Java如何實現簡單的RPC框架
一、RPC簡介
RPC，全稱為Remote Procedure Call，即遠端過程呼叫，它是一個計算機通訊協議。它允許像呼叫本地服務一樣呼叫遠端服務。它可以有不同的實現方式。如RMI(遠端方法呼叫)、Hessian、Http invoker等。另外，RPC是與語言無關的。
RPC示意圖
如上圖所示，假設Computer1在呼叫sayHi()方法，對於Computer1而言呼叫sayHi()方法就像呼叫本地方法一樣，呼叫 –>返回。但從後續呼叫可以看出Computer1呼叫的是Computer2中的sayHi()方法，RPC遮蔽了底層的實現細節，讓呼叫者無需關注網路通訊，資料傳輸等細節。
二、RPC框架的實現
上面介紹了RPC的核心原理：RPC能夠讓本地應用簡單、高效地呼叫伺服器中的過程（服務）。它主要應用在分散式系統。如Hadoop中的IPC元件。但怎樣實現一個RPC框架呢？
從下面幾個方面思考，僅供參考：
1.通訊模型：假設通訊的為A機器與B機器，A與B之間有通訊模型，在Java中一般基於BIO或NIO；。
2.過程（服務）定位：使用給定的通訊方式，與確定IP與埠及方法名稱確定具體的過程或方法；
3.遠端代理物件：本地呼叫的方法(服務)其實是遠端方法的本地代理，因此可能需要一個遠端代理物件，對於Java而言，遠端代理物件可以使用Java的動態物件實現，封裝了呼叫遠端方法呼叫；
4.序列化，將物件名稱、方法名稱、引數等物件資訊進行網路傳輸需要轉換成二進位制傳輸，這裡可能需要不同的序列化技術方案。如:protobuf，Arvo等。
三、Java實現RPC框架
1、實現技術方案
下面使用比較原始的方案實現RPC框架，採用Socket通訊、動態代理與反射與Java原生的序列化。
2、RPC框架架構
RPC架構分為三部分：
1）服務提供者，執行在伺服器端，提供服務介面定義與服務實現類。
2）服務中心，執行在伺服器端，負責將本地服務釋出成遠端服務，管理遠端服務，提供給服務消費者使用。
3）服務消費者，執行在客戶端，通過遠端代理物件呼叫遠端服務。
3、 具體實現
服務提供者介面定義與實現，程式碼如下：
public interface HelloService {
String sayHi(String name);
}
HelloServices介面實現類：
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
public String sayHi(String name) {
return "Hi," + name;
}
}
服務中心程式碼實現，程式碼如下：
public interface Server {
public void stop();
public void start() throws IOException;
public void register(Class serviceInterface,Class impl);
public boolean isRunning();
public int getPort();
}
服務中心實現類：
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.監聽客戶端的TCP連線，接到TCP連線後將其封裝成task，由執行緒池執行
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.將客戶端傳送的碼流反序列化成物件，反射呼叫服務實現者，獲取執行結果
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.將執行結果反序列化，通過socket傳送給客戶端
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();
}
}
}
}
}
}
客戶端的遠端代理物件：
public class RPCClient<T> {
public static <T> T getRemoteProxyObj(final Class<?> serviceInterface,final InetSocketAddress addr) {
// 1.將本地的介面呼叫轉換成JDK的動態代理，在動態代理中實現介面的遠端呼叫
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.建立Socket客戶端，根據指定地址連線遠端服務提供者
socket = new Socket();
socket.connect(addr);
// 3.將遠端服務呼叫所需的介面類、方法名、引數列表等編碼後傳送給服務提供者
output = new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());
output.writeUTF(serviceInterface.getName());
output.writeUTF(method.getName());
output.writeObject(method.getParameterTypes());
output.writeObject(args);
// 4.同步阻塞等待伺服器返回應答，獲取應答後返回
input = new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
return input.readObject();
} finally {
if (socket != null) socket.close();
if (output != null) output.close();
if (input != null) input.close();
}
}
});
}
}
最後為測試類：
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"));
}
}
執行結果：
regeist service HelloService
start server
Hi,test
四、總結
RPC本質為訊息處理模型，RPC遮蔽了底層不同主機間的通訊細節，讓程序呼叫遠端的服務就像是本地的服務一樣。
五、可以改進的地方
這裡實現的簡單RPC框架是使用Java語言開發，與Java語言高度耦合，並且通訊方式採用的Socket是基於BIO實現的，IO效率不高，還有Java原生的序列化機制佔記憶體太多，執行效率也不高。可以考慮從下面幾種方法改進。
- 可以採用基於JSON資料傳輸的RPC框架；
- 可以使用NIO或直接使用Netty替代BIO實現；
- 使用開源的序列化機制，如Hadoop Avro與Google protobuf等；
- 服務註冊可以使用Zookeeper進行管理，能夠讓應用更加穩定。
以上就是Java如何實現簡單的RPC框架的詳細內容，更多關於Java實現RPC框架的資料請關注我們其它相關文章！