一、什么是RPC
1.1 概念
RPC ( Remote Procedure Call )，顾名思义，是一种远程（网络）过程调用。先来看维基百科的解释，
In distributed computing, a remote procedure call (RPC) is when a computer program causes a procedure (subroutine) to execute in a different address space (commonly on another computer on a shared network), which is coded as if it were a normal (local) procedure call, without the programmer explicitly coding the details for the remote interaction.
在分布式系统中，远程过程调用（RPC）是指计算机程序使一个过程（子例程）在不同的地址空间（通常在共享网络上的另一台计算机上）中执行，这个调用过程就好像它是一个普通的（本地）过程调用一样，而不需要编程人员去考虑“远程”交互的细节。简单来说，RPC是一种跨服务器的「进程间通信」机制。
RPC是一种请求-响应协议。RPC由客户端启动，客户端向已知的远程服务器发送请求消息，使用提供的参数执行指定的过程，接着远程服务器向客户端发送响应。当服务器处理调用时，客户端线程将被阻塞（除非客户端向服务器发送的是一个异步请求，例如XMLHttpRequest，否则它将等待服务器完成处理后再恢复执行）。
1.2 现有的实现
RPC在不同的实现中有许多变化和微妙之处，导致了各种不同（不兼容）的RPC协议。
以字节跳动的这篇推送所言，与RPC相关的框架或实现有如下几个，笔者做了一个简单的整理，方便大家快速了解它们各自的含义，
- Dubbo：Apache Dubbo是一个高性能、基于Java的开源RPC框架（对Golang也有很好的支持）。
- SOAP：Simple Object Access Protocol，以XML作为数据传输的格式，是比较早期的跨应用或服务器资源共享方式。
- Thrift：Apache Thrift是由Facebook开源的一个跨平台、跨语言的RPC通信框架，也是目前最流行的RPC框架之一，更多信息可以参考这篇论文。
- gRPC：一个开源的高性能RPC框架，基于http/2双向传输。
- RESTful （REST）：RESTful不是一种框架，而是一套准则和约束，它的要求（特性）之一是无状态的（Stateless）。
一个RPC的核心是序列化协议和网络（传输协议） ，一个好的，定制化高的RPC实现应该做到如下几点，
- 支持多种序列化协议，如 Thrift、Protobuf、JSON。
- 支持多种网络协议，如 TCP、HTTP、HTTP/2。
SOFAStack（一个金融机分布式架构）认为，在RPC的两类核心协议中，序列化协议负责规定业务数据和二进制串的转换规则，而通讯层协议一般是和业务无关的，它的职责是将业务数据打包后，安全、完整的传输给接受方。这两种协议的关注点是不太一样的，对于一个 RPC 框架来说，通讯层协议一旦确定就很少变化，这要求它具备足够好的通用性和扩展性；而应用层协议理论上可以由业务自由选择，它更多的是关注编码的效率和跨语言等特性。
1.3 调用流程
根据阿里的这篇文章，一个基于TCP协议的RPC调用流程包含下面几个阶段，
- 调用方（Client）通过本地的 RPC 代理（Proxy）调用相应的接口
- 本地代理将 RPC 的服务名，方法名和参数等等信息转换成一个标准的 RPC Request 对象交给 RPC 框架
- RPC 框架采用 RPC 协议（RPC Protocol）将 RPC Request 对象序列化成二进制形式，然后通过 TCP 通道传递给服务提供方 （Server）
- 服务端（Server）收到二进制数据后，将它反序列化成 RPC Request 对象
- 服务端（Server）根据 RPC Request 中的信息找到本地对应的方法，传入参数执行，得到结果，并将结果封装成 RPC Response 交给 RPC 框架
- RPC 框架通过 RPC 协议（RPC Protocol）将 RPC Response 对象序列化成二进制形式，然后通过 TCP 通道传递给服务调用方（Client）
- 调用方（Client）收到二进制数据后，将它反序列化成 RPC Response 对象，并且将结果通过本地代理（Proxy）返回给业务代码
之所以把对象序列化为二进制结构，是因为TCP 通道里传输的数据只能是二进制的。另外，和TCP协议一样，RPC的数据也必须要分包（Packet）传输，之所以要有包，是因为二进制只完成 字节流（Stream）的传输，并不知道一次数据请求和响应的起始和结束，我们需要预先定义好包结构才能做解析。同时，我们也把包分为主体（body）和头部（header），分别包括请求的元信息和消息主体。
1.4 实现
在实现的过程中，需要注意以下细节，
- 大端序、小端序
TCP/IP 协议 RFC1700 里规定使用「大端」字节序作为网络字节序，所以，我们在开发网络通讯协议的时候操作 Buffer 都应该用大端序的 API，NodeJS对应的API是以 BE 结尾的。
- 避免Buffer碎片化
解决方案是预先分配一块较大的内存，为每一个Buffer分配不同的偏移量（offset），当内存写满时再把所有Buffer拼接成一个完整的Packet。
- 不同语言的底层数据类型不一致
JavaScript 的Number能够表达的整数范围是 -(2^53 - 1) ~ (2^53 - 1)，而 Java 里面的 Long 类型的范围是 -(2^64 - 1) ~ (2^64 - 1)，在遇到类似问题的时候要先在RPC协议的逻辑里处理好。
- 协议包的切分
网络传输过程中并不会按照我们定义的包（Packet）一个个传输，而可能一次收到多个包，或者一个包分多次收到。在实现时必须要做好包的拆分，在NodeJS里可以通过net启用socket的读写来完成这块逻辑。
以上就是这篇文章里讨论RPC的全部内容了。
二、什么是CGI
2.1 概念
先来看维基百科，
In computing, Common Gateway Interface (CGI) is an interface specification that enables web servers to execute an external program, typically to process user requests.
CGI是一套能够让web服务器去执行外部程序的接口规范，通常是用来处理用户的请求。当我们讨论CGI时，通常指的是CGI脚本或CGI程序，即CGI的本质就是一个可执行程序。
根据某百度工程师的这篇文章，我们可以把CGI，Common Gateway Interface三个单词各做拆分，分别理解每个词代表的含义，
- Common，通用，CGI程序应该可以由任何语言来编写，或者说，所有支持标准输出，支持获取环境变量的编程语言都能用来编写CGI程序。
- Gateway，网关，更形象的叫法是“协议翻译机”。通常，网关的输入输出两端使用的是不同的协议。即一方是HTTP协议，另一方可能是其他协议，比如企业内部的自定义协议，CGI程序既是如此。
- Interface，接口，用户可以直接通过浏览器的http请求作为接口的输入，比如某个URL（
www.example.com/cgi-bin/helloworld.cgi），Web服务器调用helloworld.cgi之前，会把各类HTTP请求中的信息以环境变量的方式写入OS。除环境变量外，另外一个CGI程序获取数据的方式就是标准输入（stdin） ，假设以post方法请求一个CGI的URL，那么POST的数据，CGI是通过标准输入来获取到的。
那么输出呢？CGI的输出其实就是编程语言提供的标准输出，因为编程语言可以动态地获得一些信息，再把这些信息转换成字符串，所以CGI可以直接（动态地）返回一个html页面内容。根据这篇文章所言，CGI技术是上个世纪90年代最通用的动态渲染服务端内容（ dynamically rendered server-side content） 的方式。
举个例子，下面就是一个用Bash写的简答的CGI脚本，
#!/usr/bin/bash
echo "Content-type: text/html"
echo ""
echo '<html>'
echo ' <body>'
echo ' <p>The time is: '
# Prints current date/time to STDOUT:
date
echo ' </p>'
echo ' <p>Your HTTP user agent is:'
# A CGI-enabled server will set this ENV var at runtime:
echo $HTTP_USER_AGENT
echo ' </p>'
echo ' </body>'
echo '</html>'
exit 0
可以看到，CGI的输出包括了Html页面的响应头和消息主体，直接在字符串里写html标签就好了。
2.2 缺陷
CGI脚本也有一些硬伤，下面这段话直接摘自上文引用的文章，
每次HTTP请求CGI，Web服务器都有启动一个新的进程去执行这个CGI程序，即颇具Unix特色的fork-and-execute。当用户请求量大的时候，这个fork-and-execute的操作会严重拖慢Web服务器的性能。
时势造英雄，FastCGI（简称FCGI）技术应运而生。简单来说，其本质就是一个常驻内存的进程池技术，由调度器负责将传递过来的CGI请求发送给处理CGI的handler进程来处理。在一个请求处理完成之后，该处理进程不销毁，继续等待下一个请求的到来。
另外，CGI程序还有一不大不小的缺陷，缺乏URL路由的功能，基本上一个CGI都是独立提供给外界访问，一个CGI就是独立的可执行程序。（然而实际上也能通过一些方法来达到路由的效果）
2.3 现状
CGI其实是一个比较古老的概念，在Restful风格API的出现，让CGI获得了续命。CGI解析前端请求，再转发给对应后端；然后从后端取回数据，给前端返回XML或JSON。
在字节镜像计划的《复杂生产环境的前后端数据高效交互方案-CGI》这篇直播分享中，讲了下面几点，
- CGI提供了一整套面向RPC微服务架构的、实现GraphQL规范的、开发友好的轻量级网关中台。
- 后端在CGI注册服务，前端申请介入后，网关提供地址，供前端应用调用后端接口。
- 前端直接调用RPC的问题是，必须经过一层Node Server，这就造成了一些资源浪费，每一个前端的服务都启一个Node Server的话会造成大量浪费。
可以看出，CGI可以作为前后端的中间层，作为一个公共的网关层，这个网关层是所有Node层的集合，降低了前端开发的复杂度（不用关心后端），同时充分利用了服务器资源（在网关层实现调度）。
三、什么是GraphQL
GraphQL是一种API查询语言，提出的目的之一是替代RESTful的设计方案。
GraphQL 是一种针对 Graph（图状数据）进行查询特别有优势的 Query Language（查询语言），适合大规模复杂数据的查询（换句话说，简单的查询依然使用RESTful的风格就可以了）。
根据这个知乎高赞回答，一个人要在 Facebook （或其他社交平台）上打开我的页面查看我的信息，你需要请求如下信息：
我的名字
我的头像
我的好友（按他们跟你的亲疏程度排序取前 6）：
- 好友 1 的名字、头像及链接
- 好友 2 的名字、头像及链接
- ……
我的照片（按时间倒序排序取前 6）：
- 照片 1 及其链接
- 照片 2 及其链接
- ……
我的帖子（按时间倒序排序）：
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- - ……
- ……
如果我们用常见的 RESTful API 涉及，每个 API 负责请求一种类型的对象，例如用户是一个类型，帖子是另一个类型，那就需要非常多个请求才能把这个页面所需的所有数据拿回来。如果我们想查询一些没有直接定义好接口的数据，在不涉及后端改动的前提下，就需要前端自己通过现有的查询方式，再做一些适配来解决，这在复杂多变的场景下对前端工程师的心智是一个极大的考验。
所以，我们需要通过GraphQL来解决复杂查询的问题。
举个例子，如果前端希望返回一个 ID 为 233 的用户的名称和性别，并查找这个用户的前十个好友的名字和 Email，再找到这个人父亲的电话，和这个父亲的狗的名字，那么我们可以通过 GraphQL 的一次 query 拿到全部信息，无需从好几个异步 API 里面来回找：
query {
user (id : "233") {
name
gender
friend (first: 10) {
name
email
}
father {
telephone
dog {
name
}
}
}
}
由于GraphQL本身是一种查询语言规范，所以这个查询是完全自适配的，前端可以按照自己的需求自定义查询的内容。
那么，这个GraphQL与我们前面所说的RPC、CGI有什么关系呢？有下面几点，同样出自上面的直播分享，
- GraphQL是文档化的，便于在IDL（比如RPC thrift文件）和gql query字符串之间做转换
- GraphQL可以让接口的实现逻辑与前端解耦（通过CGI），前端可以按需获取返回值
- GraphQL还支持原生接口的聚合，可以一次请求访问多个接口
以上就是这篇文章关于GraphQL的全部内容了。
读完这些，你对“复杂生产环境的前后端数据高效交互方案”是不是有了更多的理解呢～
