如何從0到1設計一個類Dubbo的RPC框架

之前分享了如何從0到1設計一個MQ消息隊列，今天談談「如何從0到1設計一個Dubbo的RPC框架」，重點考驗：

你對RPC框架的底層原理掌握程度。
以及考驗你的整體RPC框架系統設計能力。

RPC和RPC框架

1.RPC(Remote Procedure Call)

即遠程過程調用, 主要解決遠程通訊間的問題，不需要了解底層網路的通訊機制。

2.RPC框架

RPC框架負責屏蔽底層的傳輸方式（TCP或者UDP）、序列化方式、以及通訊細節。

實際使用中，並不需要關心底層通訊細節和調用過程，讓業務端專註於業務程式碼的實現。

中國大家熟知的PRC框架，阿里的HSF和Dubbo(開源)

Dubbo的發展由來

1. 業務規模小

比如早期一個應用Java War包，將所有功能都打包，部署在一個單機伺服器，調用介面也比較方便，不涉及到任何分散式場景。

2.業務規模變大

隨著業務的快速發展，業務越來越多、子系統也越來越多時。比如：淘寶的交易系統、商品系統、用戶系統、評價系統…上百個系統的出現。

系統變得越來越複雜，業務程式碼依然耦合在一起。比如最早期的淘寶denali工程，包含所有業務系統的程式碼，就僅打包部署都需要很長的時間。

並且，隨著每個業務線的快速發展，業務程式碼耦合在一起，上線後出現問題急需要回滾程式碼，拉分支、大量的程式碼merge工作，這個過程極其痛苦。

這個時候，你會發現技術已經成了業務的瓶頸，急需把業務單獨抽離出來，各自單獨部署。

3.Dubbo和HSF的出現

應用系統一旦涉及到拆分部署，問題就來了，急需一種高效的應用程式間的通訊手段來完成這種需求，這就會涉及到分散式遠程調用。

於是，淘寶就把denali按照業務為單位拆分成了類似這樣的系統：UM(UserManger)、SM(ShopManager)..等等幾十個工程程式碼。

再按照業務為單位，把所有調用相關的介面以業務為單元進行拆分：UIC(用戶中心服務)、SIC(店鋪中心服務)…等等以業務為單位集群部署，按照業務提供服務。

所以，RPC的框架來了，阿里內部使用HSF，以及開源的RPC 框架：Dubbo。

RPC框架的核心設計

前面mikechen提到了RPC的核心目標：主要是解決分散式系統中服務之間的調用問題。

其實，走到這一步涉及的知識體系非常的多：要求對通訊、遠程調用、消息機制等有深入的理解和掌握，要求的都是從理論、硬體級、作業系統級以及所採用的語言的實現都有清楚的理解。

1.RPC框架三個核心角色

1)服務提供者（Server）

對外提供後台服務，將自己的服務資訊，註冊到註冊中心

2)註冊中心（Registry）

用於服務端註冊遠程服務以及客戶端發現服務。

目前主要的註冊中心可以藉由 zookeeper，eureka，consul，etcd 等開源框架實現。

比如：阿里的Dubbo就是採用zookeeper實現註冊中心。

3)服務消費者（Client）

從註冊中心獲取遠程服務的註冊資訊，然後進行遠程過程調用。

2.RPC遠程調用過程

1）服務調用方（client）調用以本地調用方式調用服務；

2）client stub接收到調用後負責將方法、參數等組裝成能夠進行網路傳輸的消息體；在Java里就是序列化的過程

3）client stub找到服務地址，並將消息通過網路發送到服務端；

4）server stub收到消息後進行解碼,在Java里就是反序列化的過程；

5）server stub根據解碼結果調用本地的服務；

6）本地服務執行處理邏輯；

7）本地服務將結果返回給server stub；

8）server stub將返回結果打包成消息，Java里的序列化；

9）server stub將打包後的消息通過網路並發送至消費方

10）client stub接收到消息，並進行解碼, Java里的反序列化；

11）服務調用方（client）得到最終結果。

RPC框架的目標就是要2~10這些步驟都封裝起來。

RPC框架涉及技術

1.建立通訊

首先，要解決通訊的問題，主要是通過在客戶端和伺服器之間建立TCP連接，遠程過程調用的所有交換的數據都在這個連接里傳輸。

2.服務定址

1）服務註冊

首先需要把服務註冊到服務中心。其實就是在註冊中心進行一個登記，註冊中心存儲了該服務的IP、埠、調用方式(協議、序列化方式)等。在zookeeper中，進行服務註冊，實際上就是在zookeeper中創建了一個znode節點，該節點存儲了上面所說的服務資訊。

2）服務發現

服務消費者在第一次調用服務時，會通過註冊中心找到相應的服務的IP地址列表，並快取到本地，以供後續使用。當消費者調用服務時，不會再去請求註冊中心，而是直接通過負載均衡演算法從IP列表中取一個服務提供者的伺服器調用服務。

3）註冊服務

可靠的定址方式（主要是提供服務的發現）是RPC的實現基石，比如可以zookeeper來實現註冊服務等等。

服務提供者啟動後主動向服務（註冊）中心註冊機器ip、埠以及提供的服務列表。
服務消費者啟動時向服務（註冊）中心獲取服務提供方地址列表，可實現軟負載均衡和Failover。
提供者需要定時向註冊中心發送心跳，一段時間未收到來自提供者的心跳後，認為提供者已經停止服務，從註冊中心上摘取掉對應的服務等等。

3.網路傳輸

數據傳輸採用什麼協議，數據該如何序列化和反序列化

4.NIO通訊

當前很多RPC框架都直接基於netty這一IO通訊框架，比如阿里巴巴的HSF、dubbo，Hadoop Avro，推薦使用Netty 作為底層通訊框架。

5.服務調用

比如：B機器進行本地調用（通過代理Proxy）之後得到了返回值，此時還需要再把返回值發送回A機器，同樣也需要經過序列化操作，然後再經過網路傳輸將二進位數據發送回A機器，而當A機器接收到這些返回值之後，則再次進行反序列化操作

總之，要實現一個RPC不算難，難的是實現一個高性能高可靠的RPC框架，如果還想更加深入了解請查看Dubbo源碼剖析，看看Dubbo是如何來解決這些難題。

關於作者：mikechen，十餘年BAT架構經驗，資深技術專家，曾任職阿里、淘寶、百度。

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Tags: Dubbo JAVA 中間件大廠架構面試乾貨合集