深入理解RPC自定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

本文來自srpc作者李穎欣，在此基礎(chǔ)上略做改動。

只要涉及到網(wǎng)絡(luò)通信，必然涉及到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，應(yīng)用層也是一樣。在應(yīng)用層最標(biāo)準(zhǔn)和常用的就是HTTP協(xié)議。但在很多性能要求較高的場景各大企業(yè)內(nèi)部也會自定義的 RPC 協(xié)議。舉個例子，就是相當(dāng)于各個省不但用官方普通話，還都有自己的方言，RPC就相當(dāng)于是一個方言。

RPC的全稱是Remote Procedure Call，翻譯過來就是遠(yuǎn)程過程調(diào)用。但這個名字起的一點(diǎn)都不好，過分強(qiáng)調(diào)了和LPC（本地過程調(diào)用）的對比。沒有突出出來 RPC 本身涉及到的一些技術(shù)特點(diǎn)。

我們今天來從三個角度和大家聊聊 RPC。

• RPC是什么：通過和HTTP的對比來幫大家了解RPC
• RPC有什么：介紹了RPC用到的用戶樁代碼、IDL序列化、壓縮、協(xié)議、通信等技術(shù)點(diǎn)
• RPC生命周期：詳細(xì)探討RPC從請求發(fā)出到收到返回的全過程

今天的講解會結(jié)合基于C++實(shí)現(xiàn)的開源項(xiàng)目SRPC。SRPC整體代碼風(fēng)格簡潔、架構(gòu)層次精巧，整體約1萬行代碼，非常適合用來學(xué)習(xí)RPC架構(gòu)：https://github.com/sogou/srpc

一. RPC是什么

RPC可以分為兩部分：用戶調(diào)用接口+具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。前者為開發(fā)者需要關(guān)心的，后者由框架來實(shí)現(xiàn)。

1. 用戶調(diào)用接口

舉個例子，我們定義一個函數(shù)，我們希望函數(shù)如果輸入為“Hello World”的話，輸出給一個“OK”，那么這個函數(shù)是個本地調(diào)用。如果一個遠(yuǎn)程服務(wù)收到“Hello World”可以給我們返回一個“OK”，那么這是一個遠(yuǎn)程調(diào)用。我們會和服務(wù)約定好遠(yuǎn)程調(diào)用的函數(shù)名。因此，我們的用戶接口就是：輸入、輸出、遠(yuǎn)程函數(shù)名，比如用SRPC開發(fā)的話，client端的代碼會長這樣：

intmain()
{
Example::SRPCClientclient(IP,PORT);
EchoRequestreq;//用戶自定義的請求結(jié)構(gòu)
EchoResponseresp;//用戶自定義的回復(fù)結(jié)構(gòu)

req.set_message("HelloWorld");
client.Echo(&req,&resp,NULL);//調(diào)用遠(yuǎn)程函數(shù)名為Echo
return0;
}

2. 具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

這是框架來實(shí)現(xiàn)的，把開發(fā)者要發(fā)出和接收的內(nèi)容以某種應(yīng)用層協(xié)議打包進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)收發(fā)。這里可以和HTTP進(jìn)行一個明顯的對比：

• RPC是一種自定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由具體框架來定，比如SRPC里支持的RPC協(xié)議有：SRPC / thrift / BRPC / tRPC，并且也是tRPC協(xié)議目前唯一的開源實(shí)現(xiàn)，我們拿其中的SogouRPC-std protocol為例給大家看看RPC協(xié)議的大概樣子：

  

• HTTP也是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，但包的內(nèi)容是固定的，必須是：請求行 + 請求頭 + 請求體；

  

3. 進(jìn)一步思考

上圖對應(yīng)的顏色，所實(shí)現(xiàn)的功能是類似的。我們想一想，為什么大家都長差不多呢？

這里就需要搞清楚，我們想要實(shí)現(xiàn)用戶接口，需要怎么做？最重要需要支持以下三個功能：

• 定位要調(diào)用的服務(wù)；
• 把完整的消息切下來；
• 讓我們的消息向前/向后兼容；

這樣既可以讓消息內(nèi)保證一定的靈活性，又可以方便拿下一塊數(shù)據(jù)，去調(diào)用用戶想要的服務(wù)。

我們用一個表格來看一下HTTP和RPC分別是怎么解決的：

因此，大家都會需要類似的結(jié)構(gòu)去組裝一條完整的用戶請求，而第三部分的body只要框架支持，RPC協(xié)議和HTTP是可以互通的！因此開發(fā)者完全可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行選型，接下來我們看一下RPC的層次架構(gòu)，就可以明白為什么不同RPC框架之間的互通、以及RPC和HTTP協(xié)議又是如何做到互通的。

二、 RPC有什么

我們可以借SRPC的架構(gòu)，看一下RPC框架從用戶到系統(tǒng)都有哪些層次，以及SRPC目前所橫向支持的功能是什么：

• 用戶代碼（client的發(fā)送函數(shù)/server的函數(shù)實(shí)現(xiàn)）
• IDL序列化（protobuf/thrift serialization）
• 數(shù)據(jù)組織（protobuf/thrift/json）
• 壓縮（none/gzip/zlib/snappy/lz4）
• 協(xié)議（Sogou-std/Baidu-std/Thrift-framed/TRPC）
• 通信（TCP/HTTP）

我們先關(guān)注以下三個層級：

如圖從左到右，是用戶接觸的最多到最少的層次。IDL層會根據(jù)開發(fā)者定義的請求/回復(fù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行代碼生成，目前小伙伴們用得比較多的是protobuf和thrift，而剛才說到的用戶接口和前后兼容問題，都是IDL層來解決的。SRPC對于這兩個IDL的用戶接口實(shí)現(xiàn)方式是：

• thrift：IDL純手工解析，用戶使用srpc是不需要鏈thrift的庫的 ！?。?/li>
• protobuf：service的定義部分純手工解析

中間那列是具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而各RPC能互通，就是因?yàn)榇蠹覍?shí)現(xiàn)了對方的“語言”，因此可以協(xié)議互通。

而RPC作為和HTTP并列的層次，第二列和第三列理論上是可以兩兩結(jié)合的，只需要第二列的具體RPC協(xié)議在發(fā)送時，把HTTP相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行特化，不要按照自己的協(xié)議去發(fā)，而按照HTTP需要的形式去發(fā)，就可以實(shí)現(xiàn)RPC與HTTP互通。

三、 RPC的生命周期

到此我們可以通過SRPC看一下，把request通過method發(fā)送出去并處理response再回來的整件事情是怎么做的：

根據(jù)上圖，可以更清楚地看到剛才提及的各個層級，其中壓縮層、序列化層、協(xié)議層其實(shí)是互相解耦打通的，在SRPC代碼上實(shí)現(xiàn)得非常統(tǒng)一，橫向增加任何一種壓縮算法或IDL或協(xié)議都不需要也不應(yīng)該改動現(xiàn)有的代碼，才是一個精美的架構(gòu)～

我們一直在說生成代碼，到底有什么用呢？圖中可以得知，生成代碼是銜接用戶調(diào)用接口和框架代碼的橋梁，這里以一個最簡單的protobuf自定義協(xié)議為例：example.proto

syntax="proto3";//這里proto2和proto3都可以

messageEchoRequest
{
stringmessage=1;
};

messageEchoResponse
{
stringmessage=1;
};

serviceExample
{
rpcEcho(EchoRequest)returns(EchoResponse);
};

我們定義好了請求、回復(fù)、遠(yuǎn)程服務(wù)的函數(shù)名，通過以下命令就可以生成出接口代碼example.srpc.h：

protocexample.proto--cpp_out=./--proto_path=./
srpc_generatorprotobuf./example.proto./

我們會發(fā)現(xiàn)，同時還會生成出server.pb_skeleton.cc和client.pb_skeleton.cc，這是為了方便開發(fā)者的兩個空文件。我們繼續(xù)一窺究竟，看看生成代碼到底可以實(shí)現(xiàn)什么功能：

//SERVER代碼
classService:publicsrpc::RPCService
{
public:
//用戶需要自行派生實(shí)現(xiàn)這個函數(shù)，與剛才pb生成的是對應(yīng)的
virtualvoidEcho(EchoRequest*request,EchoResponse*response,
srpc::RPCContext*ctx)=0;
};

//CLIENT代碼
usingEchoDone=std::function<void(EchoResponse*,srpc::RPCContext*)>;

classSRPCClient:publicsrpc::SRPCClient
{
public:
//異步接口
voidEcho(constEchoRequest*req,EchoDonedone);
//同步接口
voidEcho(constEchoRequest*req,EchoResponse*resp,srpc::RPCSyncContext*sync_ctx);
//半同步接口
WFFuture<std::pair>async_Echo(constEchoRequest*req);
};

作為一個高性能RPC框架，SRPC生成的client代碼中包括了：同步、半同步、異步接口，文章開頭展示的是一個同步接口的做法。

而server的接口就更簡單了，作為一個服務(wù)端，我們要做的就是收到請求->處理邏輯->返回回復(fù)，而這個時候，框架已經(jīng)把剛才提到的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)、解壓縮、反序列化等都給做好了，然后通過生成代碼調(diào)用到用戶實(shí)現(xiàn)的派生service類的函數(shù)邏輯中。

由于一種協(xié)議定義了一種client/server，因此其實(shí)我們同樣可以得到的server類型有第二部分提到過的若干種：SRPCServer/SRPCHttpServer/BRPCServer/TRPCServer/ThriftServer/...

四、 一個完整的server例子

最后我們用一個完整的server例子，來看一下用戶調(diào)用接口的使用方式，以及如何跨協(xié)議使用HTTP作為client進(jìn)行調(diào)用。剛才提到，srpc_generator在生成接口的同時，也會自動生成空的用戶代碼，我們這里打開server.pb_skeleton.cc直接改兩行，即可run起來：

#include"example.srpc.h"
#include"workflow/WFFacilities.h"

usingnamespacesrpc;
staticWFFacilities::WaitGroupwait_group(1);

voidsig_handler(intsigno)
{
wait_group.done();
}

classExampleServiceImpl:publicExample::Service
{
public:

voidEcho(EchoRequest*request,EchoResponse*response,srpc::RPCContext*ctx)override
{
response->set_message("OK");//具體邏輯在這里添加，我們簡單地回復(fù)一個OK
}
};

intmain()
{
unsignedshortport=80;//因?yàn)橐獑親ttp服務(wù)
SRPCHttpServerserver;//我們需要構(gòu)造一個SRPCHttpServer

ExampleServiceImplexample_impl;
server.add_service(&example_impl);

server.start(port);
wait_group.wait();
server.stop();
return0;
}

只要安裝了srpc和workflow，linux下即可通過以下命令編譯出可執(zhí)行文件：

g++-oserverserver.pb_skeleton.ccexample.pb.cc-std=c++11-lsrpc

接下來是激動人心的時刻了，我們用人手一個的curl來發(fā)起一個HTTP請求：

curl-i127.0.0.1:80/Example/Echo-H'Content-Type:application/json'-d'{message:"HelloWorld"}'

五、 解鎖更多

通過這篇文章，相信我們可以清晰地了解到RPC的接口長什么樣，也可以通過與HTTP協(xié)議互通來理解協(xié)議層次，更重要的是可以知道具體縱向的每個層次及橫向?qū)Ρ任覀兂Ｒ姷拿糠N使用模式都有哪些。但其實(shí)，RPC還可以做的事情還有很多，包括內(nèi)部各層次的解耦合設(shè)計、框架層的功能埋點(diǎn)、外部服務(wù)集群的對接等等：

如果小伙伴對更多功能感興趣，歡迎點(diǎn)擊閱讀原文，到Github圍觀，進(jìn)一步了解。

原文標(biāo)題：一文搞懂 RPC 的基本原理和層次架構(gòu)