如何设计一个 RPC 系统 (2)

所谓远程,就是指网络上另外一个位置,那么网络地址就是必须要输入的部分。在TCP/IP网络下,IP地址和端口号代表了运行中程序的一个入口。所以指定IP地址和端口是发起远程调用所必需的。

然而,一个程序可能会运行很多个功能,可以接收多个不同含义的远程调用。这样如何去让用户指定这些不同含义的远程调用入口,就成为了另外一个问题。当然最简单的是每个端口一种调用,但是一个IP最多支持65535个端口,而且别的网络功能也可能需要端口,所以这种方案可能会不够用,同时一个数字代表一个功能也不太好理解,必须要查表才能明白。

所以我们必须想别的方法。在面向对象的思想下,有些方案提出了:以不同的对象来归纳不同的功能组合,先指定对象,再指定方法。这个想法非常符合程序员的理解方式,EJB就是这种方案的。一旦你确定了用对象这种模型来定义远程调用的地址,那么你就需要有一种指定远程对象的方法,为了指定对象,你必须要能把对象的一些信息,从被调用方(服务器端)传输给调用方(客户端)。

最简单的方案就是客户端输入一串字符串作为对象的“名字”,发给服务器端,查找注册了这个“名字”的对象,如果找到了,服务器端就会用某种技术“传输”这个对象给客户端,然后客户端就可以调用他的方法了。当然这种传输不可能是把整个服务器上的对象数据拷贝给客户端,而是用一些符号或者标志的方法,来代表这个服务器上的对象,然后发给客户端。

如果你不是使用面向对象的模型,那么远程的一个函数,也是必须要定位和传输的,因为你调用的函数必须先能找到,然后成为客户端侧的一个接口,才能调用。针对“远程对象”(这里说的对象包括面向对象的对象或者仅仅是 函数)如何表达才能在网络上定位;以及定位成功之后以什么形式供客户端调用,都是“远程调用”设计方案中第一个重要的问题。

2 . 函数的接口形式应该如何表示

远程调用由于受到网络通信的约束,所以往往不能完全的支持编程语言的所有特性。比如C语言函数中的指针类型参数,就无法通过网络传递出去。因此远程调用的函数定义,能用语言中的什么特性,不能用什么特性,是需要在设计方案是规定下来的。

这种规定如果太严格,会影响使用者的易用性;如果太宽泛,则可能导致远程调用的性能低下。如何去设计一种方式,把编程语言中的函数,描述成一个远程调用的函数,也是需要考虑的问题。很多方案采用了配置文件这种通用的方式,而另外一些方案可以直接在源代码中里面加特殊的注释。

一般来说,编译型语言如C/C++只能采用源代码根据配置文件生成的方案,虚拟机型语言如C#/JAVA可以采用反射机制结合配置文件(设置是在源代码中用特殊注释来代替配置文件)的方案,如果是脚本语言就更简单,有时候连配置文件都不需要,因为脚本自己就可以充当。总之远程调用的接口要满足怎样的约束,也是一个需要仔细考虑的问题。

3. 用什么方法来实现网络通信

远程调用最重要的实现细节,就是关于网络通信。用何种通信方式来承载远程调用的问题,细化下来就是两个子问题:用什么样的服务程序提供网络功能?用什么样的通信协议?

远程调用系统可以自己直接对TCP/IP编程来实现通信,也可以委托一些其他软件,比如Web服务器、消息队列服务器等等……也可以使用不同的网络通信框架,如Netty/Mina这些开源框架。通信协议则一般有两层:一个是传输协议,比如TCP/UDP或者高层一点的HTTP,或者自己定义的传输协议;另外一个是编码协议,就是如何把一个编程语言中的对象,序列化和反序列化成为二进制字节流的方案,流行的方案有JSON、Google Protocol Buffer等等,很多开发语言也有自己的序列化方案,如JAVA/C#都自带。以上这些技术细节,应该选择使用哪些,直接关系到远程调用系统的性能和环境兼容性。

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以上三个问题,就是远程调用系统必须考虑的核心选型。根据每个方案所面对的约束不同,他们都会在这三个问题上做出取舍,从而适应其约束。但是现在并不存在一个“万能”或者“通用”的方案,其原因就是:在如此复杂的一个系统中,如果要照顾的特性越多,需要付出的成本(易用性代价、性能开销)也会越多。

下面,我们可以研究下业界现存的各种远程调用方案,看他们是如何在这三个方面做平衡和选择的。

业界方案举例 1. CORBA

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