深入浅出RPC框架 | 青训营笔记

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这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 3 天

基本概念

RPC需要解决的问题

  1. 函数映射
  2. 数据转换成字节流
  3. 网络传输

一次RPC的完整过程

  • 生成代码
    • 通过编译器工具把IDL文件转换成语言对应的静态库
  • 编解码
    • 从内存中表示到字节序列的转换称为编码，反之为解码，也常叫做序列化和反序列化
  • 通信协议
    • 规范了数据在网络中的传输内容和格式。除必须的请求/响应数据外，通常还会包含额外的元数据
  • 网络传输
    • 通常基于成熟的网络库走TCP/UDP传输 image (2).png

好处

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

问题

  1. 服务宕机，对方应该如何处理?
  2. 在调用过程中发生网络异常，如何保证消息的可达性?
  3. 请求量突增导致服务无法及时处理，有哪些应对措施?

解决上面问题需要RPC框架

RPC框架

编解码层

生成代码

image.png

数据格式

  • 语言特定的格式
    • 许多编程语言都内建了将内存对象编码为字节序列的支持，例如Java有java.io.Serializable
  • 文本格式
    • JSON、XML、CSV等文本格式，具有人类可读性
  • 二进制编码
    • 具备跨语言和高性能等优点，常见有Thrift的 BinaryProtocol，Protobuf等
    • TLV编码
      • Tag:标签，可以理解为类型
      • Lenght:长度
      • Value:值，Value 也可以是个TLV结构
      • image (4).png
      • image (3).png

选型

  • 兼容性
    • 支持自动增加新的字段，而不影响老的服务，这将提高系统的灵活度
  • 通用性
    • 支持跨平台、跨语言
  • 性能
    • 从空间和时间两个维度来考虑，也就是编码后数据大小和编码耗费时长

协议层

协议的间隔区分

  • 特殊结束符
  • 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

image (5).png

  • LENGTH:数据包大小，不包含自身
  • HEADER MAGlC:标识版本信息，协议解析时候快速校验
  • SEQUENCE NUMBER:表示数据包的seqID，可用于多路复用，单连接内递增
  • HEADER SIZE:头部长度，从第14个字节开始计算一直到PAYLOAD前
  • PROTOCOL ID:编解码方式，有Binary和Compact 两种
  • TRANSFORM ID:压缩方式，如zlib 和snappy
  • INFO ID:传递一些定制的meta信息
  • PAYLOAD:消息体

网络通信层

  • Sockets API
  • 网络库
    • 提供易用API
      • 封装底层Socket APl
      • 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

关键指标

稳定性

  • 保障策略

    • 熔断：
      • 一个服务 A 调用服务 B 时，服务 B 的业务逻辑又调用了服务 C，而这时服务 C 响应超时了，由于服务 B 依赖服务 C，C 超时直接导致 B 的业务逻辑一直等待，而这个时候服务 A 继续频繁地调用服务 B，服务 B 就可能会因为堆积大量的请求而导致服务宕机，由此就导致了服务雪崩的问题
    • 限流
      • 当调用端发送请求过来时，服务端在执行业务逻辑之前先执行检查限流逻辑，如果发现访问量过大并且超出了限流条件，就让服务端直接降级处理或者返回给调用方一个限流异常
    • 超时
      • 当下游的服务因为某种原因响应过慢，下游服务主动停掉一些不太重要的业务，释放出服务器资源，避免浪费资源

  • 请求成功率

    • 重试有放大故障的风险，首先，重试会加大直接下游的负载。如下图，假设 A 服务调用 B 服务，重试次数设置为 r（包括首次请求），当 B 高负载时很可能调用不成功，这时 A 调用失败重试 B ，B 服务的被调用量快速增大，最坏情况下可能放大到 r 倍，不仅不能请求成功，还可能导致 B 的负载继续升高，甚至直接打挂。
    • 防止重试风暴，限制单点重试和限制链路重试

  • 长尾请求

    • 长尾请求一般是指明显高于均值的那部分占比较小的请求。 业界关于延迟有一个常用的P99标准， P99 单个请求响应耗时从小到大排列，顺序处于99%位置的值即为P99 值，那后面这 1%就可以认为是长尾请求。在较复杂的系统中，长尾延时总是会存在。造成这个的原因非常多，常见的有网络抖动，GC，系统调度。
    • 我们预先设定一个阈值 t3（比超时时间小，通常建议是 RPC 请求延时的 pct99 ），当 Req1 发出去后超过 t3 时间都没有返回，那我们直接发起重试请求 Req2 ，这样相当于同时有两个请求运行。然后等待请求返回，只要 Resp1 或者 Resp2 任意一个返回成功的结果，就可以立即结束这次请求，这样整体的耗时就是 t4 ，它表示从第一个请求发出到第一个成功结果返回之间的时间，相比于等待超时后再发出请求，这种机制能大大减少整体延时。

  • 可以通过注册中间件来实现

易用性

  • 开箱即用
    • 合理的默认参数选项、丰富的文档
  • 周边工具
    • 生成代码工具、脚手架工具

扩展性

image (6).png

  • Middleware
  • Option
  • 编解码层
  • 协议层
  • 网络传输层
  • 代码生成工具插件扩展

观测性

除了传统的 Log、Metric、Tracing 三件套之外，对于框架来说可能还不够，还有些框架自身状态需要暴露出来，例如当前的环境变量、配置、Client/Server初始化参数、缓存信息等

高性能

  • 目标
    • 高吞吐和低延迟
  • 手段
    • 连接池
    • 多路复用
      • 调用端向服务端的一个节点发送请求，并发场景下，如果是非连接多路复用，每个请求都会持有一个连接，直到请求结束连接才会被关闭或者放入连接池复用，并发量与连接数是对等的关系。而使用连接多路复用，所有请求都可以在一个连接上完成。
    • 高性能编解码协议
    • 高性能网络库
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