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Golang Net/rpc 包的学习和使用

golang net/rpc
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2020/06/01 Share

从 rpc 包的 Server 端 和 Client 端入手，学习 Server/Client 的源码实现。并以一个例子作为总结。最后总结了rpc实现的几个学习的要点。

Golang net/rpc 包学习

golang 提供了一个开箱即用的RPC服务，实现方式简约而不简单。

RPC 简单介绍

远程过程调用 (Remote Procedure Call，RPC) 是一种计算机通信协议。允许运行再一台计算机的程序调用另一个地址空间的子程序（一般是开放网络种的一台计算机），而程序员就像调用调用本地程序一样，无需额外的做交互编程。RPC 是一种 CS (Client-Server) 架构的模式，通过发送请求-接收响应的方式进行信息的交互。

有很多广泛使用的RPC框架，例如 gRPC, Thrift, Dubbo, brpc 等。这里的RPC 框架有的实现了跨语言调用，有的实现了服务注册发现等。比我们今天介绍的官方提供的 rpc 包要使用广泛的多。但是，通过对net/rpc的学习，可以使我们对一个rpc框架做一个最基本的了解。

Golang 的实现

rpc 是 cs 架构，所以既有客户端，又有服务端。下面，我们先分析通信的编码，之后从服务端、客户端角度分析RPC的实现。

通信编码

golang 在rpc 实现中，抽象了协议层，我们可以自定义协议实现我们自己的接口。如下是协议的接口：

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// 服务端
type ServerCodec interface {
  ReadRequestHeader(*Request) error
  ReadRequestBody(interface{}) error
  WriteResponse(*Response, interface{}) error

  // Close can be called multiple times and must be idempotent.
  Close() error
}
// 客户端
type ClientCodec interface {
  WriteRequest(*Request, interface{}) error
  ReadResponseHeader(*Response) error
  ReadResponseBody(interface{}) error

  Close() error
}

而包中提供了基于gob 二进制编码的编解码实现。当然我们也可以实现自己想要的编解码方式。

Server 端实现

结构定义

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type Server struct {
  serviceMap sync.Map   // 保存Service
  reqLock    sync.Mutex // 读请求的锁
  freeReq    *Request
  respLock   sync.Mutex // 写响应的锁
  freeResp   *Response
}

server端通过互斥锁的方式支持了并发执行。由于每个请求和响应都需要定义Request/Response 对象，为了减少内存的分配，这里使用了一个freeReq/freeResp 链表实现了两个对象池。
当需要Request 对象时，从 freeReq 链表中获取，当使用完毕后，再放回链表中。

服务的注册

service保存在 Server 的 serviceMap 中，每个Service 的信息如下：

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type service struct {
  name   string                 // 服务名
  rcvr   reflect.Value          // 服务对象
  typ    reflect.Type           // 服务类型
  method map[string]*methodType // 注册方法
}

从上面可以看到，一个类型以及该类型的多个方法可以被注册为一个Service。在注册服务时，通过下面的方法将服务保存在serviceMap 中。

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// 默认使用对象方法名
func (server *Server) Register(rcvr interface{}) error {}
// 指定方法名
func (server *Server) RegisterName(name string, rcvr interface{}) error {}

服务的调用

首先，是rpc 服务的启动。和大部分的网络应用一致，在accept一个连接后，会启动一个协程做消息处理，代码如下：

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for {
  conn, err := lis.Accept()
  if err != nil {
    log.Print("rpc.Serve: accept:", err.Error())
    return
  }
  go server.ServeConn(conn)
}

其次，对于每一个连接，服务端会不断获取请求，并异步发送响应。代码如下：

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for {
  // 读取请求
  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
    }
    if req != nil {
      // 发送请求
      server.sendResponse(sending, req, invalidRequest, codec, err.Error())
      server.freeRequest(req)  // 释放 req 对象
    }
    continue
  }
  wg.Add(1)
  // 并发处理每个请求
  go service.call(server, sending, wg, mtype, req, argv, replyv, codec)
}

最后，由于异步发送请求，所以请求的顺序和响应顺序不一定一致。所以，在响应报文中，会携带请求报文的seq （序列号），保证消息的一致性。
除此之外，为了兼容http 服务，net/rpc 包还通过http包实现的 Hijack 方式，将 http 协议转换为 rpc 协议。代码如下：

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func (server *Server) ServeHTTP(w http.ResponseWriter, req *http.Request) {
  // 客户端通过 CONNECT 方法连接

  // 通过Hijack 拿到tcp 连接
  conn, _, err := w.(http.Hijacker).Hijack()
  if err != nil {
    log.Print("rpc hijacking ", req.RemoteAddr, ": ", err.Error())
    return
  }
  // 发送客户端，支持 RPC 协议
  io.WriteString(conn, "HTTP/1.0 "+connected+"\n\n")

  // 开始 RPC 的请求响应
  server.ServeConn(conn)
}

Client 端实现

客户端的连接相较于服务端是比较简单的。我们从发起连接、发送请求、读取响应三个角度学习。

RPC 的连接

由于该RPC支持HTTP协议做连接升级，因此，有几种连接方式。

  1. 直接使用 tcp 协议。

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    func Dial(network, address string) (*Client, error) {}

  2. 使用 http 协议。 http 协议可以指定路径，或者使用默认的rpc 路径。

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    // 默认路径 "/_goRPC_"
    func DialHTTP(network, address string) (*Client, error) {}
    // 使用默认的路径
    func DialHTTPPath(network, address, path string) (*Client, error) {}

请求的发送

RPC 请求的发送，提供了同步和异步的接口调用，方式如下：

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// 异步
func (client *Client) Go(serviceMethod string, args interface{}, reply interface{}, done chan *Call) *Call {}
// 同步
func (client *Client) Call(serviceMethod string, args interface{}, reply interface{}) error{}

从内部实现可以知道，都是通过Go 异步的方式拿到返回数据。

下面，我们看内部如何实现请求的发送：

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func (client *Client) send(call *Call) {
  // 客户端正常的情况下
  seq := client.seq
  client.seq++  // 请求的序列号
  client.pending[seq] = call

    // 对请求进行编码，包括请求方法、参数。
  // Encode and send the request.
  client.request.Seq = seq
  client.request.ServiceMethod = call.ServiceMethod

  // client 可以并发 发起 Request, 然后异步等待 Done
    err := client.codec.WriteRequest(&client.request, call.Args)
    // 是否有发送失败，如果发送成功，则保存在pending map中，等待请求结果。
  if err != nil {
    client.mutex.Lock()
    call = client.pending[seq]
    delete(client.pending, seq)
    client.mutex.Unlock()
    if call != nil {
      call.Error = err
      call.done()
    }
  }
}

从上面可以看出，对于一个客户端，可以同时发送多条请求，然后异步等待响应。

读取响应

在rpc 连接成功后，会建立一个连接，专门用于做响应的读取。

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for err == nil {
  response = Response{}
  err = client.codec.ReadResponseHeader(&response)
  if err != nil {
    break
  }
  seq := response.Seq
  client.mutex.Lock()
  call := client.pending[seq] // 从 pending 列表中删除
  delete(client.pending, seq)
  client.mutex.Unlock()
  // 解码body
  // 此处有多种判断，判断是否有异常
  client.codec.ReadResponseBody(nil)
  // 最后通知异步等待的请求，调用完成
  call.done()
}

通过循环读取响应头，响应body，并将读取结果通知调用rpc 的异步请求，完成一次响应的读取。

简单例子

下面我们官方提供的一个简单例子，对rpc包学习做个总结。

服务端

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type Args struct {  // 请求参数
  A, B int
}

type Quotient struct {  // 一个响应的类型
  Quo, Rem int
}

type Arith int

// 定义了乘法和除法
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
}

func main() {
  serv := rpc.NewServer()
  arith := new(Arith)
  serv.Register(arith)  // 服务注册

    // 通过http 监听，到时做协议转换
  http.ListenAndServe("0.0.0.0:3000", serv)
}

客户端

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func main() {
  client, err := rpc.DialHTTP("tcp", "127.0.0.1:3000")
  if err != nil {
    log.Fatal("dialing:", err)
  }

  dones := make([]chan *rpc.Call, 0, 10)

  // 先同步发起请求
  for i := 0; i < 10; i++ {
    quotient := new(Quotient)
    args := &Args{i + 10, i}
    divCall := client.Go("Arith.Divide", args, quotient, nil)
    dones = append(dones, divCall.Done)
    log.Print("send", i)
  }
  log.Print("---------------")

  // 之后异步读取
  for idx, done := range dones {
    replyCall := <-done // will be equal to divCall
    args := replyCall.Args.(*Args)
    reply := replyCall.Reply.(*Quotient)
    log.Printf("%d / %d = %d, %d %% %d = %d\n", args.A, args.B, reply.Quo,
      args.A, args.B, reply.Rem)
    log.Print("recv", idx)
  }
}

我们可以学到什么

最后，做一个学习的总结。

  1. 对统一连接上的不同请求实现异步操作，通过请求、响应需要保证数据的一致性。
  2. 链表方式实现一个对象池
  3. 对 http 包中实现的Hijack 方式的一次简单实践，通过http协议升级为rpc协议。劫持了原有http协议的tcp连接，转为rpc使用。
  4. rpc 的实现，通过gob编码，应该是不支持与其他语言通信的。需要自己实现编解码方式。
  5. rpc 的实现，也不支持服务的注册和发现，需要我们自己去维护服务方。

原文作者：lpflpf

原文链接：http://blog.lpflpf.cn/passages/net-rpc/

发表日期：2020-06-01 09:56:41

更新日期：2021-01-11 14:41:06

版权声明：本文采用知识共享署名-非商业性使用 4.0 国际许可协议进行许可

CATALOG
  1. 1. Golang net/rpc 包学习
    1. 1.1. RPC 简单介绍
    2. 1.2. Golang 的实现
      1. 1.2.1. 通信编码
      2. 1.2.2. Server 端实现
        1. 1.2.2.1. 结构定义
        2. 1.2.2.2. 服务的注册
        3. 1.2.2.3. 服务的调用
      3. 1.2.3. Client 端实现
        1. 1.2.3.1. RPC 的连接
        2. 1.2.3.2. 请求的发送
        3. 1.2.3.3. 读取响应
    3. 1.3. 简单例子
      1. 1.3.1. 服务端
      2. 1.3.2. 客户端
    4. 1.4. 我们可以学到什么
Total : 50
2021
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