这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第5篇笔记。

一、基本概念

RPC(Remote Procedure Call，远程过程调用)是一种计算机通信协议，允许调用不同进程空间的程序。RPC 的客户端和服务器可以在一台机器上，也可以在不同的机器上。程序员使用时，就像调用本地程序一样，无需关注内部的实现细节。

1. 远程函数调用（RPC -Remote Procedure Calls）

   • 函数映射
   • 数据转换成字节流
   • 网络传输

2. RPC完整过程

   1. IDL文件（如Thrift，Protobuf）：

      通过中立的方式描述接口，使不同平台上运行的对象和用不同语言编写的程序可以相互通信

   2. 生成代码：

      通过相应的编译工具把IDL文件转换成语言对应的静态库

   3. 编解码：

      从内存中表示转换到字节序列称为编码，反之为解码，也可以叫做序列化和反序列化。

   4. 通信协议：

      规范数据在网络中的传输内容和格式。除了必需的请求/响应数据外，通常包含额外的元数据。

   5. 网络传输：

      通常基于成熟的TCP/UDP传输

3. RPC优点

   • 单一职责，有利于分工协作和运维开发
   • 可扩展性强，资源使用率更优
   • 故障隔离，服务的整体可靠性更高

4. RPC缺点（RPC框架处理）

   • 被调用服务宕机，调用方怎么处理
   • 调用过程中发生网络异常，如何保证消息可达
   • 请求量突增导致服务无法及时处理

二、分层设计

1. 编解码层

   • 数据格式

     • 语言特定格式

       如Java的java.io.Serializable

     • 文本格式

       JSON、XML、CSV等，可读性强

     • 二进制编码

       跨语言、高性能。如Protobuf和Thrift的BinaryProtocol

   • 二进制编码

     • TLV编码（Tag、Lenght是额外开销）：

       Tag：标签/类型

       Lenght：长度

       Value：值，可嵌套TLV

   • 选型

     • 兼容性

       支持自动增加新的字段，而不影响旧服务

     • 通用性

       支持跨平台和语言

     • 性能

       编码后数据大小和编码耗费时间

2. 协议层

   • 概念：

     • 特殊结束符

       一个特殊字符作为每个协议单元结束的标示

     • 变长协议：

       以定长加不定长的部分组成，其中定长的部分需要描述不定长的内容长度

   • 协议构造：（Apache　Thrift为例）

     • LENGTH：数据包大小，不包括本身
     • HEADER　MAGIC：标识版本信息
     • SEQUENCE　NUMBER：表示数据包ｓｅｑＩＤ，用于多路复用，但连接内递增
     • HEADER　SIXE：头部长度，从第１４个字节计算到PAYLOAD前
     • PROTOCOL　ID：编解码方式
     • TRANSFORM ID：压缩方式
     • INFO ID：传递定制ｍｅｔａ信息
     • PAYLOAD：消息体

   • 协议解析

3. 网络通信层

   • Sockets　API

   • 网络库：

     • 提供简单易用API：

       • 封装底层Socket API
       • 连接管理和事件分发

     • 功能：

       • 协议支持：tcp、udp和uds等
       • 优雅退出、异常处理等

     • 性能：

       • 应用层buffer减少copy
       • 高性能定时器、对象池等

三、关键指标

• 稳定性：

  • 保障策略：

    • 熔断：

      保护调用方，防止被调用的服务出现问题而影响整个链路

    • 限流：

      保护被调用方，防止大流量压垮服务

    • 超时控制：

      避免浪费资源在不可用节点上

  • 请求成功率：

    • 负载均衡
    • 重试

  • 长尾请求（明显高于平均响应时间的小部分请求）：

    备份请求

  • 注册中间件：

• 易用性：

  • 开箱即用：

    • 提供合理的默认参数
    • 文档丰富

  • 周边工具：

    • 生成代码工具、脚手架工具

• 扩展性：

  • 中间件
  • 参数
  • 编解码层
  • 协议层
  • 网络协议层
  • 代码生成工具插件扩展

• 观测性：

  • Log、Metric、Tracing
  • 内置观测性服务

• 高性能：

  • 场景：

    • 单机多机
    • 但连接多连接
    • 单/多client 单/多server
    • 不同大小的请求包
    • 不同请求类型

  • 目标：

    • 高吞吐
    • 低延迟

  • 手段：

    • 连接池
    • 多路复用
    • 高性能编解码协议
    • 高性能网络库

四、RPC与基于HTTP的Restful API对比

• Restful API 有相对统一的标准，因而更通用，兼容性更好，支持不同的语言。HTTP 协议是基于文本的，一般具备更好的可读性。
• Restful 接口需要额外的定义，无论是客户端还是服务端，都需要额外的代码来处理，而 RPC 调用则更接近于直接调用。
• 基于 HTTP 协议的 Restful 报文冗余，承载了过多的无效信息，而 RPC 通常使用自定义的协议格式，减少冗余报文。
• RPC 可以采用更高效的序列化协议，将文本转为二进制传输，获得更高的性能。
• 因为 RPC 的灵活性，所以更容易扩展和集成诸如注册中心、负载均衡等功能。