从RPC开始

Posted 2020-08-26

这是一篇关于纯C++RPC框架的文章。所以，我们先看看，我们有什么？

　　1、一个什么都能干的C++。（前提是，你什么都干了）

　　2、原始的Socket接口，还是C API。还得自己去二次封装...

　　3、C++11，这是最令人兴奋的。有了它，才能够有这篇文章；否则，CORBA之类的才是唯一的选择。（因为需要代码生成）

 

那么，我们没有什么，或者需要什么？

　　1、一套完善的序列化框架；在不同的进程间传输数据，序列化是第一步，如何可靠且方便地将对象转化为二进制（或者其他格式），在对端则是如何正确且安全地将其从二进制恢复为对象。

　　2、完善的底层通信协议；其需要提供合适的语义抽象：服务端支持怎样的并发，是单客户单访问，还是多访问；而客户端的并发模型由服务端决定。当然，还需要健壮且足够的接口抽象，毕竟分布式环境，“一切皆有可能”，需要应对各种问题。

　　3、一个可用的反射系统。是的，需要在C++环境下建立一个反射系统。这一步是最为关键的，其由C++11支持。因为，我们需要注册一个类的各种信息，以供RPC调用。

 

当然，本文是提纲式的；也就是，在这里暂时只会讲【目标】——一个可用的C++RPC所需要的全部组件。而更详细的内容，即如何构建这些组件，将由后续篇章回答。

 

一、序列化

　　在分布式环境下，序列化是永远绕不过的一个坎；而作为一个支撑性组件，其所需要提供不只是“可用”，而是易用且安全！安全！重要的事说两遍。我们不能够约定从网络传来的内容，代表了什么；而是其本身必须带有信息，告诉我们它是什么。

　　在纯C++环境下，要从零开始构建一个序列化框架，是困难的。毕竟语言本身并没有提供什么保证。所幸的是，C++并非完全没有提供，只是需要我们去发掘。template，模板可以给我们所需要的一切；C++中最令人兴奋的部分，其提供了另一个简单且可靠的扩展模型：通过特化模板，能够提供类似面向对象的“接口”。当然，需要的还不止这些，我们需要更强大的工具：模板元编程，由其来提供所需要的类型信息（在我的系统中有两种扩展方式：特化模板和成员函数，后者需要类型信息）。

　　下面将是我们需要完成的目标：

Buffer buffer;
Object obj1;
//序列化
Serialize(&buffer, obj1);

Object obj2;
//反序列化
Deserialize(&buffer, obj2);

　　其中的buffer，便是我们的成果；其以二进制保存了对象。当然，还有许多的细节需要补充。

 

二、通信

　　UDP还是TCP，这是一个需要纠结的问题。但我们的关注点并不在这，我们需要一个完善的、健壮的通信组件。为了完成这个目标，需要付出一些努力：并发模型、中断与超时通知。前者是整个RPC框架的语义保证，我们需要保证调用语义的完整性：客户端的并发访问请求，到了服务端不能变成串行请求；而普通的通信协议，并不能够直接提供这点，我选择了从零开始构建。中断与超时，是整个调用语义，所面临的最大挑战；所以，我们需要合适的通知，以决定如何进行下一步操作。

　　当然，UDP与TCP，依旧是一个重要的话题；我的实现，提供了二者的完整实现，所需的只是，选择。

 

三、反射

　　在C++的世界里，讲这个话题是不合时宜的。毕竟，无论怎样的努力，在一个没有完整运行时环境的语言里，“反射”这样奢侈的东西，只是一个梦想。但，我们并不是想要重新打造一门语言，而仅仅是给我们的RPC提供一些服务而已。

　　在RPC的世界里讲“反射”并不是一件突兀的事。看一看，各种没有IDL的RPC在Java里的实现，无一不是使用了反射这一技术。是的，我的RPC里并没有IDL，我并不打算再创建一门语言（我有一个脚本语言），哪怕只是一个DSL（领域特定语言）。为了“封装”类型的各种信息：构造函数、析构函数以及一些我们需要的方法。反射，提供了最合适的语义。

　　我的RPC是非侵入式的，在不改变任何原有的代码的前提下，提供相应的RPC调用。而这一“调用”通过反射来实现。

 

四、RPC

　　前面三大组件，和我的RPC并没有什么必然的联系。但没有这三个组件，我的RPC框架，将不复存在。所以，最后再来讲讲我们的主角：RPC。

　　其实，RMI（远程方法调用）更合适一点。我的RPC提供了3中“对象”：

　　　　1、由单一客户端独占的，非共享对象；只有该客户端能够访问该对象，其创建和析构，都由一个客户端发起和执行。

　　　　2、服务对象，这在服务端本身是一个“服务”；也就是其本身是一个单例，因此，所有客户都是直接在一个对象上，执行各种请求；该对象的构造和析构，可由服务端的本地服务管理框架（我的另一个东西）管理。这个方式，提供了“服务化”的最佳语义；当然，也就需要面对并发。

　　　　3、注册对象，其也是全局可访问的，所有客户端都可以发送请求；不同的是，其是由服务端的某段代码显示注册的，该对象的所有权也由其持有；客户端只能访问其接口。一旦服务端取消了注册，便也消失在所有的客户端眼前，并且是可能在任何时刻取消注册，即使有请求还在路上（当然，有请求正在执行，需要等待其执行完成）。

　　还有一个重要的事情，我只提供了，同步访问；因为，我有一个分布式消息系统，可提供异步服务（这只是托词，懒，而已）。

　　其实，在拥有了前面的三个组件后，RPC本身便只剩下，需不需要构建，而不是如何。这样，我们也就可以将重心转向RPC的语义保证上了。一般有三种语义可以提供：至少一次、至多一次，可能一次。分别代表如下3中结果：

　　　　1、该请求被执行，因为我们将重复地发送请求，直到答复。也就意味着，该请求可能被重复执行多次。

　　　　2、该请求被执行，我们会一直发送重复的请求，直到答复。但服务端，将识别这些重复的请求，并只会执行一次。

　　　　3、该请求被发送，但我们并不保证被执行；因为，我们没有等待答复。

　　对于通用的RPC，除了“至多一次”，并没有其他的选择。当然，为了完成这点，需要一些努力，所幸并不困难。我的RPC正是提供这样的调用语义。

　　我们将要构建的RPC并没有使用IDL。所以，客户端的访问，将会是显示的RPC调用；而非是其他框架所宣传的，能够完全屏蔽本地和分布，但我们是在C++的环境下，要完全屏蔽，是不可能的；所以，我所提供的调用方式，并没有排除原始的方案。其与本地调用的不同是：需要统一从一个RPC客户端对象中传入所需要的对象名字，以及在方法调用时，需要一个额外的方法名字。

　　比如：

RPCClient client("Something");
int val = client.Invoke("GetValue", 12, "I Want ...").To<int>();

　　当然，如果你不习惯这样的方式（你会习惯的）；我还提供了类似IDL的功能：代码生成。其能够将上面的显示访问，封装起来，提供和本地调用完全一样的方式：

#include "Generated\\Something.h"//这个头文件是生成的

Something obj;
int val = obj.GetValue(12, "I Want ...");

　　而在服务端则，使用如下方式提供远程对象：

Class<Somthing>* type = GetServiceAs<ReflectionService>()->Register<Something>();//也可以重新命名：Register<Something>("OtherName");
type->AddMethod("GetValue", &Somthing::GetValue);//也可注册重载函数（方式后面再讲）

　　总之，本篇，完。

　　PS：如需，请期待下一篇——序列化。

　　PS：以及，下下篇——通信。

　　PS：还有，下下下篇——反射。