这次我设计了一款TPS百万级别的分布式、高性能、可扩展的RPC框架

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这次我设计了一款TPS百万级别的分布式、高性能、可扩展的RPC框架

作者:冰河

博客地址:binghe001.github.io

大家好,我是冰河~~

没错,这次冰河又要搞事情了,这次准备下手的是RPC框架项目。为什么要对RPC框架项目下手呢,因为在如今分布式、微服务乃至云原生不断发展的过程中,RPC作为底层必不可少的通信组件,被广泛应用在分布式、微服务和云原生项目中。

为啥要开发RPC框架

事情是这样的,在开发这个RPC框架之前,我花费了不少时间算是对Dubbo框架彻底研究透彻了。

冰河在撸透了Dubbo2.x和Dubbo3.x的源码之后,本来想给大家写一个Dubbo源码解析的专栏。为此,我其实私下准备了一个多月:画流程图、分析源码、写测试Demo,自己在看Dubbo源码时,也为Dubbo源码添加了非常详细的注释。这里,就包含Dubbo2.x和Dubbo3.x的源码。

当我就这么熬夜肝文一个多月后,突然发现一个问题:Dubbo经过多年不断的迭代开发,它的源码已经非常多了,如果以文章的形式将Dubbo的源码面面俱到的分析到位,那还不知道要写到何年何月去了。当我写文章分析Dubbo的最新版本3.x时,可能写到专栏的中后期Dubbo已经更新到4.x、5.x,设置有可能是6.x、7.x了。

与其这么费劲吧咧的分析源码,还不如从零开始带着大家一起手撸一个能够在实际生产环境使用的、分布式、高性能、可扩展的RPC框架。这样,大家也能够直观的感受到一个能够在实际场景使用的RPC框架是如何一步步开发出来的。

相信大家在学完《RPC手撸专栏》后,自己再去看Dubbo源码的话,就相对来说简单多了。你说是不是这样的呢?

你能学到什么?

既然是整个专栏的开篇嘛,肯定是要告诉你在这个专栏中能够学习到哪些实用的技术的。这里,我就画一张图来直观的告诉你在《RPC手撸专栏》能够学到哪些技术吧。

《RPC手撸专栏》整体框架技术全貌如图所示,加入星球后与冰河一起从零实现它,搞定它,当你紧跟冰河节奏搞定这个RPC框架后,你会发现:什么Dubbo、什么gRPC、什么BRPC、什么Hessian、什么Tars、什么Thrift、什么motan、什么hprose等等等等,市面上主流的RPC框架,对你来说就都不叫事儿了,跟紧冰河的节奏,你可以的。

相信小伙伴们看到《RPC手撸专栏》涉及到的知识点,应该能够了解到咱们这个从零开始的《RPC手撸专栏》还是比较硬核的吧?

另外,咱这RPC项目支持同步调用、异步调用、回调和单向调用。

  • 同步调用

  • 异步调用

  • 回调

  • 单向调用

对,没错,咱们《RPC手撸专栏》最终实现的RPC框架的定位就是尽量可以在实际环境使用。通过这个专栏的学习,让大家深入了解到能够在实际场景使用的RPC框架是如何一步步开发出来的。

代码结构

我将这个bhrpc项目的定位为可在实际场景使用的、分布式、高性能、可扩展的RPC框架,目前总体上已经开发并完善的功能达到60+个子项目,大家看图吧。

项目大量使用了对标Dubbo的自定义SPI技术实现高度可扩展性,各位小伙伴可以根据自己的需要,按照SPI的设计要求添加自己实现的自定义插件。

演示效果

说了那么多,咱们一起来看看这个RPC框架的使用效果吧,因为咱们这个RPC框架支持的调用方式有:原生RPC调用、整合Spring(XML/注解)、整合SpringBoot、整合SpringCloud、整合SpringCloud Alibaba,整合Docker和整合K8S七种使用方式。

这里,咱们就以 整合Spring注解的方式 来给大家演示下这个RPC框架。

RPC核心注解说明

为了让大家更好的了解这个RPC框架,我先给大家看下RPC框架的两个核心注解,一个是RPC的服务提供者注解@RpcService,一个是RPC的服务调用者注解@RpcReference

(1)服务提供者注解@RpcService的核心源码如下所示。

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description bhrpc服务提供者注解
 */
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Component
public @interface RpcService {

    /**
     * 接口的Class
     */
    Class<?> interfaceClass() default void.class;

    /**
     * 接口的ClassName
     */
    String interfaceClassName() default "";

    /**
     * 版本号
     */
    String version() default "1.0.0";

    /**
     * 服务分组,默认为空
     */
    String group() default "";

    /**
     * 延迟发布,预留
     */
    int delay() default 0;

    /**
     * 是否导出rpc服务,预留
     */
    boolean export() default true;
}
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(2)服务调用者注解@RpcReference的核心源码如下所示。

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description bhrpc服务消费者
 */
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
@Autowired
public @interface RpcReference {

    /**
     * 版本号
     */
    String version() default "1.0.0";

    /**
     * 注册中心类型, 目前的类型包含:zookeeper、nacos、etcd、consul
     */
    String registryType() default "zookeeper";

    /**
     * 注册地址
     */
    String registryAddress() default "127.0.0.1:2181";

    /**
     * 负载均衡类型,默认基于ZK的一致性Hash
     */
    String loadBalanceType() default "zkconsistenthash";

    /**
     * 序列化类型,目前的类型包含:protostuff、kryo、json、jdk、hessian2、fst
     */
    String serializationType() default "protostuff";

    /**
     * 超时时间,默认5s
     */
    long timeout() default 5000;

    /**
     * 是否异步执行
     */
    boolean async() default false;

    /**
     * 是否单向调用
     */
    boolean oneway() default false;

    /**
     * 代理的类型,jdk:jdk代理, javassist: javassist代理, cglib: cglib代理
     */
    String proxy() default "jdk";

    /**
     * 服务分组,默认为空
     */
    String group() default "";
}
复制代码

这里,我只列出了服务提供者注解@RpcService和服务调用者注解@RpcReference的部分源码,后续在RPC框架不断完善的过程中,大家就可以慢慢看到源码的全貌和其每个注解实现的功能。这里,我就不详细介绍了。

当然啦,在这个RPC框架实现的原生调用方式中,可以不用这些注解就能够实现远程调用。

效果演示

接口定义

定义两个接口,分别为HelloService和HelloPersonService,源码如下所示。

  • HelloService接口源码
public interface HelloService {
    String hello(String name);
    String hello(Person person);
}
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  • HelloPersonService接口源码
public interface HelloPersonService {
    List<Person> getTestPerson(String name,int num);
}
复制代码

实现服务提供者demo

(1)创建HelloService接口和HelloPersonService接口的实现类HelloServiceImpl和HelloPersonServiceImpl,如下所示。

  • HelloServiceImpl类源码
@RpcService(interfaceClass = HelloService.class, version = "1.0.0")
public class HelloServiceImpl implements HelloService {

    @Override
    public String hello(String name) {
        return "Hello! " + name;
    }

    @Override
    public String hello(Person person) {
        return "Hello! " + person.getFirstName() + " " + person.getLastName();
    }
}
复制代码

可以看到,在HelloServiceImpl类上添加了RPC服务提供者注解@RpcService,表示将其发布为一个RPC服务。

  • HelloPersonServiceImpl类源码
@RpcService(interfaceClass = HelloPersonService.class, version = "1.0.0")
public class HelloPersonServiceImpl implements HelloPersonService {
    @Override
    public List<Person> getTestPerson(String name, int num) {
        List<Person> persons = new ArrayList<>(num);
        for (int i = 0; i < num; ++i) {
            persons.add(new Person(Integer.toString(i), name));
        }
        return persons;
    }
}
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可以看到,在HelloPersonServiceImpl类上添加了RPC服务提供者注解@RpcService,表示将其发布为一个RPC服务。

(2)创建服务提供者demo的配置类ServerConfig,在ServerConfig类中注入RegistryService注册中心接口的实现类,以及RPC服务提供者的核心类RpcServer,如下所示。

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 基于注解的配置类
 */
@Configuration
@ComponentScan(value = {"io.binghe.rpc.demo"})
@PropertySource(value = {"classpath:rpc.properties"})
public class SpringAnnotationProviderConfig {

    @Value("${registry.address}")
    private String registryAddress;

    @Value("${registry.type}")
    private String registryType;

    @Value("${registry.loadbalance.type}")
    private String registryLoadbalanceType;

    @Value("${server.address}")
    private String serverAddress;

    @Value("${reflect.type}")
    private String reflectType;

    @Bean
    public RpcSpringServer rpcSpringServer(){
        return new RpcSpringServer(serverAddress, registryAddress, registryType, registryLoadbalanceType, reflectType);
    }
}
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(3)创建服务提供者demo的启动类ServerTest,如下所示。

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description RPC整合Spring注解,服务提供者demo启动类
 */
public class ServerTest {
    public static void main(String[] args){
        new AnnotationConfigApplicationContext(ServerConfig.class);
    }
}
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实现服务调用者demo

(1)创建测试服务调用者的TestService接口,如下所示。

public interface TestService {
    void printResult();
}
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(2)创建TestService接口的实现类TestServiceImpl,在TestServiceImpl类上标注Spring的@Service注解,并在TestServiceImpl类中通过@RpcReference注解注入HelloService接口的实现类和HelloPersonService接口的实现类,并实现TestService接口的printResult()方法,源码如下所示。

/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 测试RPC服务调用者
 */
@Service
public class TestServiceImpl implements TestService {

    @RpcReference(version = "1.0.0", timeout = 3000, proxy = "javassist", isAsync = true)
    private HelloService helloService;
    
    @RpcReference(proxy = "cglib")
    private HelloPersonService helloPersonService;

    @Override
    public void printResult() {
        String result = helloService.hello("binghe");
        System.out.println(result);
        result = helloService.hello(new Person("binghe001", "binghe002"));
        System.out.println(result);
        System.out.println("=================================");
        List<Person> personList = helloPersonService.getTestPerson("binghe", 2);
        personList.stream().forEach(System.out::println);
    }
}
复制代码

通过TestServiceImpl类的源码我们可以看到,远程调用HelloService接口的方法时使用的是javassist动态代理,远程调用HelloPersonService接口时,使用的是cglib动态代理。

(3)创建服务调用者demo的配置类ClientConfig,如下所示。

@Configuration
@ComponentScan(value = {"io.binghe.rpc.*"})
@PropertySource(value = {"classpath:rpc.properties"})
public class ClientConfig {
}
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(4)创建服务调用者demo的启动类ClientTest,如下所示。

public class ClientTest {

    public static void main(String[] args){
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(ClientConfig.class);
        TestService testService = context.getBean(TestService.class);
        testService.printResult();
        context.close();
    }
}
复制代码

启动服务测试

(1)启动Zookeeper,这里,为了演示简单,就直接在我本机启动单机Zookeeper好了,启动后的效果如下图所示。

(2)启动服务提供者ServerTest类,启动后输出的日志信息如下所示。

13:43:36,876  INFO ConnectionStateManager:228 - State change: CONNECTED
13:43:36,905  INFO RpcClient:79 - use cglib dynamic proxy...
13:43:36,942  INFO CuratorFrameworkImpl:235 - Starting
13:43:36,943  INFO ZooKeeper:868 - Initiating client connection, connectString=127.0.0.1:2181 
复制代码

可以看到,服务提供者已经将发布的服务注册到了Zookeeper中。

(3)登录Zookeeper客户端查看Zookeeper中注册的服务,如下所示。

  • 查看HelloService接口发布的服务信息
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 5] get /binghe_rpc/io.binghe.rpc.test.client.HelloService#1.0.0/65eb0d7f-4bf7-4a0a-bafc-1b7e0e030353

{"name":"io.binghe.rpc.test.client.HelloService#1.0.0","id":"65eb0d7f-4bf7-4a0a-bafc-1b7e0e030353","address":"127.0.0.1","port":18866,"sslPort":null,"payload":{"@class":"io.binghe.rpc.center.meta.ServiceMeta","serviceName":"io.binghe.rpc.test.client.HelloService","serviceVersion":"1.0.0","serviceAddr":"127.0.0.1","servicePort":18866},"registrationTimeUTC":1656135817627,"serviceType":"DYNAMIC","uriSpec":null,"enabled":true}
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  • 查看HelloPersonService接口发布的服务信息
[zk: localhost:2181(CONNECTED) 7] get /binghe_rpc/io.binghe.rpc.test.client.HelloPersonService#1.0.0/882a5cdb-f581-4a83-8d56-800a8f14e831

{"name":"io.binghe.rpc.test.client.HelloPersonService#1.0.0","id":"882a5cdb-f581-4a83-8d56-800a8f14e831","address":"127.0.0.1","port":18866,"sslPort":null,"payload":{"@class":"io.binghe.rpc.center.meta.ServiceMeta","serviceName":"io.binghe.rpc.test.client.HelloPersonService","serviceVersion":"1.0.0","serviceAddr":"127.0.0.1","servicePort":18866},"registrationTimeUTC":1656135817274,"serviceType":"DYNAMIC","uriSpec":null,"enabled":true}
复制代码

通过Zookeeper客户端可以看出,HelloService接口和HelloPersonService接口发布的服务都已经被注册到Zookeeper了。

(4)启动服务提供者ClientTest类,实现RPC调用,输出的日志信息如下所示。

13:56:47,391  INFO ConnectionStateManager:228 - State change: CONNECTED
13:56:47,488  INFO RpcClient:76 - use javassist dynamic proxy...
13:56:47,518  INFO ConnectionStateManager:228 - State change: CONNECTED
13:56:47,545  INFO RpcClient:79 - use cglib dynamic proxy...
13:56:48,253  INFO RpcConsumer:85 - connect rpc server 127.0.0.1 on port 18866 success.
Hello! binghe
Hello! binghe001 binghe002
=================================
0 binghe
1 binghe
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可以看到,在ClientTest类的命令行输出了远程调用的结果信息。并输出了调用HelloService接口的远程方法使用的是javassist动态代理。调用HelloPersonService接口的远程方法使用的是cglib动态代理。

咱们一起手撸的RPC框架其实还有很多非常强大的功能,这里,就不一一演示了,后面咱们都会一起手撸来实现它。

一点点建议

咱们这个专栏属于实战类型比较强的专栏,加上咱们一起从零开始手撸的RPC框架会涉及众多的知识点。正所谓纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。冰河希望大家在学习这个专栏的时候勤动手,跟着专栏一起实现代码。期间要多动脑,多总结,这样才能够加深对各项知识点的理解。切忌眼高手低,学了半天却最终啥也没学会。

好了,今天的开篇文章就到这儿吧,如果文章对你有点帮助,记得给冰河一键三连哦,欢迎将文章转发给更多的小伙伴,冰河将不胜感激~~

一起出发

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好了,今天就到这儿吧,我是冰河,我们下期见~~

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