这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第 10 天

RPC框架详解

一、什么是RPC

Remote Procedure Call，RPC 是一种进程间通信方式，允许像调用本地服务一样调用远程服务，通信协议大多采用二进制方式。

简单的rpc程序

client端代码

#include"comm.hpp"

int main()
{
    //获取管道文件
    int fd = open(ipcPath.c_str(),O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    //ipc过程
    string buffer;
    // while(true)
    // {
    //     cout << "Please Enter Message Line :> ";
    //     std::getline(std::cin,buffer);
    //     write(fd,buffer.c_str(),buffer.size());
    // }

    buffer = "I am process A";
    write(fd,buffer.c_str(),buffer.size());

    //关闭管道文件
    close(fd);

    return 0;
}

service端代码

#include"comm.hpp"

#include<sys/wait.h>


static void getMessage(int fd)
{
    char buffer[SIZE];
    while(true)
    {
        memset(buffer,'\0',sizeof(buffer));
        ssize_t s = read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);
        if(s > 0)
        {
            cout<<"["<<getpid()<<"]"<<"client say>"<<buffer<<endl;
        }
        else if(s == 0)
        {
            cout<<"["<<getpid()<<"]"<<"read end of file, clien quit, server quit too!" << endl;
        }
        else
        {
            perror("read");
            break;
        }
    }

        // memset(buffer,'\0',sizeof(buffer));
        // ssize_t s = read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);
        // if(s > 0)
        // {
        //     cout<<"["<<getpid()<<"]"<<"client say>"<<buffer<<endl;
        // }
        // else if(s == 0)
        // {
        //     cout<<"["<<getpid()<<"]"<<"read end of file, clien quit, server quit too!" << endl;
        // }
        // else
        // {
        //     perror("read");
        // }
    
}

int main()
{
    //创建管道文件
    if(mkfifo(ipcPath.c_str(),MODE) < 0)
    {
        perror("mkfifo");
        exit(1);
    }

    //Log("创建管道文件成功!",Debug)<<"step first"<<endl;

    //文件操作
    int fd = open(ipcPath.c_str(),O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(2);
    }

    //Log("打开管道文件成功!",Debug)<<"step second"<<endl;

   pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        getMessage(fd);
        exit(1);
    }

    waitpid(-1,nullptr,0);

    //关闭管道文件
    close(fd);
    //Log("关闭管道文件成功!",Debug)<<"step third"<<endl;

    //删除管道文件
    unlink(ipcPath.c_str());
    //Log("删除管道文件成功!",Debug)<<"step fourth"<<endl;

    return 0;
}

comm.hpp配置

#ifndef _COMM_H_
#define _COMM_H_

#include<iostream>
#include<string>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<cassert>

#include"Log.hpp"

using namespace std;

#define MODE 0666
#define SIZE 128

string ipcPath = "./fifo.ipc";

#endif

Log.hpp配置

#ifndef _LOG_H_
#define _LOG_H_

#include<iostream>
#include<ctime>

#define Debug 0
#define Notice  1
#define Warning 2
#define Error   3

const std::string msg[] = 
{
    "Debug",
    "Notice",
    "Warning",
    "Error"
};

std::ostream& Log(std::string message,int level)
{
    std::cout<<"|"<<(unsigned)time(nullptr)<<"|"<<msg[level]<<"|"<<message;
    return std::cout;
}

#endif

程序运行

在xshell中新开两个窗口，一个跑client端，另一个跑service端，在client中输入的数据，会被service端接收

从这个简单的例子，我们可以清晰的了解到，rpc其实就是远程调用

rpc需要解决的问题

函数映射
数据转换为字节流
网络传输

二、rpc概念模型

1984年，Nelson教授发表了论文《Implementing Remote Procedure Calls》，提出了rpc的过程的五个模型：

User，User-Stub，RPC-Runtime，Servie-Stub，Service

一次完整的rpc过程

调用方持续把请求参数对象序列化成二进制数据，经过 TCP 传输到服务提供方
服务提供方从 TCP 通道里面接收到二进制数据
根据 RPC 协议，服务提供方将二进制数据分割出不同的请求数据，经过反序列化将二进制数据逆向还原出请求对象，找到对应的实现类，完成真正的方法调用
然后服务提供方再把执行结果序列化后，回写到对应的 TCP 通道里面
调用方获取到应答的数据包后，再反序列化成应答对象

rpc通信流程中包括了协议、序列化与反序列化、网络通信

RPC的好处

单一职责，开发、运维、部署都是独立的，利于分工
可扩展型强，资源使用率更优
故障隔离，服务的整体性更可靠

三、RPC的分层设计

编解码层

编码

通过代码生成工具把IDL文件生成对应语言的lib库

二进制编码（TLV编码）

Tag：标签，可以理解为类型
Length：长度
Value：值

协议层

特殊结束符

表示一个协议单元的结束

变长协议

由定长和不定长部分组成，定长部分需要描述不定长内容的长度

协议构造

网络通信层

底层是SOCKET API

网络库

提供易用api
- 封装底层SOCKET API
- 连接管理和事件分发
功能
- 协议支持：tcp、udp、uds等
- 优雅退出、异常处理
性能
- 应用层buffer减少copy
- 高性能定时器、对象池

四、rpc的关键指标

稳定性

保障性策略

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器
超时控制：避免浪费资源在不可用结点上
使用负载均衡、请求重试等保证请求成功率

RPC框架入门