简介

以下内容摘抄至维基百科

在分布式计算**，远程过程调用**（英语：Remote Procedure Call，缩写为 RPC）是一个计算机通信协议。该协议允许运行于一台计算机的程序调用另一个地址空间（通常为一个开放网络的一台计算机）的子程序，而程序员就像调用本地程序一样，无需额外地为这个交互作用编程（无需关注细节）。RPC是一种服务器-客户端（Client/Server）模式，经典实现是一个通过发送请求-接受回应进行信息交互的系统。

如果涉及的软件采用面向对象编程，那么远程过程调用亦可称作远程调用或远程方法调用，例：Java RMI。

RPC是一种进程间通信的模式，程序分布在不同的地址空间里。如果在同一主机里，RPC可以通过不同的虚拟地址空间（即便使用相同的物理地址）进行通讯，而在不同的主机间，则通过不同的物理地址进行交互。许多技术（常常是不兼容）都是基于这种概念而实现的。

本地过程调用

RPC就是要像调用本地的函数一样去调远程函数。在研究RPC前，我们先看看本地调用是怎么调的。假设我们要调用函数Multiply来计算lvalue * rvalue的结果:

int Multiply(int l, int r) {
int y = l * r;
	return y;
}

int lvalue = 10;
int rvalue = 20;
int l_times_r = Multiply(lvalue, rvalue);

那么在第8行时，我们实际上执行了以下操作：

  1. 将 lvalue 和 rvalue 的值压栈
  2. 进入Multiply函数，取出栈中的值10 和 20，将其赋予 l 和 r
  3. 执行第2行代码，计算 l * r ，并将结果存在 y
  4. 将 y 的值压栈，然后从Multiply返回
  5. 第8行，从栈中取出返回值 200 ，并赋值给 l_times_r

以上5步就是执行本地调用的过程。（注：以上步骤只是为了说明原理。事实上编译器经常会做优化，对于参数和返回值少的情况会直接将其存放在寄存器，而不需要压栈弹栈的过程，甚至都不需要调用call，而直接做inline操作。仅就原理来说，这5步是没有问题的。）

远程过程调用

  1. 客户端调用客户端stub（client stub）。这个调用是在本地，并将调用参数push到栈（stack）中。
  2. 客户端stub（client stub）将这些参数包装，并通过系统调用发送到服务端机器。打包的过程叫 marshalling。（常见方式：XML、JSON、二进制编码）
  3. 客户端本地操作系统发送信息至服务器。（可通过自定义TCP协议或HTTP传输）
  4. 服务器系统将信息传送至服务端stub（server stub）。
  5. 服务端stub（server stub）解析信息。该过程叫 unmarshalling。
  6. 服务端stub（server stub）调用程序，并通过类似的方式返回给客户端。

RPC远程过程调用流程图

以左边的Client端为例，Application就是rpc的调用方，Client Stub就是我们的代理对象，其实内部是通过rpc方式来进行远程调用的代理对象，至于Client Run-time Library，则是实现远程调用的工具包，比如jdk的Socket，最后通过底层网络实现实现数据的传输。

这个过程中最重要的就是序列化和反序列化了，因为数据传输的数据包必须是二进制的，你直接丢一个Java对象过去，人家可不认识，你必须把Java对象序列化为二进制格式，传给Server端，Server端接收到之后，再反序列化为Java对象。

远程过程调用带来的新问题

在远程调用时，我们需要执行的函数体是在远程的机器上的，也就是说，Multiply是在另一个进程中执行的。这就带来了几个新问题：

  1. Call ID映射。我们怎么告诉远程机器我们要调用Multiply，而不是Add或者FooBar呢？在本地调用中，函数体是直接通过函数指针来指定的，我们调用Multiply，编译器就自动帮我们调用它相应的函数指针。但是在远程调用中，函数指针是不行的，因为两个进程的地址空间是完全不一样的。所以，在RPC中，所有的函数都必须有自己的一个ID。这个ID在所有进程中都是唯一确定的。客户端在做远程过程调用时，必须附上这个ID。然后我们还需要在客户端和服务端分别维护一个 {函数 <–> Call ID} 的对应表。两者的表不一定需要完全相同，但相同的函数对应的Call ID必须相同。当客户端需要进行远程调用时，它就查一下这个表，找出相应的Call ID，然后把它传给服务端，服务端也通过查表，来确定客户端需要调用的函数，然后执行相应函数的代码。
  2. 序列化和反序列化。客户端怎么把参数值传给远程的函数呢？在本地调用中，我们只需要把参数压到栈里，然后让函数自己去栈里读就行。但是在远程过程调用时，客户端跟服务端是不同的进程，不能通过内存来传递参数。甚至有时候客户端和服务端使用的都不是同一种语言（比如服务端用C++，客户端用Java或者Python）。这时候就需要客户端把参数先转成一个字节流，传给服务端后，再把字节流转成自己能读取的格式。这个过程叫序列化和反序列化。同理，从服务端返回的值也需要序列化反序列化的过程。
  3. 网络传输。远程调用往往用在网络上，客户端和服务端是通过网络连接的。所有的数据都需要通过网络传输，因此就需要有一个网络传输层。网络传输层需要把Call ID和序列化后的参数字节流传给服务端，然后再把序列化后的调用结果传回客户端。只要能完成这两者的，都可以作为传输层使用。因此，它所使用的协议其实是不限的，能完成传输就行。尽管大部分RPC框架都使用TCP协议，但其实UDP也可以，而gRPC干脆就用了HTTP2。Java的Netty也属于这层的东西。

实现RPC框架

有了这以上三个机制，就能实现RPC了，具体过程如下：

// Client端 
// int l_times_r = Call(ServerAddr, Multiply, lvalue, rvalue)
1. 将这个调用映射为Call ID。这里假设用最简单的字符串当Call ID的方法
2. 将Call ID，lvalue和rvalue序列化。可以直接将它们的值以二进制形式打包
3. 把2中得到的数据包发送给ServerAddr，这需要使用网络传输层
4. 等待服务器返回结果
5. 如果服务器调用成功，那么就将结果反序列化，并赋给l_times_r

// Server端
1. 在本地维护一个Call ID到函数指针的映射call_id_map，可以用map<String, Method<>>
2. 等待请求
3. 得到一个请求后，将其数据包反序列化，得到Call ID
4. 通过在call_id_map中查找，得到相应的函数指针
5. 将lvalue和rvalue反序列化后，在本地调用Multiply函数，得到结果
6. 将结果序列化后通过网络返回给Client

所以要实现一个RPC框架，其实只需要按以上流程实现就基本完成了。

其中：

  • Call ID映射可以直接使用函数字符串，也可以使用整数ID。映射表一般就是一个哈希表。
  • 序列化反序列化可以自己写，也可以使用Protobuf或者FlatBuffers之类的。
  • 网络传输库可以自己写socket，或者用asio，ZeroMQ，Netty之类。

API风格

  • RPC形式的API组织形态是类和方法，或者说领域和行为。
  • 因此API的命名往往是一个动词，比如GetUserInfo和CreateUser。
  • 因为URI会非常多而且往往没有一些约定规范，所以需要有详细的文档。
  • 也是因为无拘无束，HTTP方法基本只用GET和POST，设计起来比较简单。