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node中如何实现RPC通信

本篇内容主要讲解“node中如何实现RPC通信”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让小编来带大家学习“node中如何实现RPC通信”吧!

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什么是RPC？

RPC：Remote Procedure Call(远程过程调用)是指远程过程调用，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。

服务器和服务器之间的通信

RPC vs HTTP

相同点

  • 都是两台计算机之间的网络通信。ajax是浏览器和服务器之间的通行，RPC是服务器与服务器之间的通行

  • 需要双方约定一个数据格式

不同点

  • 寻址服务器不同

ajax 是使用 DNS作为寻址服务获取域名所对应的ip地址，浏览器拿到ip地址之后发送请求获取数据。

RPC一般是在内网里面相互请求，所以它一般不用DNS做寻址服务。因为在内网，所以可以使用规定的id或者一个虚拟vip，比如v5:8001，然后到寻址服务器获取v5所对应的ip地址。

  • 应用层协议不同

ajax使用http协议，它是一个文本协议，我们交互数据的时候文件格式要么是html，要么是json对象，使用json的时候就是key-value的形式。

RPC采用二进制协议。采用二进制传输，它传输的包是这样子的[0001 0001 0111 0110 0010]，里面都是二进制，一般采用那几位表示一个字段，比如前6位是一个字段，依次类推。

这样就不需要http传输json对象里面的key，所以有更小的数据体积。

因为传输的是二进制，更适合于计算机来理解，文本协议更适合人类理解，所以计算机去解读各个字段的耗时是比文本协议少很多的。

RPC采用二进制有更小的数据体积，及更快的解读速度。

  • TCP通讯方式

  • 单工通信：只能客户端给服务端发消息，或者只能服务端给客户端发消息

  • 半双工通信：在某个时间段内只能客户端给服务端发消息，过了这个时间段服务端可以给客户端发消息。如果把时间分成很多时间片，在一个时间片内就属于单工通信

  • 全双工通信：客户端和服务端能相互通信

选择这三种通信方式的哪一种主要考虑的因素是：实现难度和成本。全双工通信是要比半双工通信的成本要高的，在某些场景下还是可以考虑使用半双工通信。

ajax是一种半双工通信。http是文本协议，但是它底层是tcp协议，http文本在tcp这一层会经历从二进制数据流到文本的转换过程。

理解RPC只是在更深入地理解前端技术。

buffer编解码二进制数据包

创建buffer

buffer.from: 从已有的数据创建二进制

const buffer1 = Buffer.from('geekbang')
const buffer2 = Buffer.from([0, 1, 2, 3, 4])

buffer.alloc: 创建一个空的二进制

const buffer3 = Buffer.alloc(20)

往buffer里面写东西

  • buffer.write(string, offset): 写入字符串

  • buffer.writeInt8(value, offset): int8表示二进制8位(8位表示一个字节)所能表示的整数，offset开始写入之前要跳过的字节数。

  • buffer.writeInt16BE(value, offset): int16(两个字节数)，表示16个二进制位所能表示的整数，即32767。超过这个数程序会报错。

const buffer = Buffer.from([1, 2, 3, 4]) // 

// 往第二个字节里面写入12
buffer.writeInt8(12, 1) // 

大端BE与小端LE：主要是对于2个以上字节的数据排列方式不同(writeInt8因为只有一个字节，所以没有大端和小端)，大端的话就是低位地址放高位，小端就是低位地址放低位。如下：

const buffer = Buffer.from([1, 2, 3, 4])

buffer.writeInt16BE(512, 2) // 
buffer.writeInt16LE(512, 2) // 

RPC传输的二进制如何表示传递的字段

PC传输的二进制是如何表示字段的呢？现在有个二进制包[00, 00, 00, 00, 00, 00, 00]，我们假定前三个字节表示一个字段值，后面两个表示一个字段的值，最后两个也表示一个字段的值。那写法如下：

writeInt16BE(value, 0)
writeInt16BE(value, 2)
writeInt16BE(value, 4)

发现像这样写，不仅要知道写入的值，还要知道值的数据类型，这样就很麻烦。不如json格式那么方便。针对这种情况业界也有解决方案。npm有个库protocol-buffers，把我们写的参数转化为buffer：

// test.proto 定义的协议文件
message Column {
  required float num  = 1;
  required string payload = 2;
}
// index.js
const fs = require('fs')
var protobuf = require('protocol-buffers')
var messages = protobuf(fs.readFileSync('test.proto'))

var buf = messages.Column.encode({
	num: 42,
	payload: 'hello world'
})
console.log(buf)
// 

var obj = messages.Column.decode(buf)
console.log(obj)
// { num: 42, payload: 'hello world' }

net建立RPC通道

半双工通信

服务端代码:

const net = require('net')

const LESSON_DATA = {
  136797: '01 | 课程介绍',
  136798: '02 | 内容综述',
  136799: '03 | Node.js是什么？',
  136800: '04 | Node.js可以用来做什么？',
  136801: '05 | 课程实战项目介绍',
  136803: '06 | 什么是技术预研？',
  136804: '07 | Node.js开发环境安装',
  136806: '08 | 第一个Node.js程序：石头剪刀布游戏',
  136807: '09 | 模块：CommonJS规范',
  136808: '10 | 模块：使用模块规范改造石头剪刀布游戏',
  136809: '11 | 模块：npm',
  141994: '12 | 模块：Node.js内置模块',
  143517: '13 | 异步：非阻塞I/O',
  143557: '14 | 异步：异步编程之callback',
  143564: '15 | 异步：事件循环',
  143644: '16 | 异步：异步编程之Promise',
  146470: '17 | 异步：异步编程之async/await',
  146569: '18 | HTTP：什么是HTTP服务器？',
  146582: '19 | HTTP：简单实现一个HTTP服务器'
}

const server = net.createServer(socket => {
  // 监听客户端发送的消息
  socket.on('data', buffer => {
    const lessonId = buffer.readInt32BE()
    setTimeout(() => {
      // 往客户端发送消息
      socket.write(LESSON_DATA[lessonId])
    }, 1000)
  })
})

server.listen(4000)

客户端代码:

const net = require('net')

const socket = new net.Socket({})

const LESSON_IDS = [
  '136797',
  '136798',
  '136799',
  '136800',
  '136801',
  '136803',
  '136804',
  '136806',
  '136807',
  '136808',
  '136809',
  '141994',
  '143517',
  '143557',
  '143564',
  '143644',
  '146470',
  '146569',
  '146582'
]

socket.connect({
  host: '127.0.0.1',
  port: 4000
})

let buffer = Buffer.alloc(4)
buffer.writeInt32BE(LESSON_IDS[Math.floor(Math.random() * LESSON_IDS.length)])

// 往服务端发送消息
socket.write(buffer)

// 监听从服务端传回的消息
socket.on('data', buffer => {
  console.log(buffer.toString())

  // 获取到数据之后再次发送消息
  buffer = Buffer.alloc(4)
  buffer.writeInt32BE(LESSON_IDS[Math.floor(Math.random() * LESSON_IDS.length)])

  socket.write(buffer)
})

以上半双工通信步骤如下：

  • 客户端发送消息 socket.write(buffer)

  • 服务端接受消息后往客户端发送消息 socket.write(buffer)

  • 客户端接受消息后再次发送消息

这样在一个时间端之内，只有一个端往另一个端发送消息，这样就实现了半双工通信。那如何实现全双工通信呢，也就是在客户端往服务端发送消息的同时，服务端还没有消息返回给客户端之前，客户端又发送了一个消息给服务端。

全双工通信

先来看一个场景:

node中如何实现RPC通信

客户端发送了一个id1的请求，但是服务端还来不及返回，接着客户端又发送了一个id2的请求。

等了一个之后，服务端先把id2的结果返回了，然后再把id1的结果返回。

那如何结果匹配到对应的请求上呢？

如果按照时间顺序，那么id1的请求对应了id2的结果，因为id2是先返回的；id2的请求对应了id1的结果，这样就导致请求包和返回包错位的情况。

怎么办呢？

我们可以给请求包和返回包都带上序号，这样就能对应上。

错位处理

客户端代码:

socket.on('data', buffer => {
  // 包序号
  const seqBuffer = buffer.slice(0, 2)
  // 服务端返回的内容
  const titleBuffer = buffer.slice(2)
    
  console.log(seqBuffer.readInt16BE(), titleBuffer.toString())
})

// 包序号
let seq = 0
function encode(index) {
  // 请求包的长度现在是6 = 2(包序号) + 4(课程id)
  buffer = Buffer.alloc(6)
  buffer.writeInt16BE(seq)
  buffer.writeInt32BE(LESSON_IDS[index], 2)

  seq++
  return buffer
}

// 每50ms发送一次请求
setInterval(() => {
  id = Math.floor(Math.random() * LESSON_IDS.length)
  socket.write(encode(id))
}, 50)

服务端代码:

const server = net.createServer(socket => {
  socket.on('data', buffer => {
    // 把包序号取出
    const seqBuffer = buffer.slice(0, 2)
    // 从第2个字节开始读取
    const lessonId = buffer.readInt32BE(2)
    setTimeout(() => {
      const buffer = Buffer.concat([
        seqBuffer,
        Buffer.from(LESSON_DATA[lessonId])
      ])
      socket.write(buffer)
      // 这里返回时间采用随机的，这样就不会按顺序返回，就可以测试错位的情况
    }, 10 + Math.random() * 1000)
  })
})

  • 客户端把包序号和对应的id给服务端

  • 服务端取出包序号和对应的id，然后把包序号和id对应的内容返回给客户端，同时设置返回的时间是随机的，这样就不会按照顺序返回。

粘包处理

如果我们这样发送请求:

for (let i = 0; i < 100; i++) {
  id = Math.floor(Math.random() * LESSON_IDS.length)
  socket.write(encode(id))
}

我们发现服务端接收到的信息如下:

这是因为TCP自己做的一个优化，它会把所有的请求包拼接在一起，这样就会产生粘包的现象。

服务端需要把包进行拆分，拆分成100个小包。

那如何拆分呢？

首先客户端发送的数据包包括两部分：定长的包头和不定长的包体。

包头又分为两部分：包序号及包体的长度。只有知道包体的长度，才能知道从哪里进行分割。

let seq = 0
function encode(data) {
    // 正常情况下，这里应该是使用 protocol-buffers 来encode一段代表业务数据的数据包
    // 为了不要混淆重点，这个例子比较简单，就直接把课程id转buffer发送
    const body = Buffer.alloc(4);
    body.writeInt32BE(LESSON_IDS[data.id]);

    // 一般来说，一个rpc调用的数据包会分为定长的包头和不定长的包体两部分
    // 包头的作用就是用来记载包的序号和包的长度，以实现全双工通信
    const header = Buffer.alloc(6); // 包序号占2个字节，包体长度占4个字节，共6个字节
    header.writeInt16BE(seq)
    header.writeInt32BE(body.length, 2);

    // 包头和包体拼起来发送
    const buffer = Buffer.concat([header, body])

    console.log(`包${seq}传输的课程id为${LESSON_IDS[data.id]}`);
    seq++;
    return buffer;
}

// 并发
for (let i = 0; i < 100; i++) {
    id = Math.floor(Math.random() * LESSON_IDS.length)
    socket.write(encode({ id }))
}

服务端进行拆包

const server = net.createServer(socket => {
  let oldBuffer = null
  socket.on('data', buffer => {
    // 把上一次data事件使用残余的buffer接上来
    if (oldBuffer) {
      buffer = Buffer.concat([oldBuffer, buffer])
    }
    let packageLength = 0
    // 只要还存在可以解成完整包的包长
    while ((packageLength = checkComplete(buffer))) {
      // 确定包的长度后进行slice分割
      const package = buffer.slice(0, packageLength)
      // 剩余的包利用循环继续分割
      buffer = buffer.slice(packageLength)

      // 把这个包解成数据和seq
      const result = decode(package)

      // 计算得到要返回的结果，并write返回
      socket.write(encode(LESSON_DATA[result.data], result.seq))
    }

    // 把残余的buffer记下来
    oldBuffer = buffer
  })
})

checkComplete 函数的作用来确定一个数据包的长度，然后进行分割:

function checkComplete(buffer) {
  // 如果包的长度小于6个字节说明只有包头，没有包体，那么直接返回0
  if (buffer.length <= 6) {
    return 0
  }
  // 读取包头的第二个字节，取出包体的长度
  const bodyLength = buffer.readInt32BE(2)
  // 请求包包括包头(6个字节)和包体body
  return 6 + bodyLength
}

decode对包进行解密:

function decode(buffer) {
  // 读取包头
  const header = buffer.slice(0, 6)
  const seq = header.readInt16BE()
    
  // 读取包体  
  // 正常情况下，这里应该是使用 protobuf 来decode一段代表业务数据的数据包
  // 为了不要混淆重点，这个例子比较简单，就直接读一个Int32即可
  const body = buffer.slice(6).readInt32BE()

  // 这里把seq和数据返回出去
  return {
    seq,
    data: body
  }
}

encode把客户端想要的数据转化为二进制返回，这个包同样包括包头和包体，包头又包括包需要包序号和包体的长度。

function encode(data, seq) {
  // 正常情况下，这里应该是使用 protobuf 来encode一段代表业务数据的数据包
  // 为了不要混淆重点，这个例子比较简单，就直接把课程标题转buffer返回
  const body = Buffer.from(data)

  // 一般来说，一个rpc调用的数据包会分为定长的包头和不定长的包体两部分
  // 包头的作用就是用来记载包的序号和包的长度，以实现全双工通信
  const header = Buffer.alloc(6)
  header.writeInt16BE(seq)
  header.writeInt32BE(body.length, 2)

  const buffer = Buffer.concat([header, body])

  return buffer
}

当客户端收到服务端发送的包之后，同样也要进行拆包，因为所有的包同样都粘在一起了:

 

因此，客户端也需要拆包，拆包策略与服务端的拆包策略是一致的:

let oldBuffer = null
socket.on('data', buffer => {
  // 把上一次data事件使用残余的buffer接上来
  if (oldBuffer) {
    buffer = Buffer.concat([oldBuffer, buffer])
  }
  let completeLength = 0

  // 只要还存在可以解成完整包的包长
  while ((completeLength = checkComplete(buffer))) {
    const package = buffer.slice(0, completeLength)
    buffer = buffer.slice(completeLength)

    // 把这个包解成数据和seq
    const result = decode(package)
    console.log(`包${result.seq}，返回值是${result.data}`)
  }

  // 把残余的buffer记下来
  oldBuffer = buffer
})

到这里就实现了双全工通行，这样客户端和服务端随时都可以往对方发小消息了。

到此，相信大家对“node中如何实现RPC通信”有了更深的了解，不妨来实际操作一番吧！这里是创新互联网站，更多相关内容可以进入相关频道进行查询，关注我们，继续学习！


当前文章：node中如何实现RPC通信
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