如何从0到1设计一个类Dubbo的RPC框架

之前分享了如何从0到1设计一个MQ消息队列，今天谈谈“如何从0到1设计一个Dubbo的RPC框架”，重点考验：

•  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。

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。

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。

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mikechen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

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

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。

•  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，如果还想更加深入了解请查看Dubbo源码剖析，看看Dubbo是如何来解决这些难题。

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关于作者：mikechen，十余年BAT架构经验，资深技术专家，曾任职阿里、淘宝、百度。

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