RPC实现原理之核心技术-异步处理机制

Posted 2021-09-24 mirson

1. 为什么要采用异步？

   影响到性能和吞吐量的根本原因是什么呢？ 其实就是RPC请求的整体耗时，如果采用同步调用， CPU 大部分的时间都在等待而没有去计算，从而导致 CPU 的利用率不够。这就好比工地里面搬砖，砌墙，捣水泥都由一个人干，其他人旁观， 那效率就十分低下。

   RPC 请求比较耗时的原因主要是在哪里？

   在大多数情况下，RPC 本身处理请求的效率是在毫秒级的。RPC 请求的耗时大部分都是业务耗时，比如业务逻辑中有访问数据库执行慢 SQL 的操作，核心是在I/O瓶颈。所以说，在大多数情况下，影响到 RPC 调用的吞吐量的原因也就是业务逻辑处理慢了，CPU 大部分时间都在等待资源。

   现在流行的响应式开发，实质上就是通过异步方式提升业务处理的吞吐量，所以， 要作为一个高性能的RPC 框架必须要做到异步化，这样可以极大的提升整体吞吐量。

2. 调用端如何实现异步？

   常用的方式就是Future 方式，它是返回 Future 对象，通过GET方式获取结果；或者采用入参为 Callback 对象的回调方式，处理结果。

   基于RPC的DUBBO框架是如何实现异步调用呢？

   ![file](/img/bVcPqZk)
   

   用户端发送的每条消息都一个唯一的消息标识，调用端向服务端发送请求消息之前会先创建一个 Future，并会存储这个消息标识与这个 Future 的映射，动态代理所获得的返回值最终就是从这个 Future 中获取的；当收到服务端响应的消息时，调用端会根据响应消息的唯一标识，通过之前存储的映射找到对应的 Future，将结果注入给那个 Future，再进行一系列的处理逻辑，最后动态代理从 Future 中通过GET方法获得到正确的返回值。

3. 服务端如何实现异步？

   RPC 服务端接收到请求的二进制消息之后会根据协议进行拆包解包，之后将完整的消息进行解码并反序列化，获得到入参参数之后再通过反射执行业务逻辑。那这些操作都是由一个线程负责执行吗？

   为了提升性能，不会放在一个线程处理， 这个就是服务端的异步化。对二进制消息数据包拆解包的处理是放在处理网络 IO 的线程中，而解码与反序列化不涉及业务逻辑， 一般也是放在 IO 线程中处理，那服务端的业务逻辑呢？业务逻辑是应该交给专门的业务线程池处理，以防止由于业务逻辑处理得过慢而影响到网络 IO 的处理。

   但大家思考下， 如果滥用多线程， 业务线程是很容易就被打满了，吞吐量很不理想，并且这时 CPU 的利用率也很低，那这个时候，服务端业务处理逻辑加入异步处理机制， 解耦处理不同逻辑， 将最终的结果以回调的方式响应给调用端， 是个很好的方法。

4. RPC框架的异步实现

   RPC 框架的异步策略主要是调用端异步与服务端异步。调用端的异步就是通过 Future 方式实现异步，调用端发起一次异步请求并且从请求上下文中拿到一个 Future，之后通过 Future 的 get 方法获取结果，如果业务逻辑中同时调用多个其它的服务，则可以通过 Future 的方式减少业务逻辑的耗时，提升吞吐量。

   服务端异步则需要一种回调方式，让业务逻辑可以异步处理，之后调用 RPC 框架提供的回调接口，将最终结果异步通知给调用端。这样就实现了RPC调用的全异步。

   Dubbo源码：

   异步调用： AsyncToSyncInvoker.invoke方法

   @Override
       public Result invoke(Invocation invocation) throws RpcException {
           // 默认采用异步方式调用
           Result asyncResult = invoker.invoke(invocation);
   
           try {
               // 如果是同步方式调用， 将阻塞时间调整为最大
               if (InvokeMode.SYNC == ((RpcInvocation) invocation).getInvokeMode()) {
                   asyncResult.get(Integer.MAX_VALUE, TimeUnit.MILLISECONDS);
               }
           } catch (InterruptedException e) {
               throw new RpcException("Interrupted unexpectedly while waiting for remoting result to return!  method: " + invocation.getMethodName() + ", provider: " + getUrl() + ", cause: " + e.getMessage(), e);
           } catch (ExecutionException e) {
               Throwable t = e.getCause();
               if (t instanceof TimeoutException) {
                   throw new RpcException(RpcException.TIMEOUT_EXCEPTION, "Invoke remote method timeout. method: " + invocation.getMethodName() + ", provider: " + getUrl() + ", cause: " + e.getMessage(), e);
               } else if (t instanceof RemotingException) {
                   throw new RpcException(RpcException.NETWORK_EXCEPTION, "Failed to invoke remote method: " + invocation.getMethodName() + ", provider: " + getUrl() + ", cause: " + e.getMessage(), e);
               }
           } catch (Throwable e) {
               throw new RpcException(e.getMessage(), e);
           }
           return asyncResult;
       }

   获取结果：ChannelWrappedInvoker.doInvoke方法

   @Override
       protected Result doInvoke(Invocation invocation) throws Throwable {
           RpcInvocation inv = (RpcInvocation) invocation;
           // use interface\'s name as service path to export if it\'s not found on client side
           inv.setAttachment(PATH_KEY, getInterface().getName());
           inv.setAttachment(CALLBACK_SERVICE_KEY, serviceKey);
   
           try {
               if (RpcUtils.isOneway(getUrl(), inv)) { // may have concurrency issue
                   currentClient.send(inv, getUrl().getMethodParameter(invocation.getMethodName(), SENT_KEY, false));
                   return AsyncRpcResult.newDefaultAsyncResult(invocation);
               } else {
                   // 获取响应future对象
                   CompletableFuture<Object> responseFuture = currentClient.request(inv);
                   AsyncRpcResult asyncRpcResult = new AsyncRpcResult(inv);
                   responseFuture.whenComplete((appResponse, t) -> {
                       if (t != null) {
                           // 异常处理
                           asyncRpcResult.completeExceptionally(t);
                       } else {
                           // 正常获取结果，触发响应回调
                           asyncRpcResult.complete((AppResponse) appResponse);
                       }
                   });
                   return asyncRpcResult;
               }
           } catch (RpcException e) {
               throw e;
           } catch (TimeoutException e) {
               throw new RpcException(RpcException.TIMEOUT_EXCEPTION, e.getMessage(), e);
           } catch (RemotingException e) {
               throw new RpcException(RpcException.NETWORK_EXCEPTION, e.getMessage(), e);
           } catch (Throwable e) { // here is non-biz exception, wrap it.
               throw new RpcException(e.getMessage(), e);
           }
       }

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