优化RPC网络通信

news2024/9/25 19:16:13

文章目录

- 什么是RPC通信
- - RPC
  - RPC框架
  - SOA
- RPC通信得重要性
- 具体优化措施
- - 1.扩展其他RPC框架.
  - 2.选择合适的通信协议
  - 3.使用单一长连接
  - 4.优化Socket通信.
  - 5.高性能的序列化协议
  - 6.量身定做报文格式

什么是RPC通信

RPC

RPC（Remote Process Call），即远程服务调用，是通过网络请求远程计算机程序服务的一种思想。也可以理解为一类行为得统称.比如常见得Http请求,或是直接socket长连接实现得请求都是RPC.

RPC框架

RPC 框架封装好了底层网络通信、序列化等技术，我们只需要在项目中引入各个服务的接口包，就可以实现在代码中调用 RPC 服务同调用本地方法一样。正因为这种方便、透明的远程调用，RPC 被广泛应用于当下企业级以及互联网项目中，是实现分布式系统的核心。

常见得RPC框架有:Thrift、gRPC

这里再简单介绍一下SOA.经常有人会搞混这两个东西.

SOA

SOA(Service-Oriented Architecture),即面向服务架构, 是一种架构思想,这种架构思想其实还是拆,怎么去拆?面向服务去拆,以服务为核心,通过服务或者服务组件来实现更高层次的复用,解耦.

而为了解决各个服务间的通信协议,序列化协议等区别,调用方式不同,通常会设定一个总线,这个总线去协调各个层次的服务调用,进行服务治理.

RPC通信得重要性

目前大型的服务架构基本都是微服务架构,而微服务的核心就是远程通信和服务治理.远程通信将各个服务联系起来,而服务治理则提供了服务的后勤保障.

我们知道服务的拆分增加了通信的成本，特别是在一些抢购或者促销的业务场景中，如果服务之间存在方法调用，比如，抢购成功之后需要调用订单系统、支付系统、券包系统等，这种远程通信就很容易成为系统的瓶颈。所以，在满足一定的服务治理需求的前提下，对远程通信的性能需求就是主要影响因素。

目前，很多微服务框架中的服务通信是基于 RPC 通信实现的，在没有进行组件扩展的前提下，SpringCloud 是基于 Http+Json 序列化实现实现的 RPC 通信(http1.0版本默认是短链接，而在http1.0以后默认是保持连接的，但只是一个单向的长连接，默认情况下只保持60s)

Dubbo 是基于 SPI 扩展了很多 RPC 通信框架，包括 RMI、Dubbo、Hessian 等 RPC 通信框架（默认是 Dubbo协议+Hessian 序列化）。这里的Dubbo协议底层其实是Socket长连接,即首次访问建立连接以后，后续网络请求使用相同的网络通道.

所以Dubbo默认的RPC通信会比SpringCloud默认的RPC通信效率更高.当然,怎样去选择还是要看具体的业务场景.

以下是基于 Dubbo:2.6.4 版本进行的简单的性能测试。分别测试 Dubbo+Protobuf 序列化以及 Http+Json 序列化的通信性能（这里主要模拟单一 TCP 长连接 +Protobuf 序列化和短连接的 Http+Json 序列化的性能对比）。为了验证在数据量不同的情况下二者的性能表现，我分别准备了小对象和大对象的性能压测，通过这样的方式我们也可以间接地了解下二者在 RPC 通信方面的水平。
在这里插入图片描述

通过以上测试结果可以发现：无论从响应时间还是吞吐量上来看，单一 TCP 长连接 +Protobuf 序列化实现的 RPC 通信框架都有着非常明显的优势。

在高并发场景下，我们选择后端服务框架或者中间件部门自行设计服务框架时，RPC 通信是重点优化的对象。

具体优化措施

SpringCloud 是基于 Http 通信协议（短连接）和 Json 序列化实现的，在高并发场景下并没有优势。那么，在瞬时高并发的场景下，我们又该如何去优化一个 RPC 通信呢？RPC 通信包括了建立通信、实现报文、传输协议以及传输数据编解码等操作，接下来我们就从每一层的优化出发，逐步实现整体的性能优化。

1.扩展其他RPC框架.

如果业务架构已经使用了SpringCloud,底层使用的是Feign实现的远程调用,该如何优化呢?

这个最直接的就是尝试扩展其他RPC框架,比如说Google的grpc框架,也是基于Netty实现,基于protobuf实现的序列化.

接下来就涉及到优化的细节部分了,如以下关键点

2.选择合适的通信协议

网络通信是两台设备之间实现数据流交换的过程，是基于网络传输协议和传输数据的编解码来实现的。其中网络传输协议有 TCP、UDP 协议，这两个协议都是基于 Socket 编程接口之上，为某类应用场景而扩展出的传输协议。

基于 TCP 协议实现的 Socket 通信是有连接的，而传输数据是要通过三次握手来实现数据传输的可靠性，且传输数据是没有边界的，采用的是字节流模式。
基于 UDP 协议实现的 Socket 通信，客户端不需要建立连接，只需要创建一个套接字发送数据报给服务端，这样就不能保证数据报一定会达到服务端，所以在传输数据方面，基于 UDP 协议实现的 Socket 通信具有不可靠性。UDP 发送的数据采用的是数据报模式，每个 UDP 的数据报都有一个长度，该长度将与数据一起发送到服务端。

所以,为了保证数据传输的可靠性,针对RPC通信,我们通常会采用TCP协议.

3.使用单一长连接

如果我们使用TCP协议实现Socket通信,我们还能做哪些优化呢?

服务端之间的通信不同于客户端和服务端之间的通信,客户端和服务端的通信数量比较多,使用短链接可以避免长时间的占用连接,导致系统资源浪费.

而服务之间的通信所占的连接数量不会向客户端那么多, 同时需要经常频繁的通信,那么我们使用长连接就可以省去大量的建立连接和关闭连接的操作,节省很多时间.

4.优化Socket通信.

建立两台机器之间的通信,我们通常使用Java的Socket编程实现一个TCP连接,如果使用传统的Socket通信通常存在I/0阻塞,线程模型缺陷等问题,所以可以选用目前成熟的网络通信框架,比如Netty,Netty在如下方面都做了很成熟的改进,很多开源的框架底层也使用的是Netty.

实现非阻塞I/O
Netty使用了多路复用器 Selector 实现了非阻塞 I/O 通信,即NIO.
高效的Reactor线程模型
Netty 使用了主从 Reactor 多线程模型，服务端接收客户端请求连接是用了一个主线程，这个主线程用于客户端的连接请求操作，一旦连接建立成功，将会监听 I/O 事件，监听到事件后会创建一个链路请求。
链路请求将会注册到负责 I/O 操作的 I/O 工作线程上，由 I/O 工作线程负责后续的 I/O 操作。利用这种线程模型，可以解决在高负载、高并发的情况下，由于单个 NIO 线程无法监听海量客户端和满足大量 I/O 操作造成的问题。
串行设计
服务端在接收消息之后，存在着编码、解码、读取和发送等链路操作。如果这些操作都是基于并行去实现，无疑会导致严重的锁竞争，进而导致系统的性能下降。为了提升性能，Netty 采用了串行无锁化完成链路操作，Netty 提供了 Pipeline 实现链路的各个操作在运行期间不进行线程切换。
零拷贝
一个数据从内存发送到网络中，存在着两次拷贝动作，先是从用户空间拷贝到内核空间，再是从内核空间拷贝到网络 I/O 中。而 NIO 提供的 ByteBuffer 可以使用 Direct Buffers 模式，直接开辟一个非堆物理内存，不需要进行字节缓冲区的二次拷贝，可以直接将数据写入到内核空间。