高并发架构系列：如何从0到1设计一个类Dubbo的RPC框架

矫情吗；* 2022-03-02 04:14 149阅读 0赞

在过去持续分享的几十期阿里Java面试题中，几乎每次都会问到Dubbo相关问题，比如：“如何从0到1设计一个Dubbo的RPC框架”，这个问题主要考察以下几个方面：

你对RPC框架的底层原理掌握程度。

以及考验你的整体RPC框架系统设计能力。

具体，mike来为大家详解。

RPC和RPC框架

1.RPC(Remote Procedure Call)

即远程过程调用, 主要解决远程通信间的问题，不需要了解底层网络的通信机制。

2.RPC框架

RPC框架负责屏蔽底层的传输方式（TCP或者UDP）、序列化方式、以及通信细节。

实际使用中，并不需要关心底层通信细节和调用过程，让业务端专注于业务代码的实现。

国内大家熟知的PRC框架，阿里的HSF和Dubbo(开源)。

Dubbo的发展由来

1.  业务规模小

比如早期一个应用Java War包，将所有功能都打包，部署在一个单机服务器，调用接口也比较方便，不涉及到任何分布式场景。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podWd1YW5nMTA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
2.业务规模变大

随着业务的快速发展，业务越来越多、子系统也越来越多时。比如：淘宝的交易系统、商品系统、用户系统、评价系统…上百个系统的出现。

系统变得越来越复杂，业务代码依然耦合在一起。比如最早期的淘宝denali工程，包含所有业务系统的代码，就仅打包部署都需要很长的时间。

并且，随着每个业务线的快速发展，业务代码耦合在一起，上线后出现问题急需要回滚代码，拉分支、大量的代码merge工作，这个过程极其痛苦。

这个时候，你会发现技术已经成了业务的瓶颈，急需把业务单独抽离出来，各自单独部署。、

3.Dubbo和HSF的出现应用系统一旦涉及到拆分部署，问题就来了，急需一种高效的应用程序间的通讯手段来完成这种需求，这就会涉及到分布式远程调用

于是，淘宝就把denali按照业务为单位拆分成了类似这样的系统：UM(UserManger)、SM(ShopManager)…等等几十个工程代码。

再按照业务为单位，把所有调用相关的接口以业务为单元进行拆分：UIC(用户中心服务)、SIC(店铺中心服务)…等等以业务为单位集群部署，按照业务提供服务。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podWd1YW5nMTA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
所以，RPC的框架来了，阿里内部使用HSF，以及开源的RPC 框架：Dubbo。

RPC框架的核心设计

前面提到了RPC的核心目标：主要是解决分布式系统中服务之间的调用问题。

其实，走到这一步涉及的知识体系非常的多：要求对通信、远程调用、消息机制等有深入的理解和掌握，要求的都是从理论、硬件级、操作系统级以及所采用的语言的实现都有清楚的理解。  
1.RPC框架三个核心角色  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podWd1YW5nMTA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
1)服务提供者（Server）

对外提供后台服务，将自己的服务信息，注册到注册中心。

2)注册中心（Registry）

用于服务端注册远程服务以及客户端发现服务。

目前主要的注册中心可以借由 zookeeper，eureka，consul，etcd 等开源框架实现。

比如：阿里的Dubbo就是采用zookeeper实现注册中心。

3)服务消费者（Client）

从注册中心获取远程服务的注册信息，然后进行远程过程调用。  
2.RPC远程调用过程![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podWd1YW5nMTA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
1）服务调用方（client）调用以本地调用方式调用服务；

2）client stub接收到调用后负责将方法、参数等组装成能够进行网络传输的消息体；在Java里就是序列化的过程  
3）client stub找到服务地址，并将消息通过网络发送到服务端；

4）server stub收到消息后进行解码,在Java里就是反序列化的过程；

5）server stub根据解码结果调用本地的服务；  
6）本地服务执行处理逻辑；  
7）本地服务将结果返回给server stub；  
8）server stub将返回结果打包成消息，Java里的序列化；  
9）server stub将打包后的消息通过网络并发送至消费方  
10）client stub接收到消息，并进行解码, Java里的反序列化；  
11）服务调用方（client）得到最终结果。

RPC框架的目标就是要2~10这些步骤都封装起来。

RPC框架涉及技术

1.建立通信

首先，要解决通讯的问题，主要是通过在客户端和服务器之间建立TCP连接，远程过程调用的所有交换的数据都在这个连接里传输。

2.服务寻址

1）服务注册首先需要把服务注册到服务中心。其实就是在注册中心进行一个登记，注册中心存储了该服务的IP、端口、调用方式(协议、序列化方式)等。在zookeeper中，进行服务注册，实际上就是在zookeeper中创建了一个znode节点，该节点存储了上面所说的服务信息。

2）服务发现

服务消费者在第一次调用服务时，会通过注册中心找到相应的服务的IP地址列表，并缓存到本地，以供后续使用。当消费者调用服务时，不会再去请求注册中心，而是直接通过负载均衡算法从IP列表中取一个服务提供者的服务器调用服务。

3）注册服务

可靠的寻址方式（主要是提供服务的发现）是RPC的实现基石，比如可以zookeeper来实现注册服务等等。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podWd1YW5nMTA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
服务提供者启动后主动向服务（注册）中心注册机器ip、端口以及提供的服务列表。

服务消费者启动时向服务（注册）中心获取服务提供方地址列表，可实现软负载均衡和Failover。

提供者需要定时向注册中心发送心跳，一段时间未收到来自提供者的心跳后，认为提供者已经停止服务，从注册中心上摘取掉对应的服务等等。

3.网络传输

数据传输采用什么协议，数据该如何序列化和反序列化。

4.NIO通信

当前很多RPC框架都直接基于netty这一IO通信框架，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Hadoop Avro，推荐使用Netty 作为底层通信框架。

5.服务调用比如：  
B机器进行本地调用（通过代理Proxy）之后得到了返回值，此时还需要再把返回值发送回A机器，同样也需要经过序列化操作，然后再经过网络传输将二进制数据发送回A机器，而当A机器接收到这些返回值之后，则再次进行反序列化操作

总之，要实现一个RPC不算难，难的是实现一个高性能高可靠的RPC框架，后续将结合Dubbo的实现一起再探讨。

以上就是RPC的介绍，更多Redis、Spring Cloud、MySQL数据库分库分表等高并发架构设计，具体请参考高并发架构系列专题：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3podWd1YW5nMTA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

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