RPC框架理及从零实现系列文章(二):11个类实现简单RPC框架

Java基础

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2020-5-30

项目1.0版本源码

github:MeiZhuoRPC

上一博文中 跟大家讲了RPC的实现思路 思路毕竟只是思路 那么这篇就带着源码给大家讲解下实现过程中的各个具体问题

读懂本篇需要的基本知识 若尚未清晰请自行了解后再阅读本文

  • java动态代理
  • netty框架的基本使用
  • spring的基本配置

最终项目的使用如下

/**
 *调用端代码及spring配置
 */
@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@ContextConfiguration(locations={"file:src/test/java/rpcTest/ClientContext.xml"})
public class Client {

    @Test
    public void start(){
        Service service= (Service) RPC.call(Service.class);
        System.out.println("测试Integer,Double类型传参与返回String对象:"+service.stringMethodIntegerArgsTest(233,666.66));
        //输出string233666.66
    }

}

/**
 *Service抽象及其实现
 *调用与实现端共同依赖Service
 */
public interface Service {
    String stringMethodIntegerArgsTest(Integer a,Double b);
}
/**
 * ServiceImpl实现端对接口的具体实现
*/
public class ServiceImpl implements Service {
    @Override
    public String stringMethodIntegerArgsTest(Integer a, Double b) {
        return "String"+a+b;
    }
}

1.0版本分3个包

  • Client 调用端
  • Server 实现端
  • Core 核心方法

首先看这句代码

调用端只需如此调用 定义接口 传入接口类类型 后面调用的接口内的方法 全部是由实现端实现

Service service= (Service) RPC.call(Service.class);

这句的作用其实就是生成调用端的动态代理

/**
     * 暴露调用端使用的静态方法 为抽象接口生成动态代理对象
     * TODO 考虑后面优化不在使用时仍需强转
     * @param cls 抽象接口的类类型
     * @return 接口生成的动态代理对象
     */
    public static Object call(Class cls){
        RPCProxyHandler handler=new RPCProxyHandler();
        Object proxyObj=Proxy.newProxyInstance(cls.getClassLoader(),new Class<?>[]{cls},handler);
        return proxyObj;
    }

RPCProxyHandler为动态代理的方法被调用后的回调方法 每个方法被调用时都会执行这个invoke

/**
     * 代理抽象接口调用的方法
     * 发送方法信息给服务端 加锁等待服务端返回
     * @param proxy
     * @param method
     * @param args
     * @return
     * @throws Throwable
     */
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        RPCRequest request=new RPCRequest();
        request.setRequestID(buildRequestID(method.getName()));
        request.setClassName(method.getDeclaringClass().getName());//返回表示声明由此 Method 对象表示的方法的类或接口的Class对象
        request.setMethodName(method.getName());
//        request.setParameterTypes(method.getParameterTypes());//返回形参类型
        request.setParameters(args);//输入的实参
        RPCRequestNet.requestLockMap.put(request.getRequestID(),request);
        RPCRequestNet.connect().send(request);
        //调用用结束后移除对应的condition映射关系
        RPCRequestNet.requestLockMap.remove(request.getRequestID());
        return request.getResult();//目标方法的返回结果
    }

也就是收集对应调用的接口的信息 然后send给实现端 那么这个requestLockMap又是作何作用的呢

  • 由于我们的网络调用都是异步
  • 但是RPC调用都要做到同步 等待这个远程调用方法完全返回后再继续执行
  • 所以将每个请求的request对象作为对象锁 每个请求发送后加锁 等到网络异步调用返回后再释放所
  • 生成每个请求的ID 这里我用随机数加时间戳
  • 将请求ID和请求对象维护在静态全局的一个map中 实现端通过ID来对应是哪个请求
  • 异步调用返回后 通过ID notify唤醒对应请求对象的线程 netty异步返回的调用 释放对象锁
@Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
        String responseJson= (String) msg;
        RPCResponse response= (RPCResponse) RPC.responseDecode(responseJson);
        synchronized (RPCRequestNet.requestLockMap.get(response.getRequestID())) {
            //唤醒在该对象锁上wait的线程
            RPCRequest request= (RPCRequest) RPCRequestNet.requestLockMap.get(response.getRequestID());
            request.setResult(response.getResult());
            request.notifyAll();
        }
    }

接下来是RPCRequestNet.connect().send(request);方法 connect方法其实是单例模式返回RPCRequestNet实例 RPCRequestNet构造方法是使用netty对实现端进行TCP链接 send方法如下

try {
            //判断连接是否已完成 只在连接启动时会产生阻塞
            if (RPCRequestHandler.channelCtx==null){
                connectlock.lock();
                //挂起等待连接成功
                System.out.println("正在等待连接实现端");
                connectCondition.await();
                connectlock.unlock();
            }
            //编解码对象为json 发送请求
            String requestJson= null;
            try {
                requestJson = RPC.requestEncode(request);
            } catch (JsonProcessingException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            ByteBuf requestBuf= Unpooled.copiedBuffer(requestJson.getBytes());
            RPCRequestHandler.channelCtx.writeAndFlush(requestBuf);
            System.out.println("调用"+request.getRequestID()+"已发送");
            //挂起等待实现端处理完毕返回 TODO 后续配置超时时间
            synchronized (request) {
                //放弃对象锁 并阻塞等待notify
                request.wait();
            }
            System.out.println("调用"+request.getRequestID()+"接收完毕");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

condition和lock同样是为了同步等待异步IO返回用的 send方法基本是编解码json后发送给实现端

调用端基本实现综上所述 代理 发送 同步锁

下面是服务端的使用和实现

/**
 *实现端代码及spring配置
 */
 @RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
 @ContextConfiguration(locations={"file:src/test/java/rpcTest/ServerContext.xml"})
 public class Server {
 
     @Test
     public void start(){
         //启动spring后才可启动 防止容器尚未加载完毕
         RPC.start();
     }
 }

出了配置spring之外 实现端就一句 RPC.start() 其实就是启动netty服务器 服务端的处理客户端信息回调如下

@Override
    public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws IOException {
        String requestJson= (String) msg;
        System.out.println("receive request:"+requestJson);
        RPCRequest request= RPC.requestDeocde(requestJson);
        Object result=InvokeServiceUtil.invoke(request);
        //netty的write方法并没有直接写入通道(为避免多次唤醒多路复用选择器)
        //而是把待发送的消息放到缓冲数组中,flush方法再全部写到通道中
//        ctx.write(resp);
        //记得加分隔符 不然客户端一直不会处理
        RPCResponse response=new RPCResponse();
        response.setRequestID(request.getRequestID());
        response.setResult(result);
        String respStr=RPC.responseEncode(response);
        ByteBuf responseBuf= Unpooled.copiedBuffer(respStr.getBytes());
        ctx.writeAndFlush(responseBuf);
    }

主要是编解码json 反射对应的方法 我们看看反射的工具类

/**
     * 反射调用相应实现类并结果
     * @param request
     * @return
     */
    public static Object invoke(RPCRequest request){
        Object result=null;//内部变量必须赋值 全局变量才不用
        //实现类名
        String implClassName= RPC.getServerConfig().getServerImplMap().get(request.getClassName());
        try {
            Class implClass=Class.forName(implClassName);
            Object[] parameters=request.getParameters();
            int parameterNums=request.getParameters().length;
            Class[] parameterTypes=new Class[parameterNums];
            for (int i = 0; i <parameterNums ; i++) {
                parameterTypes[i]=parameters[i].getClass();
            }
            Method method=implClass.getDeclaredMethod(request.getMethodName(),parameterTypes);
            Object implObj=implClass.newInstance();
            result=method.invoke(implObj,parameters);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return result;
    }

解析Parameters getClass获取他们的类类型 反射调用对应的方法

这里需要注意一个点

  • 本文最初采用Gson处理json 但gson默认会把int类型转为double类型 例如2变为2.0 不适用本场景 我也不想去专门适配
  • 所以换用了jackson
  • 常见json处理框架 反序列化为对象时 int,long等基本类型都会变成他们的包装类Integer Long
  • 所以本例程中 远程调度接口方法的形参不可以使用int等基本类型
  • 否则method.invoke(implObj,parameters);会找不到对应的方法报错
  • 因为parameters已经是包装类了 而method还是int这些基本类 所以找不到对应方法

最后是借助spring配置基础配置 我写了两个类 ServerConfig ClientConfig 作为调用端和服务端的配置 只需在spring中配置这两个bean 并启动IOC容器即可

调用端

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <bean class="org.meizhuo.rpc.client.ClientConfig">
        <property name="host" value="127.0.0.1"></property>
        <property name="port" value="9999"></property>
    </bean>
</beans>

实现端

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
 <beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
        xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
        xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
     <bean class="org.meizhuo.rpc.server.ServerConfig">
         <property name="port" value="9999"></property>
         <property name="serverImplMap">
             <map>
                 <!--配置对应的抽象接口及其实现-->
                 <entry key="rpcTest.Service" value="rpcTest.ServiceImpl"></entry>
             </map>
         </property>
     </bean>
 </beans>

最后有个小问题

我们的框架是作为一个依赖包引入的 我们不可能在我们的框架中读取对应的spring xml 这样完全是去了框架的灵活性 那我们怎么在运行过程中获得我们所处于的IOC容器 已获得我们的正确配置信息呢 答案是spring提供的ApplicationContextAware接口

/**
 * Created by wephone on 17-12-26.
 */
public class ClientConfig implements ApplicationContextAware {

    private String host;
    private int port;
    //调用超时时间
    private long overtime;

    public String getHost() {
        return host;
    }

    public void setHost(String host) {
        this.host = host;
    }

    public int getPort() {
        return port;
    }

    public void setPort(int port) {
        this.port = port;
    }

    public long getOvertime() {
        return overtime;
    }

    public void setOvertime(long overtime) {
        this.overtime = overtime;
    }

    /**
     * 加载Spring配置文件时,如果Spring配置文件中所定义的Bean类
     * 如果该类实现了ApplicationContextAware接口
     * 那么在加载Spring配置文件时,会自动调用ApplicationContextAware接口中的
     * @param applicationContext
     * @throws BeansException
     */
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        RPC.clientContext=applicationContext;
    }
}

这样我们在RPC类内部就维护了一个静态IOC容器的context 只需如此获取配置 RPC.getServerConfig().getPort()

 public static ServerConfig getServerConfig(){
        return serverContext.getBean(ServerConfig.class);
    }

就这样 这个RPC框架的核心部分 已经讲述完毕了

本例程仅为1.0版本 后续博客中 会加入异常处理 zookeeper支持 负载均衡策略等 博客:zookeeper支持 欢迎持续关注 欢迎star 提issue

作者:wephone