go 语言中 RPC

golang_real.jpg

微服务已经 hot 了一段时间，自己作为 web 开发人员当然也不由自主想研究研究微服务，不过微服务的整个知识体系过于庞大，要掌握的概念和技术太多，一时有点吃不消。个人为了生计又没有大块时间去搞。不过还是难舍微服务，最近学习了 go 语言，想一块一块地吃掉微服务，先从 go 和容器入手。

我们知道微服务之间是需要相互调用和通讯的，一般会采用 RPC 来实现不同语言不用服务间的调用和通讯。那么我就先从 RPC 入手来学习微服务。

RPC 框架的特点

所谓的特点就是他能够满足那些需求，RPC 框架要实现以上目的需要满足以下需求

  • 序列化（GOB）语言单一

  • 上下文管理（超时控制）

  • 拦截器（鉴权、统计和限流）

  • 跨语言

  • 服务注册

  • Call ID：由于客户端和服务端运行在不同进程，为了让客户端和服务端都了解调用了哪个函数，需要在两端维护一个函数到Call ID 的映射表，客户端根据表获取函数的 Call ID，发起请求，服务端根据 Call ID 来执行对应的函数，返回值给客户端。

  • 序列化和反序列化：在本地调用时候函数是从栈中获取参数运行函数。而远程调用时候，如果需要在不同语言间相互调用函数，需要将参数进行序列化然后以字节流方式传递给服务端，服务端在反序列化来得到参数

  • 网络传输：客户端和服务端间的调用往往是通过网络完成。只要能传递数据就行，与协议无关，可以使用 TCP 或 UDP。gRcp 使用的 HTTP2 。

什么是 RPC

RPC是指远程过程调用，也就是说两台服务器A，B，一个应用部署在A服务器上，想要调用B服务器上应用提供的函数/方法，由于不在一个内存空间，不能直接调用，需要通过网络来表达调用的语义和传达调用的数据。

为什么需要 RPC 呢

因为 RPC 是分布式系统中不同节点间流行的通讯方式，在互联网时代，RPC 和 IPC 一样成为不可或缺的基础构建。在 Go 语言的标准库也提供了简单的 RPC 的实现。

RPC 在服务间调用流程

屏幕快照 2019-04-24 下午8.21.15.png

我们通过上面图来看，这个流程比较清晰，也不难理解。

  1. 调用客户端句柄，执行传送参数
  2. 调用本地系统内核发送网络消息
  3. 消息传送至远程机器
  4. 服务器句柄得到消息并取得参数
  5. 执行远程过程
  6. 执行过程将结果返回给服务器句柄
  7. 服务器句柄返回结果，调用远程系统内核
  8. 消息传回本地主机
  9. 客户句柄由内核接收消息
  10. 客户接收句柄返回的数据

有了上面理论基础，我们基于理论来实现。

type RPCService struct{}

创建一个RPCService服务，随后将其进行注册

func (s *RPCService) Hello(request string, reply *string) error{
    *reply = "Hello " + request
    return nil
}
  • 函数必须是外部可以访问函数，函数名需要首字母大写
  • 函数需要有两个参数
    1. 第一个参数接收的参数
    2. 第二个参数是返回给客户端的参数，而且需要是指针类型
  • 函数还需要有一个 error 返回值
rpc.RegisterName("RPCService",new(RPCService))

注册rpc服务

listener, err := net.Listen("tcp",":1234")

创建 tcp 服务端口号为 1234 用于 rpc 服务。

    conn, err := listener.Accept()

    if err != nil{
        log.Fatal("Accept error:", err)
    }

    rpc.ServeConn(conn)

服务端完整代码

package main

import(
    // "fmt"
    "log"
    "net"
    "net/rpc"
)

type RPCService struct{}

func (s *RPCService) Hello(request string, reply *string) error{
    *reply = "Hello " + request
    return nil
}

func main() {
    rpc.RegisterName("RPCService",new(RPCService))

    listener, err := net.Listen("tcp",":1234")
    if err != nil{
        log.Fatal("ListenTCP error:",err)
    }

    conn, err := listener.Accept()

    if err != nil{
        log.Fatal("Accept error:", err)
    }

    rpc.ServeConn(conn)
}

客户端代码

client, err := rpc.Dial("tcp","localhost:1234")

客户端调用 RPC 服务，然后通过client.Call调用具体的RPC方法。

err = client.Call("RPCService.Hello","World",&reply)

在调用client.Call时，第一个参数是用点号链接的RPC服务名字和方法名字，第二和第三个参数分别我们定义RPC方法的两个参数。


package main

import(
    "fmt"
    "log"
    "net/rpc"
)

func main() {
    client, err := rpc.Dial("tcp","localhost:1234")

    if err != nil{
        log.Fatal("dialing:", err)
    }

    var reply string
    err = client.Call("RPCService.Hello","World",&reply)

    if err != nil{
        log.Fatal("call Hello method of RPCService:",err)
    }

    fmt.Println(reply)
}

我们先后启动服务端和客户端就可以看到下面效果

Hello World

下面更加贴近实际来写一个基于 HTTP 的 RPC 服务，服务提供两个数四则运算。

rpcService := new(RPCService)
    rpc.Register(rpcService)
    rpc.HandleHTTP()

这里的注册方式略有不同，但是大同小异相信大家一看就懂。
服务端完整代码

package main

import(
    "errors"
    "fmt"
    "net/http"
    "net/rpc"
)

type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

type RPCService int

func (t *RPCService) Add(args *Args, reply *int) error{
    *reply = args.A - args.B
    return nil
}

func (t *RPCService) Multiply(args *Args, reply *int) error{
    *reply = args.A * args.B
    return nil
}

func (t *RPCService) Divide(args *Args, quo *Quotient) error{
    if args.B == 0{
        return errors.New("divide by zero")
    }
    quo.Quo = args.A / args.B
    quo.Rem = args.A % args.B
    return nil
}


func main() {
    rpcService := new(RPCService)
    rpc.Register(rpcService)
    rpc.HandleHTTP()
    
    err := http.ListenAndServe(":1234",nil)
    if err != nil{
        fmt.Println(err.Error())
    }
}

package main

import(
    "fmt"
    "log"
    "net/rpc"
    "os"
)

type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

func main()  {
    if len(os.Args) != 2{
        fmt.Println("Usage: ", os.Args[0],"server")
        os.Exit(1)
    }
    serverAddress := os.Args[1]

    client, err := rpc.DialHTTP("tcp",serverAddress + ":1234")
    if err != nil {
        log.Fatal("dialing: ", err)
    }

    args := Args{17, 8}
    var reply int
    err = client.Call("RPCService.Add",args, &reply)
    if err != nil{
        log.Fatal("RPCService error: ", err)
    }
    fmt.Printf("RPCService: %d + %d = %d\n", args.A, args.B, &reply)

    var quot Quotient
    err = client.Call("RPCService.Divide",args, &quot)
    if err != nil{
        log.Fatal("RPCService error: ",err)
    }

    fmt.Printf("RPCService: %d/%d=%d remainder %d\n",args.A, args.B, quot.Quo,quot.Rem)
}

RPCService: 17 + 8 = 824634312296
RPCService: 17/8=2 remainder 1

其实在实际开发中我们还需要对其进行改造，例如让 rpc 请求可以获得一个 context 对象，其中包含用户信息等，然后可以对 rpc 进行超时处理。

JSONRPC

Go语言内置的 RPC 框架已经支持在 Http 协议上提供 RPC 服务。但是 Http 服务内置采用了 GOB 协议。编码不是 JSON 编码，不方便其他语言调用。不过 go 提供 JsonRPC 的 RPC 服务支持，我们来看一看怎么用代码实现。

服务端代码

package main

import(
    "errors"
    "fmt"
    "net"
    "net/rpc"
    "net/rpc/jsonrpc"
    // "os"
)

type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

type RPCService int
func (t *RPCService) Multiply(args *Args, reply *int) error{
    *reply = args.A * args.B
    return nil
}

func (t *RPCService) Divide(args *Args, quo *Quotient) error{
    if args.B == 0{
        return errors.New("divide by zero")
    }
    quo.Quo = args.A / args.B
    quo.Rem = args.A % args.B
    return nil
}

func main() {
    rpcService := new(RPCService)
    rpc.Register(rpcService)

    tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp",":1234")
    checkError(err)
    

    listener, err := net.ListenTCP("tcp",tcpAddr)
    checkError(err)

    for{
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil{
            continue
        }
        jsonrpc.ServeConn(conn)
    }


}

func checkError(err error){
    if err != nil{
        fmt.Println("Fatal error ", err.Error())
    }
}

客户端代码

package main

import(
    "fmt"
    "log"
    "net/rpc/jsonrpc"
    "os"
)

type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

func main()  {
    if len(os.Args) != 2{
        fmt.Println("Usage: ", os.Args[0],"server")
        log.Fatal(1)
    }
    serverAddress := os.Args[1]

    client, err := jsonrpc.Dial("tcp",serverAddress + ":1234")
    if err != nil {
        log.Fatal("dialing: ", err)
    }

    args := Args{17, 8}

    var quot Quotient
    err = client.Call("RPCService.Divide",args, &quot)
    if err != nil{
        log.Fatal("RPCService error: ",err)
    }

    fmt.Printf("RPCService: %d/%d=%d remainder %d\n",args.A, args.B, quot.Quo,quot.Rem)
}
grpc_square_reverse_4x.png
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