GoLong的学习之路，进阶，微服务之使用，RPC包（包括源码分析）

今天这篇是接上上篇RPC原理之后这篇是讲如何使用go本身自带的标准库RPC。这篇篇幅会比较短。重点在于上一章对的补充。

文章目录

RPC包的概念
使用RPC包
服务器代码分析
- 如何实现的？
- - 总结
  - Server还提供了两个注册服务的方法
客户端代码分析
- 如何实现的？
- - 如何异步编程同步？
  - 总结
codec／序列化框架
- 使用JSON协议的RPC

RPC包的概念

回顾RPC原理

看完回顾后其实就可以继续需了解并使用go中所提供的包。

Go语言的 rpc 包提供对通过网络或其他i/o连接导出的对象方法的访问，服务器注册一个对象，并把它作为服务对外可见（服务名称就是类型名称）。

注册后，对象的导出方法将支持远程访问。服务器可以注册不同类型的多个对象(服务) ，但是不支持注册同一类型的多个对象。

Go官方提供了一个RPC库: net/rpc。

包rpc提供了通过网络访问一个对象的输出方法的能力。

服务器需要注册对象，通过对象的类型名暴露这个服务。

注册后这个对象的输出方法就可以远程调用，这个库封装了底层传输的细节，包括序列化(默认GOB序列化器)。

对象的方法要能远程访问，它们必须满足一定的条件，否则这个对象的方法会被忽略：

方法的类型是可输出的
方法本身是可输出的
方法必须由两个参数，必须是输出类型或者是内建类型
方法的第二个参数必须是指针类型
方法返回类型为error

所以一个输出方法的格式如下:

func (t *T) MethodName(argType T1, replyType *T2) error

这里的T、T1、T2能够被encoding/gob序列化，即使使用其它的序列化框架，将来这个需求可能回被弱化。

第一个参数（T1）代表调用者(client)提供的参数
第二个参数（*T2）代表要返回给调用者的计算结果
方法的返回值如果不为空，那么它作为一个字符串返回给调用者(所以需要一个序列化框架)
如果返回error，则reply参数不会返回给调用者

使用RPC包

简单例子，是一个非常简单的服务。

在这里插入图片描述
我们在这个里面就搞1和12就好:

在这个例子中定义了一个简单的RPC服务器和客户端，使用的方法是一个

第一步需要定义传入参数和返回参数的数据结构

type Args struct {
    A, B int
}
type Quotient struct {
    Quo, Rem int
}

第二步定义一个服务对象，这个服务对象可以很简单。

比如类型是int或者是interface{},重要的是它输出的方法。

type Arith int

第三步实现这个类型的两个方法，乘法和除法：

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

第四步实现RPC服务器: 基于tcp实现

生成了一个Arith对象，并使用rpc.Register注册这个服务，然后通过HTTP暴露出来

arith := new(Arith)
rpc.Register(arith)
rpc.HandleHTTP()
l, e := net.Listen("tcp", ":9091")
if e != nil {
    log.Fatal("listen error:", e)
}
go http.Serve(l, nil)
select{
}

客户端可以看到服务Arith以及它的两个方法Arith.Multiply和Arith.Divide

第五步创建一个客户端，建立客户端和服务器端的连接: 分为同步调用和异步调用(都是远程调用)

同步调用：

client, err := rpc.DialHTTP("tcp", "127.0.0.1:9091")
if err != nil {
    log.Fatal("dialing:", err)
}

args := &server.Args{7,8}
var reply int
err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
if err != nil {
    log.Fatal("arith error:", err)
}
fmt.Printf("Arith: %d*%d=%d", args.A, args.B, reply)

异步调用：

client, err := rpc.DialHTTP("tcp", "127.0.0.1:9091")
if err != nil {
    log.Fatal("dialing:", err)
}
quotient := new(Quotient)
divCall := client.Go("Arith.Divide", args, quotient, nil)
replyCall := <-divCall.Done    // will be equal to divCall
// check errors, print, etc.

完整的例子：

创建一个service.go 的文件用来保存结构体对象以及方法

package main

import "errors"

type Args struct {
	A, B int
}

type Quotient struct {
	Quo, Rem int
}

type Arith int

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

创建一个RPC服务端，server.go

package main

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

func main() {
	arith := new(Arith)
	rpc.Register(arith)
	rpc.HandleHTTP()
	l, e := net.Listen("tcp", ":9091")
	if e != nil {
		log.Fatal("listen error:", e)
	}
	go http.Serve(l, nil)
	select {}
}

创建一个客户端，client.go

package main

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

func main() {
	// 建立HTTP连接
	client, err := rpc.DialHTTP("tcp", "127.0.0.1:9091")
	if err != nil {
		log.Fatal("dialing:", err)
	}

	// 同步调用
	args := &Args{7, 8}
	var reply int
	err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
	if err != nil {
		log.Fatal("arith error:", err)
	}
	fmt.Printf("Arith: %d*%d=%d", args.A, args.B, reply)
	// 异步调用
	quotient := new(Quotient)
	divCall := client.Go("Arith.Divide", args, quotient, nil)
	replyCall := <-divCall.Done // will be equal to divCall
	// check errors, print, etc.
	fmt.Println(replyCall.Error)
	fmt.Println(quotient)
}

打开终端：

先启动服务器：

go run server.go service.go

在打开一个终端：

最后启动一个客户端：

go run client.go service.go

结果为：
在这里插入图片描述

服务器代码分析

Server的很多方法你可以直接调用，这对于一个简单的Server的实现更方便，但是你如果需要配置不同的Server，

比如不同的监听地址或端口，就需要自己生成Server:

var DefaultServer = NewServer()

Server有多种Socket监听的方式:

    func (server *Server) Accept(lis net.Listener)
    func (server *Server) HandleHTTP(rpcPath, debugPath string)
    func (server *Server) ServeCodec(codec ServerCodec)
    func (server *Server) ServeConn(conn io.ReadWriteCloser)
    func (server *Server) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request)
    func (server *Server) ServeRequest(codec ServerCodec) error

ServeHTTP: 实现了处理 http请求的业务逻辑，它首先处理http的CONNECT请求，接收后就Hijacker这个连接conn，然后调用ServeConn在这个连接上处理这个客户端的请求。
- 其实是实现了 http.Handler接口，我们一般不直接调用这个方法。
  - Server.HandleHTTP设置rpc的上下文路径
  - rpc.HandleHTTP使用默认的上下文路径｀
  - DefaultRPCPath
  - DefaultDebugPath
- 当你启动一个http server的时候 http.ListenAndServe，面设置的上下文将用作RPC传输，这个上下文的请求会教给ServeHTTP来处理
- 以上是RPC over http的实现，可以看出 net/rpc只是利用 http CONNECT建立连接，这和普通的 RESTful api还是不一样的。
- （源码）

func (server *Server) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
	if req.Method != "CONNECT" {
		w.Header().Set("Content-Type", "text/plain; charset=utf-8")
		w.WriteHeader(http.StatusMethodNotAllowed)
		io.WriteString(w, "405 must CONNECT\n")
		return
	}
	conn, _, err := w.(http.Hijacker).Hijack()
	if err != nil {
		log.Print("rpc hijacking ", req.RemoteAddr, ": ", err.Error())
		return
	}
	io.WriteString(conn, "HTTP/1.0 "+connected+"\n\n")
	server.ServeConn(conn)
}

如何实现的？

Accept用来处理一个监听器，一直在监听客户端的连接，一旦监听器接收了一个连接，则还是交给ServeConn在另外一个goroutine中去处理：(源码)

//Accept接受侦听器上的连接并提供请求
//每个传入连接。接受阻塞，直到监听器
//返回非nil错误。对象中调用Accept
//go语句
func (server *Server) Accept(lis net.Listener) {
	for {
		conn, err := lis.Accept()
		if err != nil {
			log.Print("rpc.Serve: accept:", err.Error())
			return
		}
		go server.ServeConn(conn)
	}
}

协程进入ServeConn可以看出，很重要的一个方法就是ServeConn

// ServeConn在单连接上运行服务器。
// ServeConn阻塞，服务连接，直到客户端挂起。
//调用者通常在go语句中调用ServeConn。
// ServeConn使用gob连接格式(参见包gob)
//连接。要使用备用编解码器，请使用ServeCodec。
//有关并发访问的信息，请参阅NewClient的注释。.
func (server *Server) ServeConn(conn io.ReadWriteCloser) {
	buf := bufio.NewWriter(conn)
	srv := &gobServerCodec{
		rwc:    conn,
		dec:    gob.NewDecoder(conn),
		enc:    gob.NewEncoder(buf),
		encBuf: buf,
	}
	server.ServeCodec(srv)
}

连接其实是交给一个ServerCodec去处理，这里默认使用gobServerCodec去处理，这是一个未输出默认的编解码器，可以使用其它的编解码器。

// ServeCodec类似于ServeConn，但使用指定的编解码器来
//解码请求和编码响应。
func (server *Server) ServeCodec(codec ServerCodec) {
	sending := new(sync.Mutex)
	wg := new(sync.WaitGroup)
	for {
		service, mtype, req, argv, replyv, keepReading, err := server.readRequest(codec)
		if err != nil {
			if debugLog && err != io.EOF {
				log.Println("rpc:", err)
			}
			if !keepReading {
				break
			}
			// send a response if we actually managed to read a header.
			if req != nil {
				server.sendResponse(sending, req, invalidRequest, codec, err.Error())
				server.freeRequest(req)
			}
			continue
		}
		wg.Add(1)
		go service.call(server, sending, wg, mtype, req, argv, replyv, codec)
	}
	//我们已经看到没有更多的请求。
	//在关闭编解码器之前等待响应。
	wg.Wait()
	codec.Close()
}

它其实一直从连接中读取请求，然后调用go service.call在另外的goroutine中处理服务调用。

总结

对象重用。 Request和Response都是可重用的，通过Lock处理竞争。这在大并发的情况下很有效。
使用了大量的goroutine。如果使用一定数量的goroutine作为worker池去处理这个case，可能还会有些性能的提升，但是更复杂了。使用goroutine可以获得了非常好的性能。
业务处理是异步的，服务的执行不会阻塞其它消息的读取。
一个codec实例必然和一个connnection相关，因为它需要从connection中读取request和发送response。

go的rpc官方库的消息(request和response)的定义很简单，就是消息头(header)+内容体(body)。
消息体是reply类型的序列化后的值。

type Request struct {
        ServiceMethod string // format: "Service.Method"
        Seq           uint64 // 客户端选择的序列号
        // 包含过滤或未导出的字段
}

Server还提供了两个注册服务的方法

第二个方法为服务起一个别名，否则服务名已它的类型命名

    func (server *Server) Register(rcvr interface{}) error
    func (server *Server) RegisterName(name string, rcvr interface{}) error

它们俩底层调用register进行服务的注册(这里的源码太多就不放了)

func (server *Server) register(rcvr interface{}, name string, useName bool) error

受限于Go语言的特点，我们不可能在接到客户端的请求的时候，根据反射动态的创建一个对象，就是Java那样。

因此在Go语言中，我们需要预先创建一个服务map这是在编译的时候完成的
说白了这里需要建立一个注册名与服务之间的映射关系

server.serviceMap = make(map[string]*service)

同时每个服务还有一个方法map: map[string]*methodType,通过suitableMethods建立映射:

func suitableMethods(typ reflect.Type, reportErr bool) map[string]*methodType

这样rpc在读取请求header，通过查找这两个map，就可以得到要调用的服务及它的对应方法了。

func (s *service) call(server *Server, sending *sync.Mutex, wg *sync.WaitGroup, mtype *methodType, req *Request, argv, replyv reflect.Value, codec ServerCodec) {
	if wg != nil {
		defer wg.Done()
	}
	mtype.Lock()
	mtype.numCalls++
	mtype.Unlock()
	function := mtype.method.Func
	// 调用该方法，为应答提供一个新值。
	returnValues := function.Call([]reflect.Value{s.rcvr, argv, replyv})
	// 该方法的返回值是一个错误。.
	errInter := returnValues[0].Interface()
	errmsg := ""
	if errInter != nil {
		errmsg = errInter.(error).Error()
	}
	server.sendResponse(sending, req, replyv.Interface(), codec, errmsg)
	server.freeRequest(req)
}

客户端代码分析

客户端要建立和服务器的连接

 	func Dial(network, address string) (*Client, error)
    func DialHTTP(network, address string) (*Client, error)
    func DialHTTPPath(network, address, path string) (*Client, error)
    func NewClient(conn io.ReadWriteCloser) *Client
    func NewClientWithCodec(codec ClientCodec) *Client

如何实现的？

DialHTTP 和 DialHTTPPath是通过HTTP的方式和服务器建立连接，他俩的区别之在于是否设置上下文路径:

// DialHTTPPath连接HTTP RPC服务器在指定的网络地址和路径上
func DialHTTPPath(network, address, path string) (*Client, error) {
	conn, err := net.Dial(network, address)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	io.WriteString(conn, "CONNECT "+path+" HTTP/1.0\n\n")

	// 在切换到RPC协议之前，需要成功的HTTP响应
	resp, err := http.ReadResponse(bufio.NewReader(conn), &http.Request{Method: "CONNECT"})
	if err == nil && resp.Status == connected {
		return NewClient(conn), nil
	}
	if err == nil {
		err = errors.New("unexpected HTTP response: " + resp.Status)
	}
	conn.Close()
	return nil, &net.OpError{
		Op:   "dial-http",
		Net:  network + " " + address,
		Addr: nil,
		Err:  err,
	}
}

首先发送 CONNECT 请求，如果连接成功则通过NewClient(conn)创建client。

Dial则通过TCP直接连接服务器

// Dial连接到指定网络地址的RPC服务器
func Dial(network, address string) (*Client, error) {
	conn, err := net.Dial(network, address)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return NewClient(conn), nil
}

注意：根据服务是over HTTP还是 over TCP选择合适的连接方式

NewClient则创建一个缺省codec为glob序列化库的客户端

// NewClient返回一个新的Client来处理到连接另一端的服务集合。
//在连接的写端添加一个缓冲区,报头和有效载荷作为一个单元发送。
//
//连接的读写部分是独立序列化的，不需要联锁。然而，每一半都可以访问并发，所以conn的实现应该防止,并发读或并发写。
func NewClient(conn io.ReadWriteCloser) *Client {
	encBuf := bufio.NewWriter(conn)
	client := &gobClientCodec{conn, gob.NewDecoder(conn), gob.NewEncoder(encBuf), encBuf}
	return NewClientWithCodec(client)
}

如果想用其它的序列化库，你可以调用NewClientWithCodec方法 一般用来做RPC框架的

// NewClientWithCodec类似于NewClient，但使用指定的编码请求和解码响应。
func NewClientWithCodec(codec ClientCodec) *Client {
	client := &Client{
		codec:   codec,
		pending: make(map[uint64]*Call),
	}
	go client.input()
	return client
}

重要的是input方法，它以一个死循环的方式不断地从连接中读取response,然后调用map中读取等待的Call.Done channel通知完成。(这个其实有点令牌扫描的作用，消息队列中有说)

消息的结构和服务器一致，都是Header+Body的方式

客户端的调用有两个方法: Go 和 Call

Go方法是异步的，它返回一个 Call指针对象，它的Done是一个channel，如果服务返回，Done就可以得到返回的对象(实际是Call对象，包含Reply和error信息)。
Call 方法是同步的，它实际是调用Go实现的。

如何异步编程同步？

func (client *Client) Call(serviceMethod string, args interface{}, reply interface{}) error {
    call := <-client.Go(serviceMethod, args, reply, make(chan *Call, 1)).Done
    return call.Error
}

从一个Channel中读取对象会被阻塞住，直到有对象可以读取，这种实现很简单，也很方便。

总结

从源码中：我们还可以学到锁Lock的一种实用方式，也就是尽快的释放锁，而不是defer mu.Unlock直到函数执行到最后才释放，那样锁占用的时间太长了。

codec／序列化框架

rpc框架默认使用gob序列化库，很多情况下我们追求更好的效率的情况下，或者追求更通用的序列化格式，我们可能采用其它的序列化方式，比如protobuf, json, xml等。

市面上也有许多序列化框架。速度快而且非常好用。gRPC是互联网后台常用的RPC框架，其内部是由protobuf协议完成通讯。这个后面再讲。

（JDK Serializable、FST、Kryo、Protobuf、Thrift、Hession和Avro，Fury）
在这里插入图片描述

Fury是最新的序列化框架：号称比jdk 快170倍，后面会讲的 支持多种语言

Go官方库实现了JSON-RPC 1.0。JSON-RPC是一个通过JSON格式进行消息传输的RPC规范，因此可以进行跨语言的调用。

Go的net/rpc/jsonrpc库可以将JSON-RPC的请求转换成自己内部的格式:

func (c *serverCodec) ReadRequestHeader(r *rpc.Request) error {
    c.req.reset()
    if err := c.dec.Decode(&c.req); err != nil {
        return err
    }
    r.ServiceMethod = c.req.Method
    c.mutex.Lock()
    c.seq++
    c.pending[c.seq] = c.req.Id
    c.req.Id = nil
    r.Seq = c.seq
    c.mutex.Unlock()
    return nil
}

使用JSON协议的RPC

rpc 包默认使用的是 gob 协议对传输数据进行序列化/反序列化，比较有局限性。

将例子进行修改:
服务器端：

package main

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

func main() {
	arith := new(Arith)
	rpc.Register(arith)
	l, e := net.Listen("tcp", ":9091")
	if e != nil {
		log.Fatal("listen error:", e)
	}
	for {
		conn, _ := l.Accept()
		// 使用JSON协议
		rpc.ServeCodec(jsonrpc.NewServerCodec(conn))
	}
}

客户端：

package main

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

func main() {
	// 建立HTTP连接
	conn, err := net.Dial("tcp", "127.0.0.1:9091")
	if err != nil {
		log.Fatal("dialing:", err)
	}
	client := rpc.NewClientWithCodec(jsonrpc.NewClientCodec(conn))
	// 同步调用
	args := &Args{7, 8}
	var reply int
	err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
	if err != nil {
		log.Fatal("arith error:", err)
	}
	fmt.Printf("Arith: %d*%d=%d", args.A, args.B, reply)
	// 异步调用
	quotient := new(Quotient)
	divCall := client.Go("Arith.Divide", args, quotient, nil)
	replyCall := <-divCall.Done // will be equal to divCall
	// check errors, print, etc.
	fmt.Println(replyCall.Error)
	fmt.Println(quotient)
}