RPC原理介绍

RPC(Remote Procedure Call, 远程过程调用) 是一种计算机通信协议, 它允许程序调用另一个地址空间(通常是远程机器上的)的过程或函数, 就像本地调用一样, 而不需要显示地处理网络通信的细节。RPC使得分布式系统中的不同模块能够相互通信, 而对开发者而言, 这种通信就像是本地调用一样简单。其调用原理图如下:

RPC通讯原理图

上面的步骤看起来很复杂, 实际上, 在当前的主流RPC框架, 例如:grpc、thrift, 只需要关心第1步和最后1步即可, 中间过程已经由框架进行了封装。在这篇文章中, 将从学习的角度自己来实现一个RPC的服务端全流程。

实现RPC服务端

这里模拟了用户信息的注册管理流程, 在服务端, 保存有多个用户信息, 并提供两个远程调用接口, 一个是通过ID获取对应的用户信息接口, 另一个是添加新的用户。参考代码如下:

// 1. 定义要远程调用的方法type MathService struct {}func (m *MathService) Multiply(args *Args, reply *int) error {    *reply = args.A * args.B    return nil}// 2. 定义请求和响应的数据结构type Args struct {    A, B int}

在上面的代码中, 我们定义了一个MathService结构体，其中包含了一个Multiply方法，该方法用于实现两个整数相乘的远程调用。接下来我们需要完成服务端的服务端口监听和连接建立, 参考代码如下:

func main() {    mathService := new(MathService)    rpc.Register(mathService)    listener, err := net.Listen("tcp", ":1234")    if err != nil {        log.Fatal("Listen error:", err)    }    for {        conn, err := listener.Accept()        if err != nil {            log.Fatal("Accept error:", err)        }        go rpc.ServeConn(conn)    }}

在上面的main函数中, 我们注册了一个MathService服务,并在本地监听1234端口,当接收到客户端连接后, 使用rpc.ServeConn来处理RPC请求。

实现客户端连接

客户端连接服务端的参考代码如下:

type Args struct {	A, B int}func main() {    client, err := rpc.Dial("tcp", "localhost:1234")    if err != nil {        log.Fatal("Dial error:", err)    }    args := &Args{7, 8}    var reply int    err = client.Call("MathService.Multiply", args, &reply)    if err != nil {        log.Fatal("MathService.Multiply error:", err)    }    fmt.Printf("MathService.Multiply: %d * %d = %d\n", args.A, args.B, reply)}

先编译服务端代码并启动, 然后执行客户端程序，结果如下:

RPC远程方法被调用

客户端成功调用了服务端的远程函数并收到结果。

利用gRPC框架实现服务端

gRPC（gRPC Remote Procedure Calls）是由Google开发的开源RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用）框架，其目标是在跨网络的服务之间实现高效的通信。gRPC使用Protocol Buffers（protobuf）作为其接口描述语言，并支持多种编程语言，包括C++, Java, Python, Go, Node.js等。

首先需要安装gRPC相关的包,通过以下命令安装:

go get -u google.golang.org/grpc

接着需要安装Protocol Buffers工具, 可以从这里直接下载最新版, 根据自己的操作系统类型选择:

https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases

接下来需要安装两个包:

go install google.golang.org/protobuf/cmd/protoc-gen-go@latestgo install google.golang.org/grpc/cmd/protoc-gen-go-grpc@latest

紧接着创建proto文件, 内容如下:

syntax = "proto3";package grpcsample;option go_package = ".";message User {  string id = 1;  string name = 2;  int32 age = 3;}service UserService {  rpc GetUserById (UserRequest) returns (User);  rpc AddUser (User) returns (User);}message UserRequest {  string id = 1;}

将上面的代码生成文件, 文件名为: user.proto。

我这里将protoc二进制程序放到工程根目录gosample下, 接着在命令行下输入以下命令：

./protoc --go_out=. --go_opt=paths=source_relative --go-grpc_out=. --go-grpc_opt=paths=source_relative ./grpcsample/user.proto

该命令将把.proto文件内容生成对应的grpc Go代码, 生成后将在grpcsample目录下生成user.pb.go和user_grpc.pb.go文件,如图:

自动生成rpc文件

在grpcsample目录下新建工程文件userservice.go, 加入以下代码:

import (	"context"	"fmt")var users = map[string]User{	"1": {Id: "1", Name: "John Doe", Age: 30},	"2": {Id: "2", Name: "Jane Doe", Age: 25},}type UserServer struct {	UnimplementedUserServiceServer}func (s *UserServer) GetUserById(ctx context.Context, req *UserRequest) (*User, error) {	user, exists := users[req.Id]	if exists {		return &user, nil	}	return nil, fmt.Errorf("User with ID %s not found", req.Id)}func (s *UserServer) AddUser(ctx context.Context, user *User) (*User, error) {	users[user.Id] = *user	return user, nil}

上面的代码提供了两个RPC方法, GetUserById支持通过ID查询对应的用户信息, AddUser支持添加一个新的用户。

接着添加服务端的主程序代码:

import (	"google.golang.org/grpc"	pb "gosample/grpcsample")func main() {    listener, err := net.Listen("tcp", ":50051")	if err != nil {		log.Fatalf("Failed to listen: %v", err)	}	server := grpc.NewServer()	pb.RegisterUserServiceServer(server, &pb.UserServer{})	log.Println("gRPC server is running on port 50051")	if err := server.Serve(listener); err != nil {		log.Fatalf("Failed to serve: %v", err)	}}

在服务端主程序代码中, 我们调用了grpcsample中的RegisterUserServiceServer方法注册了一个服务,并在本地的50051端口监听客户端连接。

生成gRPC客户端

同样的方式, 新打开一个工程, 按照服务端生成gRPC的方式生成客户端的代码, 如图:

gRPC自动生成代码

在客户端的主程序中利用如下代码进行服务端方法调用:

package mainimport (	"context"	"fmt"	"log"	"google.golang.org/grpc"	"google.golang.org/grpc/credentials/insecure"	pb "sampleclient/grpcsample")func main() {	 conn, err := grpc.Dial("localhost:50051", grpc.WithTransportCredentials(insecure.NewCredentials()))	if err != nil {		log.Fatalf("Failed to connect: %v", err)	}	defer conn.Close()	client := pb.NewUserServiceClient(conn)	// 通过ID查询用户	user, err := client.GetUserById(context.Background(), &pb.UserRequest{Id: "1"})	if err != nil {		log.Fatalf("Error getting user: %v", err)	}	fmt.Printf("User: %+v\n", user)	// 添加一个新用户	newUser := &pb.User{Id: "3", Name: "Alice", Age: 28}	addedUser, err := client.AddUser(context.Background(), newUser)	if err != nil {		log.Fatalf("Error adding user: %v", err)	}	fmt.Printf("Added User: %+v\n", addedUser)}

在上面的代码中, 首先通过grpc包中的Dial函数连接到本地50051端口, 并调用gRPC的方法NewUserServiceClient新建一个客户端连接, 接着远程调用了服务端的两个方法。首先开启服务端, 查看客户端调用方法后的返回,如图:

成功调用gRPC远程方法

可以看到,成功获取到远程的两个方法返回的结果。