Java进阶：Netty实现RPC的代码

Posted 2021-04-06 BHS编程技术交流分享

一、RPC是什么

RPC，全称为Remote Procedure Call，即远程过程调用。它允许像调用本地服务一样调用远程服务。

个人感觉，与http类似，都需要本地给远程服务器发报文，获取返回信息，因此记录下两者的区别。

RPC与http区别：

http://www.ccutu.com/244407.html

RPC可以基于TCP协议，也可以基于HTTP协议；

RPC主要用于公司内部的服务调用，性能消耗低，传输效率高，服务治理方便。HTTP主要用于对外的异构环境，浏览器接口调用，APP接口调用，第三方接口调用等。

个人理解，RPC在公司内部的分布式系统中比直接用http方式具有优势，网络传输效率高，具有额外的适合分布式的一些功能(如包含负载均衡策略等)，所以分布式系统内部会使用RPC。

二、Netty是什么

Netty 是一个异步事件驱动的网络应用程序框架，用于快速开发可维护的高性能协议服务器和客户端。

Netty用到了NIO(同步非阻塞)。

Netty、Servlet都属于Web框架：https://blog.csdn.net/dengkane/article/details/84720822

因此记录下Netty与Tomcat(Servlet)的区别：https://www.cnblogs.com/pangguoming/p/9353536.html

Servlet是基于Http协议的；Netty可以通过编程自定义各种协议，因为netty能够通过编程自己来编码/解码字节流。

个人感觉，Netty既用到了异步非阻塞，也用到了同步非阻塞。为了避免搞混，在下方简要记录一下。

NIO基本概念：

1、缓冲区Buffer

Buffer是一个对象，它包含了一些要写入的或者要读出的数据。

缓冲区Buffer本质上是一块可以写入数据，然后可以从中读取数据的内存。这块内存被包装成NIO Buffer对象，并提供了一组方法，用来方便的访问该块内存。

数据是从通道读入缓冲区，从缓冲区写入到通道中的。

2、通道Channel

Channel是一个通道，可以通过它进行数据的读取和写入。

数据在channel中可以进行双向的流通，通道可以用于读、写、或同时进行读写。

3、多路复用器 Selector

selector会不断轮询注册在其上的Channel，如果某个Channel上有新的Tcp接入，或者有发生读写事件，这个Channel就会处于就绪状态，可以被Selector轮询出来，然后通过selectedKey获取就绪的Channel集合，以便进行后续的IO操作。

一个多路复用器可以同时轮询多个Channel。

Netty用到了NIO，个人理解：

首先，NIO模型中，每个客户端Socket请求服务器时，不是直接与服务器建立一个链接，而是与Selector建立一个链接，这样就减小了服务器的压力。(Netty中实现了Selector)

然后，Selector会轮询与客户端的链接，如果有请求，就转发给服务器，并将服务器返回的结果转发给客户端。

Netty可以有多个Selector，每个Selector与服务器建立一个链接即可，减小了服务器的压力。

所以Netty用到了NIO。

Netty的所有IO操作都是异步非阻塞的，个人理解：

首先，IO操作异步是说，客户端或Netty会对将数据写入Channel，或从Channel读取数据，这是异步的，进行IO后不会立刻得到结果，而是实际进行IO的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

异步的好处是不会造成阻塞，在高并发情形下会更稳定和更高的吞吐量。

三、Netty实现RPC的代码

通过上方的分析发现，RPC协议适合用于分布式系统；Netty是NIO网络应用程序框架，可以开发客户端程序与服务器程序。

所以这两个组合起来，就能开发分布式系统的客户端程序与服务器程序了。

代码样例分3部分：

*使用下方的代码时，import对应的目录结构需要自己调整下。

rpc-common：其中定义了一些客户端与服务器端都会用到的JavaBean类与接口类。

要实现RPC，最重要的就是要定义一个客户端与服务器公用的接口类；

客户端调用这个接口类中的方法，看起来是直接获得了处理结果，实际上是给服务器发送请求、服务器处理后返回的结果；

服务器则需要实现这个接口类，编写实际执行的方法，等待客户端请求。

rpc-consumer：这个是rpc客户端的代码。

rpc-provider：这个是rpc服务器的代码。

1.rpc-common部分

(1)IUserService.java，这个是客户端与服务器都会用到的接口类。

public interface IUserService {
 public String sayHello(String smg);
}

(2)RpcRequest.java，这个是自定义了一个Request对象，这个对象中包含客户端要调用的方法的名称、参数等信息，客户端发送这个对象给服务器，服务器解析这个对象。

public class RpcRequest{
 //本次请求的ID，可以自定义一个 private String requestId;
 //客户端准备调用服务端的类名 private String className;
 //对应类中的方法名 private String methodName;
 //调用这个方法时，要传递的参数类型的数组，按顺序 private Class<?>[] parameterTypes;
 //调用这个方法时，要传递的参数数组，按顺序 private Object[] parameters;

 public String getRequestId() { return requestId; }
 public void setRequestId(String requestId) { this.requestId = requestId; }
 public String getClassName() { return className; }
 public void setClassName(String className) { this.className = className; }
 public String getMethodName() { return methodName; }
 public void setMethodName(String methodName) { this.methodName = methodName; }
 public Class<?>[] getParameterTypes() { return parameterTypes; }
 public void setParameterTypes(Class<?>[] parameterTypes) { this.parameterTypes = parameterTypes; }
 public Object[] getParameters() { return parameters; }
 public void setParameters(Object[] parameters) { this.parameters = parameters; }}

(3)Serializer.java，这个类是自定义的序列化/反序列化类，用来将java对象(RpcRequest对象)序列化和反序列化，然后就能在网络上传输了（也就是转为字节数组，用对象流传输）。

import java.io.IOException;
public interface Serializer {
 //将java对象转换为二进制，接口方法 //传入对象，传出字节数组 byte[] serialize(Object object) throws IOException;


 //将二进制转换成java对象，接口方法 //传入字节数组与类的类型，返回该类型的对象 <T> T deserialize(Class<T> clazz, byte[] bytes) throws IOException;
}

(4)JSONSerializer.java，这个类是Serializer.java的实现类，采用了json方式进行序列化/反序列化。

import com.alibaba.fastjson.JSON;
public class JSONSerializer implements Serializer{
 public byte[] serialize(Object object) {
 return JSON.toJSONBytes(object);
 }
 public <T> T deserialize(Class<T> clazz, byte[] bytes) {
 return JSON.parseObject(bytes, clazz);
 }}

(5)pom.xml，这个是rpc-common用到的依赖。同时要注意下groupId与artifactId，这个在后续的rpc-consumer与rpc-provider中会用到。

    <groupId>com.test</groupId> <artifactId>rpc-common</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> <dependencies> <dependency> <groupId>io.netty</groupId> <artifactId>netty-all</artifactId> <version>4.1.16.Final</version> </dependency>
 <dependency> <groupId>com.alibaba</groupId> <artifactId>fastjson</artifactId> <version>1.2.41</version> </dependency> </dependencies>

2.rpc-consumer部分(rpc客户端)

(1)pom.xml，用到的依赖，其中用到了rpc-common的jar包。

<groupId>org.example</groupId> <artifactId>rpc-consumer</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version>
 <dependencies> <dependency> <groupId>com.test</groupId> <artifactId>rpc-common</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> </dependency> <dependency> <groupId>com.alibaba</groupId> <artifactId>fastjson</artifactId> <version>1.2.41</version> </dependency> </dependencies>

(2)ConsumerBoot.java，客户端的启动类。

import com.test.client.RPCConsumer;import com.test.service.IUserService;
public class ConsumerBoot {
 //这个字段的意思是，要调用UserService类中的sayHello方法 private static final String PROVIDER_NAME = "UserService#sayHello#";
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

 //1.创建代理对象 IUserService service = (IUserService) RPCConsumer.createProxy(IUserService.class, PROVIDER_NAME);
 //2.循环给服务器写数据 while (true){ //调用这个方法后，实际上就给服务器发请求并获取返回结果了，不过看起来就像调用本地方法一样。这就是rpc。 String result = service.sayHello("are you ok !!"); System.out.println(result); Thread.sleep(2000); }
 }}

(3)RPCConsumer.java，客户端消费者类，有创建代理对象等一系列功能。

import com.test.bean.RpcRequest;import com.test.encoder.RpcEncoder;import com.test.handler.UserClientHandler;import com.test.serializer.JSONSerializer;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;import io.netty.channel.ChannelInitializer;import io.netty.channel.ChannelOption;import io.netty.channel.ChannelPipeline;import io.netty.channel.EventLoopGroup;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.SocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NiosocketChannel;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;import java.lang.reflect.Method;import java.lang.reflect.Proxy;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;
/** * 客户端消费者类 */public class RPCConsumer { //自定义的请求id，从0开始自增 private static int requestId = 0;
 //1.创建一个线程池对象 -- 它要处理我们自定义事件 private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
 //2.声明一个自定义事件处理器 UserClientHandler private static UserClientHandler userClientHandler;

 //3.编写方法,初始化客户端 ( 创建连接池 创建bootStrap 设置bootstrap 连接服务器) public static void initClient() throws InterruptedException { //1) 初始化UserClientHandler userClientHandler = new UserClientHandler(); //2)创建连接池对象 EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup(); //3)创建客户端的引导对象 Bootstrap bootstrap = new Bootstrap(); //4)配置启动引导对象 bootstrap.group(group) //设置通道为NIO .channel(NioSocketChannel.class) //设置请求协议为TCP .option(ChannelOption.TCP_NODELAY,true) //监听channel 并初始化 .handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() { protected void initChannel(SocketChannel socketChannel) throws Exception { //获取ChannelPipeline ChannelPipeline pipeline = socketChannel.pipeline(); //设置如何编码，使用自定义json序列化类编码 pipeline.addLast(new RpcEncoder(RpcRequest.class, new JSONSerializer())); //设置如何解码 pipeline.addLast(new StringDecoder()); //添加自定义事件处理器 pipeline.addLast(userClientHandler); } });
 //5)连接服务端 bootstrap.connect("127.0.0.1",8999).sync(); }
 //4.编写一个方法,使用JDK的动态代理创建对象 // serviceClass 接口类型,根据哪个接口生成子类代理对象; providerParam : "UserService#sayHello#" public static Object createProxy(Class<?> serviceClass, final String providerParam){ return Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class[]{serviceClass}, new InvocationHandler() { public Object invoke(Object o, Method method, Object[] objects) throws Throwable {
 //封装好rpcRequest RpcRequest rpcRequest = getRpcRequest(providerParam, objects[0]);

 //1)初始化客户端client if(userClientHandler == null){ initClient(); }
 //2)给UserClientHandler 设置param参数 userClientHandler.setParam(rpcRequest);
 //3).使用线程池,开启一个线程处理处理call() 写操作,并返回结果 Object result = executorService.submit(userClientHandler).get();
 //4)return 结果 return result; } }); }
 //封装rpcRequest对象的方法 public static RpcRequest getRpcRequest(String providerParam, Object object){ RpcRequest rpcRequest = new RpcRequest(); rpcRequest.setRequestId(String.valueOf(requestId)); requestId++; rpcRequest.setClassName(providerParam.split("#")[0]); rpcRequest.setMethodName(providerParam.split("#")[1]); rpcRequest.setParameterTypes(new Class[]{String.class}); //are you ok !! rpcRequest.setParameters(new Object[]{object}); return rpcRequest; }
}

(4)RpcEncoder.java，上方设置pipeline如何编码时用到了。

import com.test.serializer.Serializer;
import io.netty.buffer.ByteBuf;import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.handler.codec.MessageToByteEncoder;
//注意继承的是MessageToByteEncoder类public class RpcEncoder extends MessageToByteEncoder {
 private Class<?> clazz;
 private Serializer serializer;
 public RpcEncoder(Class<?> clazz, Serializer serializer) {
 this.clazz = clazz;
 this.serializer = serializer; }


 @Override protected void encode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, Object msg, ByteBuf byteBuf) throws Exception {
 if (clazz != null && clazz.isInstance(msg)) {
 byte[] bytes = serializer.serialize(msg);
 byteBuf.writeBytes(bytes); } }}

(5)UserClientHandler.java，自定义事件处理器。

import com.test.bean.RpcRequest;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;
import java.util.concurrent.Callable;
/** * 自定义事件处理器 */public class UserClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter implements Callable {
 //1.定义成员变量 private ChannelHandlerContext context; //事件处理器上下文对象 (存储handler信息,写操作) private String result; // 记录服务器返回的数据 private RpcRequest rpcRequest; //将要发送给服务器的数据(自定义的类对象)
 //2.实现channelActive 客户端和服务器连接时,该方法就自动执行 @Override public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception { //初始化ChannelHandlerContext this.context = ctx; }

 //3.实现channelRead 当我们读到服务器数据,该方法自动执行 @Override public synchronized void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception { //将读到的服务器的数据msg ,设置为成员变量的值 result = msg.toString(); //唤醒线程，线程才会继续执行下方的return result; notify(); }
 //4.将客户端的数写到服务器 public synchronized Object call() throws Exception { //context给服务器写数据 context.writeAndFlush(rpcRequest); //使用wait阻塞自己，等待服务器返回数据 wait(); //在上方notify()后，才继续执行，return服务器返回的信息 return result; }
 //5.设置参数的方法 public void setParam(RpcRequest param){ this.rpcRequest = param; }}

3.rpc-provider部分（rpc服务器）

(1)pom.xml，依赖信息，其中用到了rpc-common的jar包；服务器写成了springboot项目，因此还有springboot相关依赖。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> <modelVersion>4.0.0</modelVersion> <parent> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId> <version>2.3.3.RELEASE</version> <relativePath/> <!-- lookup parent from repository --> </parent> <groupId>com.test</groupId> <artifactId>rpc-provider</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> <name>myspringboot</name> <description>Demo project for Spring Boot</description>
 <properties> <java.version>8</java.version> <mybatis-springboot-starter.version>1.3.0</mybatis-springboot-starter.version> </properties>
 <dependencies> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId> </dependency> <dependency> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId> <scope>test</scope> <exclusions> <exclusion> <groupId>org.junit.vintage</groupId> <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId> </exclusion> </exclusions> </dependency> <dependency> <groupId>com.test</groupId> <artifactId>rpc-common</artifactId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> </dependency> <dependency> <groupId>com.alibaba</groupId> <artifactId>fastjson</artifactId> <version>1.2.41</version> </dependency> </dependencies>
 <build> <plugins> <plugin> <groupId>org.springframework.boot</groupId> <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId> </plugin> </plugins> </build>
</project>

(2)ServerBootstrap.java，rpc服务端的启动类。

import com.test.service.IUserService;import com.test.service.UserServiceImpl;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;import org.springframework.beans.factory.annotation.Qualifier;import org.springframework.boot.SpringApplication;import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplicationpublic class ServerBootstrap {
 @Autowired @Qualifier("UserService") IUserService userServiceImpl;
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //启动spring容器 SpringApplication.run(ServerBootstrap.class, args); //启动服务器 UserServiceImpl.startServer("127.0.0.1",8999);
 }
}

(3)UserServiceImpl.java，实现类，客户端相当于实际调用了这个类中的方法。(客户端给服务器发请求，服务器调用方法，然后将结果返回给客户端。)

import com.test.bean.RpcRequest;import com.test.decoder.RpcDecoder;import com.test.handler.UserServiceHandler;import com.test.serializer.JSONSerializer;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;import io.netty.channel.ChannelInitializer;import io.netty.channel.ChannelPipeline;import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
import org.springframework.beans.BeansException;import org.springframework.context.ApplicationContext;import org.springframework.context.ApplicationContextAware;import org.springframework.stereotype.Service;
@Service("UserService")public class UserServiceImpl implements IUserService,ApplicationContextAware {
 //spring容器对象，通过实现ApplicationContextAware获取到 private static ApplicationContext applicationContext;
 //将来客户端要远程调用的方法 public String sayHello(String msg) { System.out.println("客户端发来数据："+msg); return "服务器返回数据 : "+msg+"[success]"; }

 //创建一个方法启动服务器 public static void startServer(String ip , int port) throws InterruptedException { //1.创建两个线程池对象 NioEventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(); NioEventLoopGroup workGroup = new NioEventLoopGroup();
 //2.创建服务端的启动引导对象 ServerBootstrap serverBootstrap = new ServerBootstrap();
 //3.配置启动引导对象 serverBootstrap.group(bossGroup,workGroup) //设置通道为NIO .channel(NioServerSocketChannel.class) //创建监听channel .childHandler(new ChannelInitializer<NioSocketChannel>() { protected void initChannel(NioSocketChannel nioSocketChannel) throws Exception { //获取管道对象 ChannelPipeline pipeline = nioSocketChannel.pipeline(); //给管道对象pipeLine 设置编码方式 pipeline.addLast(new StringEncoder()); //给管道对象pipeLine 设置解码方式，使用自定义json方式解码 pipeline.addLast(new RpcDecoder(RpcRequest.class, new JSONSerializer())); //把自定义的一个ChannelHander添加到通道中 pipeline.addLast(new UserServiceHandler(applicationContext)); } });
 //4.绑定端口 serverBootstrap.bind(8999).sync(); }
 @Override public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException { this.applicationContext = applicationContext; }}

(4)UserServiceHandler.java，自定义业务处理器，包含处理从客户端收到的信息的方法，以及返回给客户端信息的方法。

import com.test.bean.RpcRequest;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;import org.springframework.context.ApplicationContext;
import java.lang.reflect.Method;
/** * 自定义的业务处理器 */public class UserServiceHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter { //spring容器对象 private ApplicationContext applicationContext; //构造方法，给spring容器对象赋值 public UserServiceHandler(ApplicationContext applicationContext) { this.applicationContext = applicationContext; }
 //当客户端发来数据时,该方法会被调用 @Override public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {
 //将客户端发来的对象强转为RpcRequest。(约定好的，本来就是RpcRequest) RpcRequest rpcRequest = (RpcRequest)msg; //从spring容器中获得要调用的类，名字是UserService，实际的类型是UserServiceImpl Object bean = applicationContext.getBean(rpcRequest.getClassName()); //用反射获得UserServiceImpl对象 //com.test.UserServiceImpl //要注意这个类的路径 Class c = Class.forName(bean.getClass().getPackage().getName()+ "." + rpcRequest.getClassName() +"Impl"); //然后用反射获得这个类的方法 //sayHello Method method = c.getDeclaredMethod(rpcRequest.getMethodName(), rpcRequest.getParameterTypes());
 System.out.println("当前请求号："+rpcRequest.getRequestId()); //注意method中传入的是spring容器中取出的bean，而不是c.newInstance() //are you ok!! Object invoke = method.invoke(bean, rpcRequest.getParameters()); //把调用实现类的方法获得的结果写到客户端 ctx.writeAndFlush(invoke);
 }}

(5)RpcDecoder.java，自定义json格式解码用到的类。

import com.test.serializer.Serializer;
import io.netty.buffer.ByteBuf;import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;import io.netty.handler.codec.ByteToMessageDecoder;
import java.util.List;
//注意解码继承的是ByteToMessageDecoderpublic class RpcDecoder extends ByteToMessageDecoder {
 private Class<?> clazz;
 private Serializer serializer;
 public RpcDecoder(Class<?> clazz, Serializer serializer) {
 this.clazz = clazz;
 this.serializer = serializer;
 }


 @Override protected void decode(ChannelHandlerContext channelHandlerContext, ByteBuf byteBuf, List<Object> list) throws Exception { if (clazz != null && serializer != null) { byte[] bytes = new byte[byteBuf.readableBytes()]; byteBuf.readBytes(bytes); //如果不想改变byteBuf的读写位置，可以用getBytes //int readerIndex = byteBuf.readerIndex(); //byteBuf.getBytes(readerIndex, bytes); //这个就是RpcRequest对象 Object obj = serializer.deserialize(clazz, bytes);
 //注意这里只添加了一个RpcRequest对象 //如果list中添加了多个元素，则handler中的channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object msg)方法会被多次调用，按顺序一次给msg传入一个元素 list.add(obj); } }}

以上，Netty实现RPC的代码样例就完成了。