RPC原理

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转载最新推荐文章于 2026-03-12 00:55:45 发布 387 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

RPC 原理，Demo 演示，为什么 RPC 用动态代理 RPC 出现背景现在很少有单机系统，复杂的系统有很多不同的服务组成，不同的服务部署在不同的机器上，包括数据库也是分布式存储的。不可避免地，会出现一个服务器调用另一个服务器的方法的场景。比如，服务器A想查询用户数据库，而提供数据查询的服务在服务器B上，如果A想使用B，就需要把查询请求发给B，B执行查询方法，再返回给A，这其实就是一次远程方法调用过程（Remote Procedure Call，RPC）。这里有个问题，为什么服务器A查询B的数据，不是一次 http 请求就可以解决了吗？就像 web 浏览器阅读详情

RPC

RPC（Remote Procedure Call）——远程过程调用，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。

RPC协议假定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层。RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。
RPC采用客户机、服务器模式。请求程序就是一个客户机，而服务提供程序就是一个服务器。

如何调用他人的远程服务？

　　由于各服务部署在不同机器，服务间的调用免不了网络通信过程，服务消费方每调用一个服务都要写一坨网络通信相关的代码，不仅复杂而且极易出错。

　　如果有一种方式能让我们像调用本地服务一样调用远程服务，而让调用者对网络通信这些细节透明，那么将大大提高生产力，比如服务消费方在执行helloWorldService.sayHello(“test”)时，实质上调用的是远端的服务。这种方式其实就是RPC（Remote Procedure Call Protocol），在各大互联网公司中被广泛使用，如阿里巴巴的hsf、dubbo（开源）、Facebook的thrift（开源）、Google grpc（开源）、Twitter的finagle（开源）等。

　　要让网络通信细节对使用者透明，我们需要对通信细节进行封装，我们先看下一个RPC调用的流程涉及到哪些通信细节：
这里写图片描述

1）服务消费方（client）调用以本地调用方式调用服务；

2）客户端存根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）服务端存根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。

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：

gRPC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。
Thrift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。
Dubbo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。

RPC技术细节

要实现远程调用必须要面对如下问题：

远程问题如何通信？通信
客户端服务端之间以何种形式传输的信息？序列化
客户端如何寻址服务端？服务注册中心

怎么做到透明化远程服务调用？

怎么封装通信细节才能让用户像以本地调用方式调用远程服务呢？对java来说就是使用代理！

下面简单介绍下动态代理怎么实现我们的需求。
在Java中动态代理（设计模式：代理模式）有三种方式：
- 静态代理（字节码生成）
- jdk动态代理（需实现接口）
- CGLIB动态代理（无需接口和实现类）

尽管字节码生成方式实现的代理更为强大和高效，但代码维护不易，大部分公司实现RPC框架时还是选择动态代理方式。

我们需要实现RPCProxyClient代理类，代理类的invoke方法中封装了与远端服务通信的细节，消费方首先从RPCProxyClient获得服务提供方的接口，当执行helloWorldService.sayHello(“test”)方法时就会调用invoke方法。

public class RPCProxyClient implements java.lang.reflect.InvocationHandler{
    private Object obj;

    public RPCProxyClient(Object obj){
        this.obj=obj;
    }

    /**
     * 得到被代理对象;
     */
    public static Object getProxy(Object obj){
        return java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),
                obj.getClass().getInterfaces(), new RPCProxyClient(obj));
    }

    /**
     * 调用此方法执行
     */
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
            throws Throwable {
        //结果参数;
        Object result = new Object();
        // ...执行通信相关逻辑
        // ...
        return result;
    }
}

public class Test {
     public static void main(String[] args) {
         HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService)RPCProxyClient.getProxy(HelloWorldService.class);
         helloWorldService.sayHello("test");
     }
 }

对消息进行编码和解码

确定消息数据结构

上节讲了invoke里需要封装通信细节（通信细节再后面几章详细探讨），而通信的第一步就是要确定客户端和服务端相互通信的消息结构。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&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。

同理服务端返回的消息结构一般包括以下内容。

1）返回值

2）状态code

3）requestID

RPC消息编码和解码

由于消息传输使用的是二进制数据流，在服务方和接收方需要对传输的消息体转换为自己能够识别的数据结构，因此就涉及到编码encode，解码decode问题。而在Java中就是把字符串或者二进制流转化为可识别的对象的过程——序列化和反序列化

一旦确定了消息的数据结构后，下一步就是要考虑序列化与反序列化了。

什么是序列化？序列化就是将数据结构或对象转换成二进制串的过程，也就是编码的过程。
什么是反序列化？将在序列化过程中所生成的二进制串转换成数据结构或者对象的过程。
为什么需要序列化？转换为二进制串后才好进行网络传输！
为什么需要反序列化？将二进制转换为对象才好进行后续处理！

现如今序列化的方案越来越多，每种序列化方案都有优点和缺点，它们在设计之初有自己独特的应用场景，那到底选择哪种呢？从RPC的角度上看，主要看三点：

通用性，比如是否能支持Map等复杂的数据结构；
性能，包括时间复杂度和空间复杂度，由于RPC框架将会被公司几乎所有服务使用，如果序列化上能节约一点时间，对整个公司的收益都将非常可观，同理如果序列化上能节约一点内存，网络带宽也能省下不少；
可扩展性，对互联网公司而言，业务变化飞快，如果序列化协议具有良好的可扩展性，支持自动增加新的业务字段，而不影响老的服务，这将大大提供系统的灵活度。

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。

通信

　消息数据结构被序列化为二进制串后，就要涉及进行网络通信了，这是实现远程的基础。目前有两种常用IO通信模型：
　1）BIO；
　2）NIO。
　一般RPC框架需要支持这两种IO模型，原理可参考：一个故事讲清楚NIO。

如何实现RPC的IO通信框架呢？
　　1）使用java nio方式自研，这种方式较为复杂，而且很有可能出现隐藏bug，但也见过一些互联网公司使用这种方式；
　　2）基于mina，mina在早几年比较火热，不过这些年版本更新缓慢；
　　3）基于netty，现在很多RPC框架都直接基于netty这一IO通信框架，省力又省心，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Twitter的finagle等。

服务注册中心-发布自己的服务

如何让别人使用我们的服务呢？有同学说很简单嘛，告诉使用者服务的IP以及端口就可以了啊。确实是这样，这里问题的关键在于是自动告知还是人肉告知。

人肉告知的方式：如果你发现你的服务一台机器不够，要再添加一台，这个时候就要告诉调用者我现在有两个ip了，你们要轮询调用来实现负载均衡；调用者咬咬牙改了，结果某天一台机器挂了，调用者发现服务有一半不可用，他又只能手动修改代码来删除挂掉那台机器的ip。现实生产环境当然不会使用人肉方式。

有没有一种方法能实现自动告知，即机器的增添、剔除对调用方透明，调用者不再需要写死服务提供方地址？当然可以，现如今zookeeper被广泛用于实现服务自动注册与发现功能！

简单来讲，zookeeper可以充当一个服务注册表（Service Registry），让多个服务提供者形成一个集群，让服务消费者通过服务注册表获取具体的服务访问地址（ip+端口）去访问具体的服务提供者。如下图所示：
这里写图片描述
具体来说，zookeeper就是个分布式文件系统，每当一个服务提供者部署后都要将自己的服务注册到zookeeper的某一路径上: /{service}/{version}/{ip:port}, 比如我们的HelloWorldService部署到两台机器，那么zookeeper上就会创建两条目录：分别为/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.01:16888 /HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.02:16888。

zookeeper提供了“心跳检测”功能，它会定时向各个服务提供者发送一个请求（实际上建立的是一个 Socket 长连接），如果长期没有响应，服务中心就认为该服务提供者已经“挂了”，并将其剔除，比如100.19.20.02这台机器如果宕机了，那么zookeeper上的路径就会只剩/HelloWorldService/1.0.0/100.19.20.01:16888。

服务消费者会去监听相应路径（/HelloWorldService/1.0.0），一旦路径上的数据有任务变化（增加或减少），zookeeper都会通知服务消费方服务提供者地址列表已经发生改变，从而进行更新。

更为重要的是zookeeper与生俱来的容错容灾能力（比如leader选举），可以确保服务注册表的高可用性。