才是最适合这个项目的。

一定不要为了使用 RPC 而每个项目都用 RPC,而是要因地制宜,具体情况具体分析。

<think>嗯,用户现在想了解单片机RPC与传统物联网协议(比如MQTT)之间的本质区别,还有它们的核心差异适用场景。我需要结合之前的回答用户提供的引用内容来详细分析这个问题。 首先,我得回顾一下之前关于单片机RPC的回答,里面提到了RPC在单片机中的核心功能,比如通信协议标准化、分布式任务调度硬件资源虚拟化。而用户提供的引用中,引用12详细介绍了MQTT的特点,比如基于发布/订阅模式、轻量级、适合恶劣网络环境等。另外,引用5提到阿里云的物联网项目,可能涉及到MQTT的实际应用案例。 接下来,我需要明确RPCMQTT的基本概念。RPC(远程过程调用)主要是让程序能够像调用本地函数一样调用远程服务,强调的是函数或方法的远程执行。而MQTT是一种基于发布/订阅模式的消息协议,主要用于设备之间的消息传递,适合一对多或多对多的通信场景。 然后,核心差异可能体现在协议设计、通信模式、数据交互方式、资源消耗、实时性等方面。例如,MQTT使用发布/订阅模式,而RPC更侧重于请求/响应模式。此外,RPC可能需要更高效的序列化更低的延迟,而MQTT可能在消息分发扩展性方面有优势。 适用场景方面,RPC可能更适合需要精确控制、实时响应的场景,比如工业控制中的设备协同;而MQTT适合设备状态上报、大规模传感器网络等需要广播或多播的场景。比如引用2提到的巡检机器人使用MQTT,可能是因为需要后台主动发送指令,而RPC可能更适合设备间的直接方法调用。 另外,资源消耗也是一个关键点。单片机资源有限,RPC的实现可能需要更轻量级的协议,而MQTT虽然相对轻量,但在某些情况下可能还是比专门的RPC协议占用更多资源。引用1提到MQTT的消息头更轻量,但RPC可能通过二进制编码进一步优化数据包大小。 安全性错误处理机制的不同也需要考虑。引用3提到的OPC引用4的RS232/485对比可能帮助理解不同协议在通信方式可靠性上的差异,但用户的问题主要集中在RPCMQTT上,所以可能需要更多比较这两者的安全机制,比如RPC可能使用AES加密,而MQTT可能依赖TLS等。 最后,结合用户之前的回答,其中提到了RPC在低功耗管理、多设备协同、硬件抽象层等方面的应用,而MQTT在传感器网络后台通信中的使用,可以总结出各自的适用场景。需要确保回答结构清晰,分点列出差异,并给出实际应用例子,如引用5中的阿里云项目可能用MQTT,而智能农业系统中的灌溉控制可能更适合RPC。</think>以下从协议架构、交互模式、性能特征三个维度分析单片机RPC与传统物联网协议(如MQTT)的本质区别: # 一、核心差异对比表 | 维度 | 单片机RPC | MQTT协议 | |-------------|----------------------------------|---------------------------------| | **协议目标** | 实现跨设备函数调用 | 实现设备间消息传递 | | **通信模式** | 请求-响应(同步/异步) | 发布-订阅(异步) | | **数据单元** | 方法调用参数+返回值 | 主题消息(Topic+Payload) | | **网络拓扑** | 点对点/星型拓扑 | 树状/网状拓扑 | | **时延特性** | $\mu s$级响应(典型值50-200μs) | ms级传递(典型值10-100ms) | | **报文示例** | `CALL 0x01 0xA3 0xFF`(12B) | `PUBLISH /temp 25.5℃`(约20B) | | **资源消耗** | ROM:3-8KB, RAM:200-500B | ROM:15-30KB, RAM:1-2KB | | **安全机制** | AES-128加密+CRC校验 | TLS/SSL+基础认证 | # 二、本质差异解析 1. **通信范式差异** - RPC基于**远程方法调用模型**,实现设备间的函数级交互: $$ \mathop{\mathbb{E}}[t_{roundTrip}] = 2t_{trans} + t_{exec} $$ 其中$t_{trans}$为传输延迟,$t_{exec}$为远程执行时间[^1] - MQTT采用**消息总线模型**,通过Broker实现消息路由: $$ \mathop{\mathbb{E}}[t_{delivery}] = t_{pub} + t_{route} + t_{sub} $$ 消息传递时间包含发布、路由、订阅三个环节[^2] 2. **实时性对比** - RPC在工业控制场景实现$\leq 100\mu s$级同步精度(见同步公式): $$ Sync_{精度}=\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}|t_{master}-t_{slave_i}| $$ - MQTT典型延迟分布在10-100ms区间,适合状态监测等非实时场景 3. **资源占用对比** - RPC协议栈精简设计: ```mermaid graph LR A[RPC应用层] --> B[紧凑编码层] B --> C[物理传输层] ``` - MQTT协议栈包含更多功能模块: ```mermaid graph LR A[MQTT应用层] --> B[主题路由层] B --> C[QoS保证层] C --> D[TCP/IP栈] ``` # 三、适用场景对照 | **场景特征** | **推荐方案** | **典型用例** | |----------------|----------|------------------------------| | 需要直接控制设备硬件 | RPC | 调整PWM占空比、读取ADC值 | | 多设备广播通知 | MQTT | 气象站群发温度预警 | | 跨网络域通信 | MQTT | 云端远程控制设备 | | 硬实时控制(<1ms) | RPC | 机械臂协同运动 | | 间歇性数据上报 | MQTT | 智能电表每日用电量统计 | | 固件差分升级 | RPC | 通过RPC写入Flash存储器 | **混合架构案例**:智能工厂中同时使用两种协议 ```c // 设备端代码示例 void main() { // 使用MQTT上报状态 mqtt_publish("status", get_sensor_data()); // 使用RPC控制执行器 if(receive_mqtt_command("start")) { rpc_call(0x22, ACTUATOR_ADDR, 100%); // 启动电机 } } ``` # 四、选型决策树 $$ \text{选择条件} = \begin{cases} \text{RPC优先} & \text{当 } \exists 实时控制需求 \wedge 资源受限 \wedge 需直接硬件访问 \\ \text{MQTT优先} & \text{当 } \exists 跨网络通信 \wedge 一对多消息广播 \wedge 容忍>10ms延迟 \\ \text{混合使用} & \text{当 } 需同时满足控制与上报需求 \end{cases} $$ --扩展思考-- 1. 如何设计协议转换网关实现RPC与MQTT的互操作? 2. 在边缘计算场景中如何优化RPC-MQTT混合架构的延迟? 3. 如何评估不同QoS等级对MQTT与RPC性能的影响?
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