【分布式理论六】分布式调用（4）：服务间的远程调用（RPC）

一、RPC 调用过程

RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用）是一种让不同网络节点上的服务相互调用的技术。它的核心目标是屏蔽远程调用的复杂性，使远程服务的调用方式如同本地调用一样简单。在分布式系统中，RPC 通过封装底层网络通信细节，提高了服务调用的可用性和开发效率。

RPC 调用流程包括：

1. 动态代理：客户端通过代理对象调用远程方法。
2. 序列化：将请求数据转换为二进制格式，便于传输。
3. 协议编码：增加数据包的协议标识和长度信息。
4. 网络传输：通过网络传递数据包。
5. 协议解码：服务端解析请求包。
6. 反序列化：将二进制数据转换回原始对象。
7. 执行方法：调用对应的远程方法并处理请求。
8. 响应返回：按照相同的序列化、网络传输等流程将响应结果返回给调用方。

二、RPC 动态代理：屏蔽远程通讯细节

动态代理（Dynamic Proxy）是 Java 提供的一种机制，允许在运行时动态创建代理对象，拦截方法调用，并在调用前后执行额外的逻辑。

在 RPC 场景中，动态代理的主要作用是屏蔽底层的远程通信细节，让客户端可以像调用本地方法一样调用远程服务。

1. 动态代理示例

示例代码：

public interface ServerProvider {
    void sayHello(String str);
}

public class ServerProviderImpl implements ServerProvider {
    @Override
    public void sayHello(String str) {
        System.out.println("Hello " + str);
    }
}

import java.lang.reflect.*;


/**
- `DynamicProxy` 实现了 `InvocationHandler`，用于拦截方法调用并执行代理逻辑。
- `invoke` 方法中：
    1. `method.invoke(realObject, args);` 通过反射调用真实对象的方法。
*/
public class DynamicProxy implements InvocationHandler {
    private Object realObject;
    
    public DynamicProxy(Object object) {
        this.realObject = object;
    }
    
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        return method.invoke(realObject, args);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ServerProvider realServer = new ServerProviderImpl();
        InvocationHandler handler = new DynamicProxy(realServer);
        ServerProvider proxyInstance = (ServerProvider) Proxy.newProxyInstance(
            handler.getClass().getClassLoader(),
            realServer.getClass().getInterfaces(),
            handler);
        proxyInstance.sayHello("world");
    }
}

通过动态代理，客户端不直接依赖于 ServerProviderImpl，而是通过接口和代理类进行调用，这样：

• 解耦了客户端和服务端，不需要在客户端硬编码调用远程方法。
• 方便在代理类中加入 RPC 逻辑，比如序列化、网络传输等。
• 增强扩展性，可以在 invoke 方法中添加日志、权限校验、负载均衡等功能。

2. 如何将动态代理应用于 RPC

(1) 在代理类中加入远程调用逻辑
(2) 客户端使用代理调用远程服务

@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    // 1. 构造 RPC 请求
    RpcRequest request = new RpcRequest();
    request.setMethodName(method.getName());
    request.setParameters(args);

    // 2. 发送请求到远程服务
    RpcResponse response = RpcClient.sendRequest(request);

    // 3. 解析响应并返回结果
    return response.getResult();
}


ServerProvider serverProvider = (ServerProvider) Proxy.newProxyInstance(
    getClass().getClassLoader(),
    new Class[]{ServerProvider.class},
    new RpcDynamicProxy("http://remote-server")
);
serverProvider.sayHello("world");

如果想进一步实现 RPC 的完整流程，可以加入序列化、网络传输、反序列化等模块，搭建一个真正的 RPC 组件！

三、RPC 序列化

序列化是将对象转换成字节流的过程，而反序列化则是恢复对象的过程。常见的序列化方式包括：

• JSON：易读易用，但额外空间开销较大。
• Hessian：二进制格式，序列化后字节数小，性能优于 JSON。
• Protobuf：高效、跨语言支持，适用于大规模分布式应用。
• Thrift：Facebook 开源的高效序列化框架，结合了 RPC 服务框架。

四、RPC 协议编码

1. 协议编码的作用

有了序列化功能，就可以将客户端的请求对象转化成字节流在网络上传输了，这个字节流转换为二进制信息以后会写入本地的 Socket 中，然后通过网卡发送到服务端。从编程角度来看，每次请求只会发送一个请求包，但是从网络传输的角度来看，网络传输过程中会将二进制包拆分成很多个数据包，这一点也可以从 TCP 传输数据的原理看出。拆分后的多个二进制包会同时发往服务端，服务端接收到这些数据包以后，将它们合并到一起，再进行反序列化以及后面的操作。

实际上，协议编码要做的事情就是对同一次网络请求的数据包进行拆分，并且为拆分得到的每个数据包定义边界、长度等信息。

2. RPC 协议消息组成

RPC 协议消息由 消息头 和 消息体 组成：

• 消息头 包含协议标识、数据长度、请求类型等信息。
• 消息体 是序列化后的数据。

协议编码的核心目标是确保数据包正确地分片、合并，并提供必要的描述信息，保障网络传输的可靠性。

消息头部分主要存放消息本身的描述信息，如图所示。

五、RPC 网络传输

1. 网络传输流程

在 RPC 调用中，服务调用方（Client）需要发送请求给服务提供方（Server），然后等待服务器处理并返回响应数据。在这个过程中，数据在应用程序、操作系统内核、网络传输三个层次之间流动，并涉及多个数据复制操作。

从示意图中可以看出，数据的流转主要分为两部分：

• 请求发送过程（客户端 -> 服务器）
• 响应接收过程（服务器 -> 客户端）

对于请求发送流程（Client -> Server），服务调用方（Client）发起 RPC 请求，其数据流动过程如下：

响应接收流程（Server -> Client）：服务提供方（Server）处理完请求后，将结果返回给客户端，数据流动过程如下：

2. 关键优化点

RPC 网络传输过程涉及多个阶段，包括数据在应用缓冲区、内核缓冲区、网络传输中的流转。优化 RPC 传输的关键在于减少数据复制、优化网络通信、使用异步 I/O 机制，提高整体性能。