什么是PRC框架 | 笔记

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远程函数调用-RPC

基本介绍

  • 什么是RPC

    • RPC（Remote Procedure Call）远程过程调用协议，一种通过网络从远程计算机上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。RPC它假定某些协议的存在，例如TPC/UDP等，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络七层模型中，RPC跨越了传输层和应用层，RPC使得开发，包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。

  • 需要解决的问题

    • 函数映射
    • 数据转换成字节流
    • 网络传输

  • RPC的概念模型（分为这五个部分） image.png

  • 一些基本概念

    • IDL文件：描述接口，使得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

    • 生成代码：IDL文件转换成语言对应的静态库

      • 编解码：

        • 编码：内存中的表示转换成字节序列
        • 解码：反之

    • 通信协议：规范数据子啊网络中的传输内容和数据

    • 网络阐述：基于网络库走TCP/UDP传输

  • PRC的好处

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

  • RPC的坏处

    • 服务端宕机问题
    • 网络异常时如何保证可达
    • 请求量突增导致服务无法及时处理

分层设计

例子： image.png

编解码层

image.png

  • 数据格式

    • 语言特定的格式：编程语言自带的将内存对象编码为字节序列的支持

    • 文本格式：JSON、XML、CSV

    • 二进制编码：具备跨语言和高性能的优点，例如Thrift、BinaryProtocol、Protobuf等

      • 实现原理：TLV编码（Tag+Length+Value）

  • 编解码层 - 选型的要求

    • 兼容性：支持自动增加新字段，且不影响老的服务
    • 通用性：跨平台跨语言
    • 性能：编码后的数据大小、编码耗费的时间

协议层

image.png

  • 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：以定长加不定长部分组成，其中定长部分需要描述不定长的长度

  • 协议构造

    • LENGTH: 数据包大小，不包含自身
    • HEADER MAGIC: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

  • 协议解析 - 框架中如何对协议进行解析

    image.png

网络通信层 - Sockets API

  • 过程
    image.png

  • bind：绑定接口

  • listen：监听传进来的连接

  • accept：阻塞模式等待connect发送请求

网络通信层 - 网络库

  • 提供易用的API

    • 封装底层SocketAPI
    • 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

    • 使用应用层的buffer减少copy
    • 使用高性能定时器、对象池等提高性能

关键指标

稳定性

  • 降级处理

    • 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，防止大流量把服务压垮
    • 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：均匀的调用各个节点
    • 重试

  • 长尾请求

    • Backup Request（备份请求）
      image.png

左边是普通重试，右边是备份请求。可以看到，备份请求的速度更快

注册中间件

image.png

  • RPC框架通过中间件来灵活的注入各种服务治理策略，保证服务的稳定性

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：简单易用的命令行工具

    • 生成服务代码脚手架
    • 支持 protobuf 和 thrift
    • 内置功能丰富的选项
    • 支持自定义的生成代码插件

扩展性

  • 提供丰富的扩展点（例如核心的传输层和协议层）
    • 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

  • Log、Metric、Tracing
  • 内置观测性服务

image.png

高性能

  • 场景

    • 单机、多机
    • 单连接、多连接
    • 单/多client、单/多server
    • 不同大小的请求包
    • 不同请求类型：例如pingpong、streaming

  • 目标

    • 高吞吐
    • 低延迟

  • 手段

    • 连接池
    • 多路复用
    • 高性能的编解码协议
    • 高性能的网络库
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