写一个高可用Rpc服务(基础知识篇)

前言

最近实在是太忙啦,每天都加班,这是开博这么久首次,一个月都没UPDATE,my bad,这个月保证日更三篇,补上补上。

久违的freestyle时间,(虽然我现在玩爵士了)

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每天reload存档

似乎总会是一样

加班就像是吃饭一样平常

内心是否总想这样

看不见未来的远方

迷雾它层层阻挡

思绪飞扬总在寂寞的晚上

让我来静静的品尝

为什么要写这篇文章

首先是因为我自己,最近非常的忙,但是我又在想,我他喵的忙了个什么

汇报一下最近(这一个月)的战果

  1. 从无到有编写完成了一个RPC服务,并且开源给全公司的项目使用
  2. 完成了一个CEPH多站点数据同步的开发(我在想这玩意到底有什么用)
  3. 完成了一个ElasticSearch项目的开发,大概就是优化优化再优化

其实收获最大的还是开发一个RPC Server,当然对于大佬们可能啥也不算

我其实不建议自己造轮子,因为现有已经有很多的Rpc框架可用,而且都非常稳定

但是此次开发,涉及到一些特殊的功能,所以不得不自己造轮子

但是对我很重要,我将这次开发的过程记录下来

并且,将此次RPC代码抹去项目核心,开源至GITHUB当中,希望大家好好利用

爱你们!

RPC服务的基础

首先,需要知道什么是RPC,或者RPC到底是干嘛的

这里我将会简单的说明一下,RPC服务的核心

什么是RPC

首先,RPC的全名,叫做Remote Procedure Call

大白话来说,就是远程过程调用

更大白话来说,就是A,B两个服务器,我希望在A上控制B进行某些操作,比如 rm -rf(狗头),我们需要一个服务进行交互,这个服务就叫做RPC

所以RPC其实是一种网络通信的框架,基于HTTP,或者TCP,或者什么有的没的,这不重要

RPC不是一种协议,它没那么高深,它是一种工具。

常见的RPC有什么?

这个说起来就多了

Golang 有 GRPC,这个我写过文章,可能有个两三篇了吧

使用Golang的gRPC框架的一点随想

学习etcd的消息协议gRPC一点随想

自己个儿去翻一下,哈哈

Java系的,有福报厂的Dubbo

这位更是重量级

还有我曾经用过的Thrift(难用的1B)

一个完整的RPC框架应该包含什么?

RPC的核心功能

  1. client端 (调用方)
  2. server端 (服务提供方)
  3. Network Service (底层协议,HTTP/TCP)

这大概就是一个RPC服务的核心功能,其实简单的理解为

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发送方(client) ---> 中间协议 ---> 接收方(server)

这样就可以表示它们的关系了。一个RPC框架,也需要包含这些功能,无论是简单的,还是复杂的,都要有这些功能。

RPC的功能详解

研究了Grpc,还有其他的一些RPC服务,除了上述三个必须功能以外,还有几个加强功能,方便RPC服务续航前进的。

下面将这些功能解说一下,帮助大家打好基础,深入学习

服务端

服务端,也就是Server端,这个东西,一般是以一个服务的形式,常驻在后台,等待客户端的调用

这个东西相当于大门,他规定了一些很重要的东西

  1. 指定开放的端口
  2. 维护一个call id,这个东西映射了一个call id map,call id map是对应的函数指针,这个我后面会说
  3. 等待客户端请求
  4. 调用本地函数
  5. 返回执行结果

server端是常驻在后台的服务,也就是广义上俗称的RPC服务,没了server端,就相当于老虎没牙。

客户端

客户端,也就是client端,一般就是发起调用的那一方,和server端是好基友,缺了谁都不行的那种

这个玩意相当于钥匙,告诉你我要调用,我要开门,我要进去那种

  1. 将调用的函数/命令 映射为call id
  2. 将调用/发送的数据流 传输给 server 端
  3. 指定server的端口,密码,鉴权之类的东西
  4. 等待执行结果
  5. 获取执行结果

client端通常在我们的业务代码中调用,一般就是你写在业务代码里面的部分,client端相当于是钥匙,打开server端大门,执行我们要的操作。

序列化

首先,rpc服务是去其他节点执行函数/操作,所以肯定会带有参数

我们有时候要传输参数,所以就要有个固定格式,然后也要有解析格式的步骤

但是A -> B 传输的过程中,传输的参数不在一个内存里,这样就没法进行通讯调用了

从 A 传输参数到 B,需要 A 把参数转换成字节流,传给B

然后B将字节流转换成自身能读取的格式

转换成字节流的步骤就叫序列化

字节流转换成自身能读取的格式被称为反序列化

例如Grpc服务里面有protobuf,这是很典型的序列化操作,这里兄弟们可以自己去看下

我也写过。

学习etcd的消息协议gRPC一点随想

网络传输

顾名思义,网络传输,就是通过网络进行消息传递,那么这里肯定有一个网络传输逻辑,术语称为网络传输层

网络传输层的主要工作就是

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把经过序列化/反序列化的字节流传递给服务端/客户端

这里就涉及到网络协议了,一般有什么TCP,UDP,HTTP之类的,基本都是网络的玩意儿

Grpc用了HTTP2协议

一般的RPC都是TCP连接,本次开发的RPC服务我也会用TCP协议,请注意

一个完整的RPC服务的主要流程

上一节给铁子们讲了一下RPC主要的功能,这一节就来说说,RPC的主要功能如何联系起来

顺便画几个流程图,更加方便大家学习浏览

这章挺重要的,因为这样类似于我们设计的RPC服务的基础架构

请大家,务必,认真细致的阅读此章

因为免得后面我写代码你啥也看不懂!

认真阅读!

认真阅读!

认真阅读!

重要的事儿说三遍。

你要不好好读,到时候对不上了,指定没有你好果汁

RPC服务的流程

上一节我们详细讲述了RPC服务的四个重要功能

  1. 服务端
  2. 客户端
  3. 序列化/反序列化
  4. 网络传输

那么他们之间的联系是什么样的呢?

首先,我们还是假定我们有两个节点,一个client节点,一个server节点

假设我们现在要在远端执行一个 “Print” 函数

主要目的就是:Client节点请求访问Server节点上的Print函数,并且获取返回的结果

基本的流程如下

  1. client节点,发起调用Print的请求
  2. client节点,找到Print 函数的 call id
  3. client节点,序列化调用的参数/call id
  4. client节点,根据指定的ip,协议,端口发送字节流到server节点
  5. server节点,接收到client的字节流
  6. server节点,反序列化字节流,拿到id 或者参数
  7. server节点,根据id 去 call map里面寻找函数
  8. server节点,调用print函数
  9. server节点,获取到print函数返回
  10. server节点,序列化返回结果
  11. serve节点,传输返回结果的字节流
  12. client节点,接收返回结果字节流
  13. client节点,反序列化字节流
  14. client节点,输出返回结果

这个大概就是RPC调用函数的具体流程,细化一下,画个图

流程如下

这就是基础的RPC流程

写一个基础的RPC服务

上面,我们已经过了一遍RPC服务的流程

下面我们就来写代码,实现一个简单的RPC流程吧

首先给出我的开发环境

  1. Python环境:3.7
  2. 使用包:无第三方包

实现功能

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1. client传递一个Message给server端
2. server端返回传递的Message

Server端代码

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# coding: utf-8

__author__ = 'Yemilice_lau'


from xmlrpc.server import SimpleXMLRPCServer

class SimpleRpcServer:
# 创建一个指定的rpc 函数 list
_rpc_methods_ = ['PrintWork']
def __init__(self, address):
# 倒入自有的rpc服务包
self._serv = SimpleXMLRPCServer(address, allow_none=True)
for name in self._rpc_methods_:
self._serv.register_function(getattr(self, name))

# 主函数
def PrintWork(self, name):
print(name)

# 持续运行的server
def serve_forever(self):
self._serv.serve_forever()

# Example
if __name__ == '__main__':
print("服务开始.....")
# 指定一个端口 7900
kvserv = SimpleRpcServer(('127.0.0.1', 7900))
kvserv.serve_forever()

client端代码

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# coding: utf-8

__author__ = 'Yemilice_lau'

from xmlrpc.client import ServerProxy

s = ServerProxy('http://localhost:7900', allow_none=True)

# 发送一个消息给server端
s.PrintWork("Good job")

这下可以调用一下server玩玩

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python rpcserver.py

输出

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服务开始.....

现在执行client

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python rpcclient.py

这时server端返回了

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127.0.0.1 - - [30/Aug/2021 17:13:49] "POST /RPC2 HTTP/1.1" 200 -
Good job

这样就完成了一个简单的RPC服务流程

一个优秀的RPC服务应该有哪些特点?

上面我们简单的实现了一个RPC服务,但是那只是非常非常简单的RPC服务

相当于你想整个高达,但是最后整出来个卡布达,还是人工智障形态的

这部分关系到我们后面章节的开发,还是认真看一下

既然要做,就要做到最好,所以我自己思考了一下

那么到底什么样的RPC服务才能被称为优秀的RPC服务呢?

根据我这一阵的开发来看,一个优秀的RPC服务,肯定是有如下优点的

速度

速度肯定是很重要的

以前我的博客聊过,影响RPC速度有这么几个重要原因

  1. 序列化/反序列化部分影响
  2. 网络环境影响
  3. server代码影响

首先,序列化,反序列化受传输字节流大小影响,转换比较大的字节流是比较花费时间的

所以Grpc改用了protobuf作为序列化/反序列化的核心,抛弃掉传统的json传输转换,Grpc为什么很快,很大一部分原因来源于protobuf的高效率,所以序列化/反序列化对速度的影响非常重要

网络环境,这个属实是基础逻辑了,你网慢,自然而然返回,发送的就慢,现在基础的有Tcp传输,http传输,需要针对综合性的问题,进行协议选择

server代码,这部分可谈的也很多,例如队列机制,多进程机制,令牌桶一类,都可进行调优。

可用性

拿我此次开发来说,我面临的是一个集群(机器数量10+),并且需要支持

  1. Rpc直接支持Python库调用
  2. Rpc直接支持Shell命令调用
  3. Rpc直接支持集群级别的消息发送和返回

这里就直接面对自己造轮子的境地,而且未来还不确定是不是会有跨语言的需求,例如某天突然要支持Golang,Java

这里需要考虑是否跨平台, restful json? http XML?

也需要考虑是否有异步操作,异步通信?同步通信?

所以Rpc的可用性,需要在此处就进行详细的考虑,免得后续开发造成很大的麻烦。

负载均衡

避免单个服务器接收过多的Rpc请求

隐私性

涉及到鉴权部分了,这里相对来说比较麻烦

常用的鉴权逻辑有

  1. Public Key鉴权
  2. 证书鉴权
  3. 网关鉴权

需要根据自己的实际情况进行分析,这边扯这个淡时间就太长了

我这次开发鉴权用的是证书,哥几个心里有数就行。

容错性

容错性,这个说起来还是很简单,但是你细分析下就觉得这破玩意是真的挺多

  1. 出现错误之后的处理
  2. 是否有异常的处理机制
  3. 远端和本地数据不一致的问题(一致性问题)
  4. 异常事务的回滚机制

首先,一致性问题就够TM头大了,这个原来我写过Raft协议,专门写过这个,这里不再细说

还有异常情况,这里也需要进行细分

  1. 网络?
  2. 执行返回结果?
  3. 其他错误?

发生了异常处理之后,还有

  1. 是否重试?
  2. 是否回滚?
  3. 是否抛出?

这个真的麻烦,这也是我们要考虑的点

暂时结尾

ok!兄弟们,全体目光像我看齐,看我看我,我宣布个事儿

咳咳,错了

基础知识篇这就结束了,咱们马上要进入高阶开发篇了!

这次开发花费时间太长了,我也太累了,最近都没好好学习!

这样可不行!

努把力,继续刷算法,努力!哥们!努力!

预告一下下一篇:

高阶开发篇!

下一篇的主要内容有

  1. 实现Rpc队列
  2. 实现Rpc直接调用Python库
  3. 实现Rpc直接调用shell命令
  4. 实现Rpc传输json
  5. 实现协程Rpc

爱你们!

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