アリババのインタビュアー: RPC フレームワークを手書きで書いてください。
- Java后端技术全栈転載
- 2023-08-17 16:24:221126ブラウズ
面接官がよく尋ねる質問:
登録センターをどのように設計するか? メッセージ キューを設計するにはどうすればよいですか? 永続化フレームワークを設計するにはどうすればよいですか? RPC フレームワークを設計するにはどうすればよいですか? ......
今日は、「RPC 実装原則」について話しましょう (その他の関連トピック: XX の設計方法)シリーズ、Knowledge Planet に掲載されています)それでは、まず質問を明確にしましょう: RPC とは何ですか?
RPCとはRemote Procedure Callの略で、遠隔手続き呼び出しのことです。
#RPC はコンピュータ通信プロトコルです。このプロトコルを使用すると、開発者がこの対話を追加でプログラムすることなく、あるコンピュータ上で実行されているプログラムが別のコンピュータ上のサブルーチンを呼び出すことができます。 2 つ以上のアプリケーションが異なるサーバーに分散されており、アプリケーション間の呼び出しはローカル メソッド呼び出しに似ていることに注意してください。次に、RPC 呼び出しで何が起こるかを分析してみましょう。RPC 呼び出しの基本プロセス
提供されているものなど、業界で最も人気のある RPC フレームワークのいくつかby Dubbo インターフェイスベースのリモート メソッド呼び出しは、クライアントがリモート サービスを呼び出すためにインターフェイスの定義を知る必要があるだけであることを意味します。 Java では、インターフェイスはインスタンス メソッドを直接呼び出すことができません。この操作は実装クラス オブジェクトを通じて実行する必要があります。つまり、クライアントはこれらのインターフェイスのプロキシ オブジェクトを生成する必要があります。この目的のために、Java は動的プロキシを生成するための Proxy および InvocationHandler のサポートを提供します。プロキシ オブジェクトがある場合、それぞれの特定のメソッドはどのように呼び出されますか? JDK ダイナミック プロキシによって生成されたプロキシ オブジェクトが指定されたメソッドを呼び出すと、InvocationHandler で定義された #invoke メソッドが実際に実行され、リモート メソッドの呼び出しが完了して結果が取得されます。クライアントのことはさておき、振り返ってみると、RPC は 2 台のコンピュータ間の呼び出しです。本質的には 2 台のホスト間のネットワーク通信です。ネットワーク通信に関しては、シリアル化、逆シリアル化、エンコードとデコードなどが必要です。考慮する必要がある問題と同時に、実際、ほとんどのシステムはクラスター内にデプロイされています。複数のホスト/コンテナーが同じサービスを外部に提供します。クラスター内のノードの数が多い場合、サービス アドレスの管理も難しくなります。一般的には、各サービスノードがそのアドレスと提供するサービスリストを登録センターに登録し、登録センターがサービスリストを一元管理することで、いくつかの問題を解決し、クライアントに新しい機能を追加します。ジョブ、つまりサービス ディスカバリは、一般的に言えば、登録センターからリモート方式に対応するサービス リストを検索し、そこから特定の戦略に従ってサービス アドレスを選択して、ネットワーク通信を完了することです。
クライアントと登録センターについて説明した後、もう 1 つの重要な役割は当然サーバーです。サーバーの最も重要なタスクは、サービス インターフェイスの実際の実装を提供し、特定のポート上のネットワーク リクエストを監視することです。リクエストの後、対応するパラメータ (サービス インターフェイス、メソッド、リクエスト パラメータなど) がネットワーク リクエストから取得され、これらのパラメータに基づいて、リフレクションを通じてインターフェイスの実際の実装が呼び出され、結果が取得されます。対応する応答ストリームに書き込まれます。
要約すると、基本的な RPC 呼び出しプロセスは大まかに次のとおりです。
# #基本的な実装
サーバー (プロデューサー)
サービス インターフェイス:
RPC では、プロダクションの作成者とコンシューマー共通のサービス インターフェイス API を持っています。以下のようにHelloServiceインターフェースを定義します。
/**
* @Descrption 服务接口
***/
public interface HelloService {
String sayHello(String somebody);
}サービス実装:
プロデューサは、サービス インターフェイスの実装を提供し、HelloServiceImpl 実装クラスを作成する必要があります。
/**
* @Descrption 服务实现
***/
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
@Override
public String sayHello(String somebody) {
return "hello " + somebody + "!";
}
}サービス登録:
この例では、Spring を使用して Bean を管理し、カスタム XML とパーサーを使用してサービス実装クラスをコンテナにロードします (もちろん、カスタム アノテーションも使用できます) (ここでは説明しません) サービス インターフェイス情報を登録センターに登録します。
最初に XSD をカスタマイズします:
<xsd:element name="service">
<xsd:complexType>
<xsd:complexContent>
<xsd:extension base="beans:identifiedType">
<xsd:attribute name="interface" type="xsd:string" use="required"/>
<xsd:attribute name="timeout" type="xsd:int" use="required"/>
<xsd:attribute name="serverPort" type="xsd:int" use="required"/>
<xsd:attribute name="ref" type="xsd:string" use="required"/>
<xsd:attribute name="weight" type="xsd:int" use="optional"/>
<xsd:attribute name="workerThreads" type="xsd:int" use="optional"/>
<xsd:attribute name="appKey" type="xsd:string" use="required"/>
<xsd:attribute name="groupName" type="xsd:string" use="optional"/>
</xsd:extension>
</xsd:complexContent>
</xsd:complexType>
</xsd:element>スキーマと XSD、スキーマと対応するハンドラーのマッピングをそれぞれ指定します。
スキーマ:
http\://www.storm.com/schema/storm-service.xsd=META-INF/storm-service.xsd http\://www.storm.com/schema/storm-reference.xsd=META-INF/storm-reference.xsd
ハンドラー:
http\://www.storm.com/schema/storm-service=com.hsunfkqm.storm.framework.spring.StormServiceNamespaceHandler http\://www.storm.com/schema/storm-reference=com.hsunfkqm.storm.framework.spring.StormRemoteReferenceNamespaceHandler
書き込んだファイルをクラスパスの META-INF ディレクトリに置きます:
在 Spring 配置文件中配置服务类：
<!-- 发布远程服务 -->
<bean id="helloService" class="com.hsunfkqm.storm.framework.test.HelloServiceImpl"/>
<storm:service id="helloServiceRegister"
interface="com.hsunfkqm.storm.framework.test.HelloService"
ref="helloService"
groupName="default"
weight="2"
appKey="ares"
workerThreads="100"
serverPort="8081"
timeout="600"/>编写对应的 Handler 和 Parser：
StormServiceNamespaceHandler：
import org.springframework.beans.factory.xml.NamespaceHandlerSupport;
/**
* @author 孙浩
* @Descrption 服务发布自定义标签
***/
public class StormServiceNamespaceHandler extends NamespaceHandlerSupport {
@Override
public void init() {
registerBeanDefinitionParser("service", new ProviderFactoryBeanDefinitionParser());
}
}ProviderFactoryBeanDefinitionParser：
protected Class getBeanClass(Element element) {
return ProviderFactoryBean.class;
}
protected void doParse(Element element, BeanDefinitionBuilder bean) {
try {
String serviceItf = element.getAttribute("interface");
String serverPort = element.getAttribute("serverPort");
String ref = element.getAttribute("ref");
// ....
bean.addPropertyValue("serverPort", Integer.parseInt(serverPort));
bean.addPropertyValue("serviceItf", Class.forName(serviceItf));
bean.addPropertyReference("serviceObject", ref);
//...
if (NumberUtils.isNumber(weight)) {
bean.addPropertyValue("weight", Integer.parseInt(weight));
}
//...
} catch (Exception e) {
// ...
}
}ProviderFactoryBean：
/**
* @Descrption 服务发布
***/
public class ProviderFactoryBean implements FactoryBean, InitializingBean {
//服务接口
private Class<?> serviceItf;
//服务实现
private Object serviceObject;
//服务端口
private String serverPort;
//服务超时时间
private long timeout;
//服务代理对象，暂时没有用到
private Object serviceProxyObject;
//服务提供者唯一标识
private String appKey;
//服务分组组名
private String groupName = "default";
//服务提供者权重，默认为 1 , 范围为 [1-100]
private int weight = 1;
//服务端线程数，默认 10 个线程
private int workerThreads = 10;
@Override
public Object getObject() throws Exception {
return serviceProxyObject;
}
@Override
public Class<?> getObjectType() {
return serviceItf;
}
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
//启动 Netty 服务端
NettyServer.singleton().start(Integer.parseInt(serverPort));
//注册到 zk, 元数据注册中心
List<ProviderService> providerServiceList = buildProviderServiceInfos();
IRegisterCenter4Provider registerCenter4Provider = RegisterCenter.singleton();
registerCenter4Provider.registerProvider(providerServiceList);
}
}
//================RegisterCenter#registerProvider======================
@Override
public void registerProvider(final List<ProviderService> serviceMetaData) {
if (CollectionUtils.isEmpty(serviceMetaData)) {
return;
}
//连接 zk, 注册服务
synchronized (RegisterCenter.class) {
for (ProviderService provider : serviceMetaData) {
String serviceItfKey = provider.getServiceItf().getName();
List<ProviderService> providers = providerServiceMap.get(serviceItfKey);
if (providers == null) {
providers = Lists.newArrayList();
}
providers.add(provider);
providerServiceMap.put(serviceItfKey, providers);
}
if (zkClient == null) {
zkClient = new ZkClient(ZK_SERVICE, ZK_SESSION_TIME_OUT, ZK_CONNECTION_TIME_OUT, new SerializableSerializer());
}
//创建 ZK 命名空间/当前部署应用 APP 命名空间/
String APP_KEY = serviceMetaData.get(0).getAppKey();
String ZK_PATH = ROOT_PATH + "/" + APP_KEY;
boolean exist = zkClient.exists(ZK_PATH);
if (!exist) {
zkClient.createPersistent(ZK_PATH, true);
}
for (Map.Entry<String, List<ProviderService>> entry : providerServiceMap.entrySet()) {
//服务分组
String groupName = entry.getValue().get(0).getGroupName();
//创建服务提供者
String serviceNode = entry.getKey();
String servicePath = ZK_PATH + "/" + groupName + "/" + serviceNode + "/" + PROVIDER_TYPE;
exist = zkClient.exists(servicePath);
if (!exist) {
zkClient.createPersistent(servicePath, true);
}
//创建当前服务器节点
int serverPort = entry.getValue().get(0).getServerPort();//服务端口
int weight = entry.getValue().get(0).getWeight();//服务权重
int workerThreads = entry.getValue().get(0).getWorkerThreads();//服务工作线程
String localIp = IPHelper.localIp();
String currentServiceIpNode = servicePath + "/" + localIp + "|" + serverPort + "|" + weight + "|" + workerThreads + "|" + groupName;
exist = zkClient.exists(currentServiceIpNode);
if (!exist) {
//注意，这里创建的是临时节点
zkClient.createEphemeral(currentServiceIpNode);
}
//监听注册服务的变化，同时更新数据到本地缓存
zkClient.subscribeChildChanges(servicePath, new IZkChildListener() {
@Override
public void handleChildChange(String parentPath, List<String> currentChilds) throws Exception {
if (currentChilds == null) {
currentChilds = Lists.newArrayList();
}
//存活的服务 IP 列表
List<String> activityServiceIpList = Lists.newArrayList(Lists.transform(currentChilds, new Function<String, String>() {
@Override
public String apply(String input) {
return StringUtils.split(input, "|")[0];
}
}));
refreshActivityService(activityServiceIpList);
}
});
}
}
}至此服务实现类已被载入 Spring 容器中，且服务接口信息也注册到了注册中心。
网络通信：
作为生产者对外提供 RPC 服务，必须有一个网络程序来来监听请求和做出响应。在 Java 领域 Netty 是一款高性能的 NIO 通信框架，很多的框架的通信都是采用 Netty 来实现的，本例中也采用它当做通信服务器。
构建并启动 Netty 服务监听指定端口：
public void start(final int port) {
synchronized (NettyServer.class) {
if (bossGroup != null || workerGroup != null) {
return;
}
bossGroup = new NioEventLoopGroup();
workerGroup = new NioEventLoopGroup();
ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
serverBootstrap
.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.option(ChannelOption.SO_BACKLOG, 1024)
.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE, true)
.childOption(ChannelOption.TCP_NODELAY, true)
.handler(new LoggingHandler(LogLevel.INFO))
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) throws Exception {
//注册解码器 NettyDecoderHandler
ch.pipeline().addLast(new NettyDecoderHandler(StormRequest.class, serializeType));
//注册编码器 NettyEncoderHandler
ch.pipeline().addLast(new NettyEncoderHandler(serializeType));
//注册服务端业务逻辑处理器 NettyServerInvokeHandler
ch.pipeline().addLast(new NettyServerInvokeHandler());
}
});
try {
channel = serverBootstrap.bind(port).sync().channel();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}上面的代码中向 Netty 服务的 Pipeline 中添加了编解码和业务处理器，当接收到请求时，经过编解码后，真正处理业务的是业务处理器，即 NettyServerInvokeHandler，该处理器继承自 SimpleChannelInboundHandler，当数据读取完成将触发一个事件，并调用 NettyServerInvokeHandler#channelRead0 方法来处理请求。
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, StormRequest request) throws Exception {
if (ctx.channel().isWritable()) {
//从服务调用对象里获取服务提供者信息
ProviderService metaDataModel = request.getProviderService();
long consumeTimeOut = request.getInvokeTimeout();
final String methodName = request.getInvokedMethodName();
//根据方法名称定位到具体某一个服务提供者
String serviceKey = metaDataModel.getServiceItf().getName();
//获取限流工具类
int workerThread = metaDataModel.getWorkerThreads();
Semaphore semaphore = serviceKeySemaphoreMap.get(serviceKey);
if (semaphore == null) {
synchronized (serviceKeySemaphoreMap) {
semaphore = serviceKeySemaphoreMap.get(serviceKey);
if (semaphore == null) {
semaphore = new Semaphore(workerThread);
serviceKeySemaphoreMap.put(serviceKey, semaphore);
}
}
}
//获取注册中心服务
IRegisterCenter4Provider registerCenter4Provider = RegisterCenter.singleton();
List<ProviderService> localProviderCaches = registerCenter4Provider.getProviderServiceMap().get(serviceKey);
Object result = null;
boolean acquire = false;
try {
ProviderService localProviderCache = Collections2.filter(localProviderCaches, new Predicate<ProviderService>() {
@Override
public boolean apply(ProviderService input) {
return StringUtils.equals(input.getServiceMethod().getName(), methodName);
}
}).iterator().next();
Object serviceObject = localProviderCache.getServiceObject();
//利用反射发起服务调用
Method method = localProviderCache.getServiceMethod();
//利用 semaphore 实现限流
acquire = semaphore.tryAcquire(consumeTimeOut, TimeUnit.MILLISECONDS);
if (acquire) {
result = method.invoke(serviceObject, request.getArgs());
//System.out.println("---------------"+result);
}
} catch (Exception e) {
System.out.println(JSON.toJSONString(localProviderCaches) + " " + methodName+" "+e.getMessage());
result = e;
} finally {
if (acquire) {
semaphore.release();
}
}
//根据服务调用结果组装调用返回对象
StormResponse response = new StormResponse();
response.setInvokeTimeout(consumeTimeOut);
response.setUniqueKey(request.getUniqueKey());
response.setResult(result);
//将服务调用返回对象回写到消费端
ctx.writeAndFlush(response);
} else {
logger.error("------------channel closed!---------------");
}
}此处还有部分细节如自定义的编解码器等，篇幅所限不在此详述，继承 MessageToByteEncoder 和 ByteToMessageDecoder 覆写对应的 encode 和 decode 方法即可自定义编解码器，使用到的序列化工具如 Hessian/Proto 等可参考对应的官方文档。
请求和响应包装：
为便于封装请求和响应，定义两个 bean 来表示请求和响应。
请求：
/**
* @author 孙浩
* @Descrption
***/
public class StormRequest implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = -5196465012408804755L;
//UUID，唯一标识一次返回值
private String uniqueKey;
//服务提供者信息
private ProviderService providerService;
//调用的方法名称
private String invokedMethodName;
//传递参数
private Object[] args;
//消费端应用名
private String appName;
//消费请求超时时长
private long invokeTimeout;
// getter/setter
}响应：
/**
* @Descrption
***/
public class StormResponse implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 5785265307118147202L;
//UUID, 唯一标识一次返回值
private String uniqueKey;
//客户端指定的服务超时时间
private long invokeTimeout;
//接口调用返回的结果对象
private Object result;
//getter/setter
}客户端（消费者）
客户端（消费者）在 RPC 调用中主要是生成服务接口的代理对象，并从注册中心获取对应的服务列表发起网络请求。
客户端和服务端一样采用 Spring 来管理 bean 解析 XML 配置等不再赘述，重点看下以下几点：
1、通过 JDK 动态代理来生成引入服务接口的代理对象
public Object getProxy() {
return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class<?>[]{targetInterface}, this);
}2、从注册中心获取服务列表并依据某种策略选取其中一个服务节点
//服务接口名称 String serviceKey = targetInterface.getName(); //获取某个接口的服务提供者列表 IRegisterCenter4Invoker registerCenter4Consumer = RegisterCenter.singleton(); List<ProviderService> providerServices = registerCenter4Consumer.getServiceMetaDataMap4Consume().get(serviceKey); //根据软负载策略，从服务提供者列表选取本次调用的服务提供者 ClusterStrategy clusterStrategyService = ClusterEngine.queryClusterStrategy(clusterStrategy); ProviderService providerService = clusterStrategyService.select(providerServices);
3、通过 Netty 建立连接，发起网络请求
/**
* @author 孙浩
* @Descrption Netty 消费端 bean 代理工厂
***/
public class RevokerProxyBeanFactory implements InvocationHandler {
private ExecutorService fixedThreadPool = null;
//服务接口
private Class<?> targetInterface;
//超时时间
private int consumeTimeout;
//调用者线程数
private static int threadWorkerNumber = 10;
//负载均衡策略
private String clusterStrategy;
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
...
//复制一份服务提供者信息
ProviderService newProvider = providerService.copy();
//设置本次调用服务的方法以及接口
newProvider.setServiceMethod(method);
newProvider.setServiceItf(targetInterface);
//声明调用 AresRequest 对象，AresRequest 表示发起一次调用所包含的信息
final StormRequest request = new StormRequest();
//设置本次调用的唯一标识
request.setUniqueKey(UUID.randomUUID().toString() + "-" + Thread.currentThread().getId());
//设置本次调用的服务提供者信息
request.setProviderService(newProvider);
//设置本次调用的方法名称
request.setInvokedMethodName(method.getName());
//设置本次调用的方法参数信息
request.setArgs(args);
try {
//构建用来发起调用的线程池
if (fixedThreadPool == null) {
synchronized (RevokerProxyBeanFactory.class) {
if (null == fixedThreadPool) {
fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(threadWorkerNumber);
}
}
}
//根据服务提供者的 ip,port, 构建 InetSocketAddress 对象，标识服务提供者地址
String serverIp = request.getProviderService().getServerIp();
int serverPort = request.getProviderService().getServerPort();
InetSocketAddress inetSocketAddress = new InetSocketAddress(serverIp, serverPort);
//提交本次调用信息到线程池 fixedThreadPool, 发起调用
Future<StormResponse> responseFuture = fixedThreadPool.submit(RevokerServiceCallable.of(inetSocketAddress, request));
//获取调用的返回结果
StormResponse response = responseFuture.get(request.getInvokeTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS);
if (response != null) {
return response.getResult();
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
return null;
}
// ...
}Netty 的响应是异步的，为了在方法调用返回前获取到响应结果，需要将异步的结果同步化。
4、Netty 异步返回的结果存入阻塞队列
@Override
protected void channelRead0(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, StormResponse response) throws Exception {
//将 Netty 异步返回的结果存入阻塞队列，以便调用端同步获取
RevokerResponseHolder.putResultValue(response);
}5、请求发出后同步获取结果
//提交本次调用信息到线程池 fixedThreadPool, 发起调用
Future<StormResponse> responseFuture = fixedThreadPool.submit(RevokerServiceCallable.of(inetSocketAddress, request));
//获取调用的返回结果
StormResponse response = responseFuture.get(request.getInvokeTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS);
if (response != null) {
return response.getResult();
}
//===================================================
//从返回结果容器中获取返回结果，同时设置等待超时时间为 invokeTimeout
long invokeTimeout = request.getInvokeTimeout();
StormResponse response = RevokerResponseHolder.getValue(request.getUniqueKey(), invokeTimeout);测试
Server：
/**
* @Descrption
***/
public class MainServer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//发布服务
final ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("storm-server.xml");
System.out.println(" 服务发布完成");
}
}Client：
public class Client {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(Client.class);
public static void main(String[] args) throws Exception {
final ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("storm-client.xml");
final HelloService helloService = (HelloService) context.getBean("helloService");
String result = helloService.sayHello("World");
System.out.println(result);
for (;;) {
}
}
}结果
生产者：
消费者：
注册中心：
总结
本文简单介绍了 RPC 的整个流程，并实现了一个简单的 RPC 调用。希望阅读完本文之后，能加深你对 RPC 的一些认识。
生产者端流程：
サービス インターフェイスとキャッシュをロードします サービス登録、サービス インターフェイスとサービス ホスト情報を登録センターに書き込みます (この例では ZooKeeper を使用します) ネットワーク サーバーを起動し、 Reflection をリッスンし、ローカルで呼び出します
コンシューマ側プロセス:
プロキシ サービス インターフェイスはプロキシ オブジェクトを生成します サービス検出 (ZooKeeper に接続し、サービス アドレス リストを取得し、適切なサービスを取得します)クライアント ロード ポリシー アドレス) - #リモート メソッド呼び出し (この例では、Netty 経由でメッセージを送信し、応答結果を取得します)
以上がアリババのインタビュアー: RPC フレームワークを手書きで書いてください。の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。
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