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GoLang -- gRPC框架四大服务

在 gRPC 里客户端应用可以像调用本地对象一样直接调用另一台不同的机器上服务端 应用的方法，使得您能够更容易地创建分布式应用和服务。与许多 RPC 系统类似，gRPC 也是基于以下理念：定义一个服务，指定其能够被远程调用的方法（包含参数和返回类型）。在服务端实现这个接口，并运行一个 gRPC 服务器来处理客户端调用。在客户端拥有一个存根能够像服务端一样的方法。

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gRPC 客户端和服务端可以在多种环境中运行和交互 - 从 google 内部的服务器到你自己的笔记本，并且可以用任何 gRPC 支持的语言来编写。所以，你可以很容易地用 Java 创建一个 gRPC 服务端，用 Go、Python、Ruby 来创建客户端。此外，Google 最新 API 将有 gRPC 版本的接口，使你很容易地将 Google 的功能集成到你的应用里。

gRPC 默认使用 protocol buffers，这是 Google 开源的一套成熟的结构数据序列化机制（当然也可以使用其他数据格式如 JSON）。名叫 proto3 的新风格的 protocol buffers，它拥有轻量简化的语法、一些有用的新功能，并且支持更多新语言。当前针对 Java 和 C++ 发布了 beta 版本，针对 JavaNano（即 Android Java）发布 alpha 版本，在protocol buffers Github 源码库里有 Ruby 支持， 在golang/protobuf Github 源码库里还有针对 Go 语言的生成器， 对更多语言的支持正在开发中。

有了 gRPC， 我们可以一次性的在一个 .proto 文件中定义服务并使用任何支持它的语言去实现客户端和服务器，反过来，它们可以在各种环境中，从Google的服务器到你自己的平板电脑—— gRPC 帮你解决了不同语言及环境间通信的复杂性.使用 protocol buffers 还能获得其他好处，包括高效的序列号，简单的 IDL 以及容易进行接口更新。

现在让我们来仔细了解一下当 gRPC 客户端调用 gRPC 服务端的方法时到底发生了什么。我们不究其实现细节，关于实现细节的部分，你可以在我们的特定语言页面里找到更为详尽的内容。

首先我们来了解一下最简单的 RPC 形式：客户端发出单个请求，获得单个响应。

服务端流式 RPC 除了在得到客户端请求信息后发送回一个应答流之外，与我们的简单例子一样。在发送完所有应答后，服务端的状态详情(状态码和可选的状态信息)和可选的跟踪元数据被发送回客户端，以此来完成服务端的工作。客户端在接收到所有服务端的应答后也完成了工作。

客户端流式 RPC 也基本与我们的简单例子一样，区别在于客户端通过发送一个请求流给服务端，取代了原先发送的单个请求。服务端通常（但并不必须）会在接收到客户端所有的请求后发送回一个应答，其中附带有它的状态详情和可选的跟踪数据。

双向流式 RPC ，调用由客户端调用方法来初始化，而服务端则接收到客户端的元数据，方法名和截止时间。服务端可以选择发送回它的初始元数据或等待客户端发送请求。 下一步怎样发展取决于应用，因为客户端和服务端能在任意顺序上读写 - 这些流的操作是完全独立的。例如服务端可以一直等直到它接收到所有客户端的消息才写应答，或者服务端和客户端可以像"乒乓球"一样：服务端后得到一个请求就回送一个应答，接着客户端根据应答来发送另一个请求，以此类推。

通过运行下面的命令克隆并安装grpc-go代码库：

下载protobuf源码包

安装golang-protobuf

第一步使用 protocol buffers去定义 gRPC service 和方法 request 以及 response 的类型。

要定义一个服务，必须在.proto 文件中指定 service：

然后在服务中定义 rpc 方法，指定请求的和响应类型，gRPC 允许定义4种类型的 service 方法。

服务.proto文件如下所示：

什么是 RPC 框架?

RPC(Remote Procedure Call，即远程过程调用)是建立在Socket之上的，在一台机器上运行的主程序，可以调用另一台机器上准备好的子程序，就像LPC(本地过程调用)。也就是说两台服务器A，B，一个应用部署在A服务器上，想要调用B服务器上应用提供的函数/方法。

由于不在一个内存空间，不能直接调用，需要通过网络来表达调用的语义和传达调用的数据。对于RPC架构来说，应用越底层，代码越复杂、灵活性越高、效率越高；应用越上层，抽象封装的越好、代码越简单、效率越差。

RPC 框架注意事项

RPC 的调用通常为了方便使用，会被伪装成普通方法调用的形式。但实际二者之间存在巨大的差异，进程内的方法调用的时间量级是 ns（纳秒），而进程间的 RPC 方法调用时间量级通常是 ms（毫秒），它们之间差着 10 的六次方。

因此，微服务架构下，内部主服务链之间的 RPC 调用需要异步化，服务之间的调用请求和等待结果相互之间解耦。

主流的RPC框架有哪些？

RPC是远程过程调用的简称，广泛应用在大规模分布式应用中，作用是有助于系统的垂直拆分，使系统更易拓展。Java中的RPC框架比较多，各有特色，广泛使用的有RMI、Hessian、Dubbo等。RPC还有一个特点就是能够跨语言。

1、RMI（远程方法调用）

JAVA自带的远程方法调用工具，不过有一定的局限性，毕竟是JAVA语言最开始时的设计，后来很多框架的原理都基于RMI，RMI的使用如下：

对外接口

span style="font-size:12px;"public interface IService extends Remote {  

public String queryName(String no) throws RemoteException;  

}/span

服务实现

import java.rmi.RemoteException;  

import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;  

// 服务实现  

public class ServiceImpl extends UnicastRemoteObject implements IService {  

/** 

*/  

private static final long serialVersionUID = 682805210518738166L;  

/** 

* @throws RemoteException 

*/  

protected ServiceImpl() throws RemoteException {  

super();  

}  

/* (non-Javadoc) 

* @see com.suning.ebuy.wd.web.IService#queryName(java.lang.String) 

*/  

@Override  

public String queryName(String no) throws RemoteException {  

// 方法的具体实现  

System.out.println("hello" + no);  

return String.valueOf(System.currentTimeMillis());  

}  

}  

RMI客户端

[java] view plain copy

import java.rmi.AccessException;  

import java.rmi.NotBoundException;  

import java.rmi.RemoteException;  

import java.rmi.registry.LocateRegistry;  

import java.rmi.registry.Registry;  

// RMI客户端  

public class Client {  

public static void main(String[] args) {  

// 注册管理器  

Registry registry = null;  

try {  

// 获取服务注册管理器  

registry = LocateRegistry.getRegistry("127.0.0.1",8088);  

// 列出所有注册的服务  

String[] list = registry.list();  

for(String s : list){  

System.out.println(s);  

}  

} catch (RemoteException e) {  

}  

try {  

// 根据命名获取服务  

IService server = (IService) registry.lookup("vince");  

// 调用远程方法  

String result = server.queryName("ha ha ha ha");  

// 输出调用结果  

System.out.println("result from remote : " + result);  

} catch (AccessException e) {  

} catch (RemoteException e) {  

} catch (NotBoundException e) {  

}  

}  

}  

RMI服务端

[java] view plain copy

import java.rmi.RemoteException;  

import java.rmi.registry.LocateRegistry;  

import java.rmi.registry.Registry;  

// RMI服务端  

public class Server {  

public static void main(String[] args) {  

// 注册管理器  

Registry registry = null;  

try {  

// 创建一个服务注册管理器  

registry = LocateRegistry.createRegistry(8088);  

} catch (RemoteException e) {  

}  

try {  

// 创建一个服务  

ServiceImpl server = new ServiceImpl();  

// 将服务绑定命名  

registry.rebind("vince", server);  

System.out.println("bind server");  

} catch (RemoteException e) {  

}  

}  

}

2、Hessian（基于HTTP的远程方法调用）

基于HTTP协议传输，在性能方面还不够完美，负载均衡和失效转移依赖于应用的负载均衡器，Hessian的使用则与RMI类似，区别在于淡化了Registry的角色，通过显示的地址调用，利用HessianProxyFactory根据配置的地址create一个代理对象，另外还要引入Hessian的Jar包。

3、Dubbo（淘宝开源的基于TCP的RPC框架）

基于Netty的高性能RPC框架，是阿里巴巴开源的，总体原理如下：

rpc的实现机制是什么

RPC 的全称是 Remote Procedure Call 是一种进程间通信方式。它允许程序调用另一个地址空间（通常是共享网络的另一台机器上）的过程或函数，而不用程序员显式编码这个远程调用的细节。即无论是调用本地接口/服务的还是远程的接口/服务，本质上编写的调用代码基本相同。

比如两台服务器A，B，一个应用部署在A服务器上，想要调用B服务器上应用提供的函数或者方法，由于不在一个内存空间，不能直接调用，这时候需要通过就可以应用RPC框架的实现来解决。

RPC 会隐藏底层的通讯细节（不需要直接处理Socket通讯或Http通讯）

RPC 是一个请求响应模型。客户端发起请求，服务器返回响应（类似于Http的工作方式）

RPC 在使用形式上像调用本地函数（或方法）一样去调用远程的函数（或方法）。

二、常见RPC框架

几种比较典型的RPC的实现和调用框架。

（1）RMI实现，利用java.rmi包实现，基于Java远程方法协议(Java Remote Method Protocol)

和java的原生序列化。

（2）Hessian，是一个轻量级的remoting onhttp工具，使用简单的方法提供了RMI的功能。 基于HTTP协议，采用二进制编解码。

（3）THRIFT是一种可伸缩的跨语言服务的软件框架。thrift允许你定义一个描述文件，描述数据类型和服务接口。依据该文件，编译器方便地生成RPC客户端和服务器通信代码。

二、RPC框架实现原理

在RPC框架中主要有三个角色：Provider、Consumer和Registry。如下图所示：

RPC框架面试总结-RPC原理及实现

节点角色说明：

* Server: 暴露服务的服务提供方。

* Client: 调用远程服务的服务消费方。

* Registry: 服务注册与发现的注册中心。

三、RPC调用流程

RPC基本流程图：

RPC框架面试总结-RPC原理及实现

一次完整的RPC调用流程（同步调用，异步另说）如下：

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框架的目标就是要2~8这些步骤都封装起来，让用户对这些细节透明。

四、服务注册发现

RPC框架面试总结-RPC原理及实现

服务提供者启动后主动向注册中心注册机器ip、port以及提供的服务列表；

服务消费者启动时向注册中心获取服务提供方地址列表，可实现软负载均衡和Failover；

五、使用到的技术

1、动态代理

生成 client stub和server stub需要用到 Java 动态代理技术 ，我们可以使用JDK原生的动态代理机制，可以使用一些开源字节码工具框架 如：CgLib、Javassist等。

2、序列化

为了能在网络上传输和接收 Java对象，我们需要对它进行 序列化和反序列化操作。

* 序列化：将Java对象转换成byte[]的过程，也就是编码的过程；

* 反序列化：将byte[]转换成Java对象的过程；

可以使用Java原生的序列化机制，但是效率非常低，推荐使用一些开源的、成熟的序列化技术，例如：protobuf、Thrift、hessian、Kryo、Msgpack

关于序列化工具性能比较可以参考：jvm-serializers

3、NIO

当前很多RPC框架都直接基于netty这一IO通信框架，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Hadoop Avro，推荐使用Netty 作为底层通信框架。

4、服务注册中心

可选技术：

* Redis

* Zookeeper

* Consul

* Etcd