300 行 Go 代码玩转 RPC

阅读数:56 2019 年 11 月 14 日 17:34

300行Go代码玩转RPC

最近,小编一直在研究 RPC 的原理及实现方式。在本篇文章中将通过用 300 行纯 Golang 编写简单的 RPC 框架来解释 RPC。希望能帮助大家梳理 RPC 相关知识点。

我们通过从头开始在 Golang 中构建一个简单的 RPC 框架来学习 RPC 基础构成。

1 什么是 RPC

简单地说,服务 A 想调用服务 B 的函数。但是这两个服务不在同一个内存空间中。所以不能直接调用它。

因此,为了实现这个调用,我们需要表达如何调用以及如何通过网络传递通信的语义。

让我们考虑一下,当我们可以在相同的内存空间(本地调用)中运行时,我们要怎么做。

复制代码
type User struct {
Name string
Age int
}
var userDB = map[int]User{
1: User{"Ankur", 85},
9: User{"Anand", 25},
8: User{"Ankur Anand", 27},
}
func QueryUser(id int) (User, error) {
if u, ok := userDB[id]; ok {
return u, nil
}
return User{}, fmt.Errorf("id %d not in user db", id)
}
func main() {
u , err := QueryUser(8)
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
fmt.Printf("name: %s, age: %d \n", u.Name, u.Age)
}

现在我们如何在网络上进行相同的函数调用

客户端将通过网络调用 QueryUser(id int) 函数,并且将有一个服务端提供对该函数的调用,并返回响应 User{“Name”, id}, nil。

2 网络传输数据格式

我们将采用 TLV(定长报头 + 变长消息体)编码方案来规范 tcp 上的数据传输。稍后会详细介绍

在通过网络发送数据之前,我们需要定义如何通过网络发送数据的结构。

这有助于我们定义一个通用协议,客户端和服务端都可以理解这个协议。(protobuf IDL 定义了服务端和客户端都能理解的内容)。

因此,服务端接收到的数据、要调用的函数名和参数列表,或者来自客户端的数据都需要传递这些参数。

另外,让我们约定第二个返回值的类型为 error,表示 RPC 调用结果。

复制代码
// RPC 数据传输格式
type RPCdata struct {
Name string // name of the function
Args []interface{} // request's or response's body expect error.
Err string // Error any executing remote server
}

现在我们有了一个格式,我们需要序列化它以便我们可以通过网络发送它。在本例中,我们将使用 go 默认的二进制序列化协议进行编码和解码。

复制代码
// be sent over the network.
func Encode(data RPCdata) ([]byte, error) {
var buf bytes.Buffer
encoder := gob.NewEncoder(&buf)
if err := encoder.Encode(data); err != nil {
return nil, err
}
return buf.Bytes(), nil
}
// Decode the binary data into the Go struct
func Decode(b []byte) (RPCdata, error) {
buf := bytes.NewBuffer(b)
decoder := gob.NewDecoder(buf)
var data RPCdata
if err := decoder.Decode(&data); err != nil {
return Data{}, err
}
return data, nil
}

3 网络传输

选择 TLV 协议的原因是由于其非常容易实现,同时也完成了我们需要识别的数据读取的长度,因为我们需要确定这个请求读取的字节数的传入请求流。发送和接收都执行相同的操作。

复制代码
// Transport will use TLV protocol
type Transport struct {
conn net.Conn // Conn is a generic stream-oriented network connection.
}
// NewTransport creates a Transport
func NewTransport(conn net.Conn) *Transport {
return &Transport{conn}
}
// Send TLV data over the network
func (t *Transport) Send(data []byte) error {
// we will need 4 more byte then the len of data
// as TLV header is 4bytes and in this header
// we will encode how much byte of data
// we are sending for this request.
buf := make([]byte, 4+len(data))
binary.BigEndian.PutUint32(buf[:4], uint32(len(data)))
copy(buf[4:], data)
_, err := t.conn.Write(buf)
if err != nil {
return err
}
return nil
}
// Read TLV sent over the wire
func (t *Transport) Read() ([]byte, error) {
header := make([]byte, 4)
_, err := io.ReadFull(t.conn, header)
if err != nil {
return nil, err
}
dataLen := binary.BigEndian.Uint32(header)
data := make([]byte, dataLen)
_, err = io.ReadFull(t.conn, data)
if err != nil {
return nil, err
}
return data, nil
}

现在我们已经定义了数据格式和传输协议。下面我们还需要 RPC 服务器和 RPC 客户端的实现。

4 RPC 服务器

RPC 服务器将接收具有函数名的 RPCData。因此,我们需要维护和映射包含函数名到实际函数映射的函数

复制代码
// RPCServer ...
type RPCServer struct {
addr string
funcs map[string] reflect.Value
}
// Register the name of the function and its entries
func (s *RPCServer) Register(fnName string, fFunc interface{}) {
if _,ok := s.funcs[fnName]; ok {
return
}
s.funcs[fnName] = reflect.ValueOf(fFunc)
}

现在我们已经注册了 func,当我们收到请求时,我们将检查函数执行期间传递的 func 的名称是否存在。然后执行相应的操作

复制代码
// Execute the given function if present
func (s *RPCServer) Execute(req RPCdata) RPCdata {
// get method by name
f, ok := s.funcs[req.Name]
if !ok {
// since method is not present
e := fmt.Sprintf("func %s not Registered", req.Name)
log.Println(e)
return RPCdata{Name: req.Name, Args: nil, Err: e}
}
log.Printf("func %s is called\n", req.Name)
// unpackage request arguments
inArgs := make([]reflect.Value, len(req.Args))
for i := range req.Args {
inArgs[i] = reflect.ValueOf(req.Args[i])
}
// invoke requested method
out := f.Call(inArgs)
// now since we have followed the function signature style where last argument will be an error
// so we will pack the response arguments expect error.
resArgs := make([]interface{}, len(out) - 1)
for i := 0; i < len(out) - 1; i ++ {
// Interface returns the constant value stored in v as an interface{}.
resArgs[i] = out[i].Interface()
}
// pack error argument
var er string
if e, ok := out[len(out) - 1].Interface().(error); ok {
// convert the error into error string value
er = e.Error()
}
return RPCdata{Name: req.Name, Args: resArgs, Err: er}
}

5 RPC 客户端

由于函数的具体实现在服务器端,客户端只有函数的原型,所以我们需要调用函数的完整原型,这样我们才能调用它。

复制代码
func (c *Client) callRPC(rpcName string, fPtr interface{}) {
container := reflect.ValueOf(fPtr).Elem()
f := func(req []reflect.Value) []reflect.Value {
cReqTransport := NewTransport(c.conn)
errorHandler := func(err error) []reflect.Value {
outArgs := make([]reflect.Value, container.Type().NumOut())
for i := 0; i < len(outArgs)-1; i++ {
outArgs[i] = reflect.Zero(container.Type().Out(i))
}
outArgs[len(outArgs)-1] = reflect.ValueOf(&err).Elem()
return outArgs
}
// Process input parameters
inArgs := make([]interface{}, 0, len(req))
for _, arg := range req {
inArgs = append(inArgs, arg.Interface())
}
// ReqRPC
reqRPC := RPCdata{Name: rpcName, Args: inArgs}
b, err := Encode(reqRPC)
if err != nil {
panic(err)
}
err = cReqTransport.Send(b)
if err != nil {
return errorHandler(err)
}
// receive response from server
rsp, err := cReqTransport.Read()
if err != nil { // local network error or decode error
return errorHandler(err)
}
rspDecode, _ := Decode(rsp)
if rspDecode.Err != "" { // remote server error
return errorHandler(errors.New(rspDecode.Err))
}
if len(rspDecode.Args) == 0 {
rspDecode.Args = make([]interface{}, container.Type().NumOut())
}
// unpackage response arguments
numOut := container.Type().NumOut()
outArgs := make([]reflect.Value, numOut)
for i := 0; i < numOut; i++ {
if i != numOut-1 { // unpackage arguments (except error)
if rspDecode.Args[i] == nil { // if argument is nil (gob will ignore "Zero" in transmission), set "Zero" value
outArgs[i] = reflect.Zero(container.Type().Out(i))
} else {
outArgs[i] = reflect.ValueOf(rspDecode.Args[i])
}
} else { // unpackage error argument
outArgs[i] = reflect.Zero(container.Type().Out(i))
}
}
return outArgs
}
container.Set(reflect.MakeFunc(container.Type(), f))
}

6 测试一下我们的框架

复制代码
package main
import (
"encoding/gob"
"fmt"
"net"
)
type User struct {
Name string
Age int
}
var userDB = map[int]User{
1: User{"Ankur", 85},
9: User{"Anand", 25},
8: User{"Ankur Anand", 27},
}
func QueryUser(id int) (User, error) {
if u, ok := userDB[id]; ok {
return u, nil
}
return User{}, fmt.Errorf("id %d not in user db", id)
}
func main() {
// new Type needs to be registered
gob.Register(User{})
addr := "localhost:3212"
srv := NewServer(addr)
// start server
srv.Register("QueryUser", QueryUser)
go srv.Run()
// wait for server to start.
time.Sleep(1 * time.Second)
// start client
conn, err := net.Dial("tcp", addr)
if err != nil {
panic(err)
}
cli := NewClient(conn)
var Query func(int) (User, error)
cli.callRPC("QueryUser", &Query)
u, err := Query(1)
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println(u)
u2, err := Query(8)
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println(u2)
}

执行:go run main.go

输出内容

复制代码
2019/07/23 20:26:18 func QueryUser is called
{Ankur 85}
2019/07/23 20:26:18 func QueryUser is called
{Ankur Anand 27}

总结

致此我们简单的 RPC 框架就实现完成了,旨在帮大家理解 RPC 的原理及上手简单实践。如果大家对这篇文章中所讲内容有异议,或者想进一步讨论,请留言回复。

本文转载自公众号 360 云计算(ID:hulktalk)。

原文链接:

https://mp.weixin.qq.com/s/fxrocOMLX7kqUH9lP94JpA

评论

发布