RPC 原理与实践概述
RPC（Remote Procedure Call）是分布式系统中实现跨网络服务调用的重要技术。RPC 框架在许多场景中被广泛应用，提供了透明的远程调用方式，使得开发者可以像调用本地函数一样调用远程服务。以下是关于 RPC 框架的核心概念、设计、指标及其应用的详细介绍。
1. RPC 的基本概念
RPC 框架提供了一种抽象层，使客户端可以调用远程服务器的函数。RPC 框架的核心概念包括：
- RPC 模型：主要包括 User、User-Stub、RPC-Runtime、Server-Stub 和 Server。客户端调用通过 User-Stub 序列化请求，RPC-Runtime 负责传输，服务端使用 Server-Stub 解码请求并执行。
- IDL (Interface Definition Language)：用于定义服务接口的语言，例如 Thrift 和 Protobuf，可以生成编解码所需的代码。
- 编解码：序列化和反序列化是 RPC 框架的重要部分，用于将请求和响应转换为网络传输的字节流。
- 通信协议：应用层协议（例如 HTTP、gRPC）和传输层协议（例如 TCP、UDP）共同完成数据传输。
2. RPC 框架的分层设计
2.1 编解码层
编解码层负责将数据序列化成网络传输格式，并解码响应。RPC 通常使用多种编解码方式，如：
- 文本格式：如 JSON、XML，便于阅读但性能较低。
- 二进制编码：如 Thrift 的 TLV 编码、Protobuf 的 Varint 编码，提供更高的性能和更小的存储空间。
2.2 传输协议层
传输协议层负责消息的切分与组装。常见的方法包括：
- 消息切分：使用特殊结束符或变长协议（如 length + body）。
- 协议构造：例如 Thrift 的 THeader 协议，包含长度、标识符和有效载荷等字段。
2.3 网络通信层
网络通信层通过网络库实现高效的数据传输。不同的 IO 模型，如 阻塞 IO、非阻塞 IO 和 IO 多路复用，决定了数据读取和写入的效率。
- 阻塞 IO：需要等待数据到达。
- 非阻塞 IO：通过轮询方式读取数据，浪费 CPU 资源。
- IO 多路复用：通过操作系统调用监听多个文件描述符状态，以提升性能。
3. RPC 框架的核心指标
RPC 框架设计的几个核心指标包括：
3.1 稳定性
- 保障策略：包括 熔断、限流 和 超时控制，用于在请求失败时迅速切断错误请求，保护系统稳定性。
3.2 请求成功率
- 负载均衡：将请求均匀分配到多个实例，减少单个实例的压力。
- 重试策略：在请求失败时，重新尝试调用来提高成功率。
- 长尾请求：使用 BackupRequest 策略来降低因单个请求耗时过长导致的整体性能下降。
3.3 易用性与扩展性
- 开箱即用：提供合理的默认参数和工具，降低用户的使用门槛。
- 扩展性：通过中间件（Middleware）实现服务发现、路由、超时控制等，支持框架的灵活扩展。
3.4 观测性
- 日志 (Log)、指标 (Metric)、链路追踪 (Tracing)：三件套用于监控系统行为和性能。
- 内置观测性服务：例如 pprof，用于问题排查，提供对框架内部状态的观察。
4. 字节跳动内部 Kitex 实践分享
Kitex 是字节跳动自研的高性能 RPC 框架，具有如下特点：
- 自研网络库 Netpoll：相比其他高性能网络库（如 Netty），Netpoll 提供了更高的连接状态感知和更小的内存开销。
- 性能优化：通过网络库的调度优化、内存池和对象池的使用、减少内存拷贝等手段提升性能。
- 合并部署：将强依赖服务进行合并部署，减少序列化和网络传输带来的开销。
