RPC的原理及Go RPC

RPC的原理及Go RPC

一. RPC 相关概念

RPC（Remote Procedure Call），即远程过程调用。它允许像调用本地函数一样去调用远程服务器上的函数。

比如我们在写代码获取用户ID时调用了 GetUserById 这个函数，看起来是个普通函数调用，但实际上这个函数是运行在另一台机器上的。

user,err:=mysql.GetUserById(1)

RPC 解决了：

• 网络通信（TCP/HTTP）
• 数据序列化与反序列化
• 请求分发与结果返回

举个形象的例子，我们调用函数就像打一通“电话”，RPC 就是负责：

拨号（找到远程服务）——> 传话（序列化请求参数，发过去）——> 等回话（反序列化返回结果）

1.1 本地调用

为了更好理解RPC,首先我们来尝试一个简单的本地调用例子

package mainimport "fmt"func Add(a, b int) int {return a + b
}func main() {x := 3y := 5res := Add(x, y)fmt.Println(res)
}

1. 编译器把 Add(x, y) 替换成一次函数调用指令（CALL），它会把参数放入寄存器或堆栈中。
2. x=3、y=5 作为参数被压栈或传寄存器。
3. 执行到 CALL Add 指令时，跳转到 Add() 的代码地址，在 Add() 内部执行 a + b，结果存放在返回寄存器
4. 返回寄存器的值被带回调用点，赋值给变量 res

整个过程完全发生在同一个进程内存空间中，没有网络，没有序列化，定义Add函数的代码和调用Add函数的代码共享同一个内存空间，所以调用能够正常执行。

1.2 RPC调用

但是我们无法直接在另一个程序中调用Add函数，因为它们是两个程序——内存空间是相互隔离的。

意思是每个程序运行在自己的进程空间中，我们每运行一个Go程序，系统会创建一个进程，这个进程有自己独立的内存空间，堆，栈等，再运行另一个程序 app2，系统又创建了另一个进程，它的内存空间和 app1 完全分开。

RPC就是为了解决类似远程、跨内存空间、的函数/方法调用的。

实现RPC面临的问题

一. 如何确定要执行的函数？

我们知道在本地调用中，函数主体通过函数指针函数指定，然后调用 add 函数，编译器通过函数指针函数自动确定 add 函数在内存中的位置。

但在 RPC 中，情况完全不同：

• 客户端和服务端是两个进程，甚至两台机器。
• Add() 在客户端并不存在，它的机器码在远端。

所以我们不能用本地函数指针，也不能直接 CALL(函数调用指令)。
于是就需要一种“间接定位”的方式。

这里的解决思路是建立一个函数映射表，也可以理解为设立一个关于函数的注册中心，例如：

function name	ID	实际函数指针
“Add”	1	Add(a, b)
“Login”	2	Login(user, pass)

客户端调用时：

{"func_id": 1,"params": [3, 5]
}

服务端解析到 ID=1，就能找到对应的 Add() 函数，反射调用它。

因此，RPC 不靠内存地址找函数，而是靠函数名或 ID 查表调用。

二. 如何表达参数？(序列化问题)

本地调用时

在同一进程中，函数调用的参数是直接通过 栈内存 或 寄存器 传递的，比如：

参数	值	存储位置
a	3	栈上
b	5	栈上

CPU 直接取栈上的值就能算。

RPC 调用时

客户端和服务端的内存不共享。
你不能直接把栈内存传过去——因为对方进程根本看不到你内存的地址。

所以必须把参数**“打包”成可以跨网络传输的格式**。
这就叫序列化。

序列化后就变成字节流，例如：

{"a":3,"b":5}

→ 转成二进制后发送出去。

服务端收到数据后，再进行反序列化，恢复成结构体。

RPC 不能传内存地址，只能把参数序列化成字节流传过去。

三. 如何进行网络传输？

本地调用时

调用在同一个进程空间内，不需要任何通信协议。

RPC 调用时

客户端和服务端一般在不同进程或不同机器上。
因此必须通过网络通信。
这就涉及两部分：

1. 建立连接（TCP / HTTP）
2. 发送请求字节流，等待响应字节流

此时我们会用到一些传输协议，比如TCP,比如 gRPC 使用 HTTP/2 协议

RPC 通过网络协议传输序列化后的函数调用请求和返回结果。

关系图

      Client (app2)                        Server (app1)
+--------------------------+      +------------------------------+
| func_id=1 ("Add")        |      | registry: {"Add"->Add()}     |
| params={3,5}              |      |                              |
| serialize -> bytes         |──TCP/HTTP──>| deserialize -> call Add(3,5) |
| wait for response bytes    |<────────────| serialize result=8           |
+--------------------------+      +------------------------------+

RPC 的原理

（这里借用七米老师博客的一张图）

① RPC Call

• Client（调用方）像本地函数一样调用一个方法，例如：

  result := Add(3, 5)
  

• 实际上，这个函数并不是真正的函数实现，而是一个代理（Client Stub）。

---

② Client Stub 打包参数（bundle args）

• Client Stub 把调用的函数名、参数等打包（序列化）成字节流。

• 比如将：

  {"method": "Add", "params": [3, 5]}
  

  转换成可以通过网络传输的格式（如 JSON、protobuf、msgpack）。

---

③ 发送请求（send）

• Client Stub 把序列化后的数据发送给本机的网络层（Network Service）。
• 网络层通过 TCP/HTTP 等协议发送到 Server 所在的主机。

---

④ 网络传输（Network）

• 数据包在网络上传输，从 Computer 1 发送到 Computer 2。

---

⑤ Server Stub 接收并解包参数（unbundle args）

• Server 端的网络服务接收到请求数据，交给 Server Stub。

• Server Stub 将收到的字节流反序列化（unmarshal）为实际参数。

  method = "Add"
  params = [3, 5]
  

---

⑥ 本地调用（local call）

• Server Stub 根据解析结果调用真正的本地函数：

  result := Add(3, 5)
  

• 这部分就和普通函数调用没区别。

---

⑦ 函数返回（local return）

• 函数执行完返回结果：

  result = 8
  

---

⑧ Server Stub 打包返回值（bundle ret vals）

• Server Stub 将返回值序列化成字节流。

  {"result": 8}
  

---

⑨ 发送返回数据（send）

• Server Stub 通过网络服务把数据发回给客户端。

---

⑩ 客户端网络服务接收（receive）

• 客户端网络层收到服务器返回的数据包。

---

⑪ Client Stub 解包返回值（unbundle ret vals）

• Client Stub 将字节流反序列化为真正的结果值：

  result = 8
  

---

⑫ 返回给调用者（RPC return）

• 最终，Client 得到返回值，就像本地函数执行完一样：

  fmt.Println(result) // 输出 8
  

二. 相关方法

在写代码前我们要明确编写架构，及我们需要客户端发起请求，需要服务端接收请求以及需要注册的方法(结构体等相关工具)

rpc_http_demo/
├── client.go   # 客户端：发起 RPC 调用
├── server.go   # 服务端：提供 RPC 服务
└── service.go  # 公共结构体与工具（请求/响应定义）

2.1 基于HTTP的RPC

service.go

// service.go
package main// 封装 RPC 调用的参数
type Params struct {A, B int
}// 定义一个结构体作为服务对象，承载RPC方法,在 RPC 框架里，方法必须属于某个类型（结构体）才能被注册
type ServiceA struct{}// 定义Add方法
func (s *ServiceA) Add(p *Params, result *int) (err error) {*result = p.A + p.Breturn
}

server.go

package mainimport ("log""net""net/http""net/rpc"
)// 注册服务
func main() {//创建实例service := new(ServiceA)//注册服务rpc.Register(service)//注册HTTP处理器rpc.HandleHTTP()//监听连接l, err := net.Listen("tcp", ":8080")if err != nil {log.Fatal("listen error", err)}//启动服务,第二个参数为 nil，意味着使用默认的 HTTP Handlerhttp.Serve(l, nil)
}

client.go

package mainimport ("fmt""log""net/rpc"
)func main() {//建立到服务端的HTTP连接client, err := rpc.DialHTTP("tcp", "127.0.0.1:8080")if err != nil {log.Fatal("dial err:", err)}//传参param := &Params{1, 2}var result interr = client.Call("ServiceA.Add", param, &result)if err != nil {log.Fatal("ServiceA.Add err:", err)}fmt.Println("Add : %d + %d = %d\n", param.A, param.B, result)
}

验证方法

我们可以在本地开两个终端，先启动server.go, 再到另一个终端启动client.go，最后可以看到相加结果

2.2 基于TCP的RPC

我们需要在server和client端做一些修改

server.go

func main() {service := new(ServiceA)rpc.Register(service)//tcp协议l, err := net.Listen("tcp", ":8080")if err != nil {log.Fatal("listen error:", err)}// tcp 核心逻辑for {conn, _ := l.Accept() //阻塞等待客户端连接(返回一个net.Conn对象)rpc.ServeConn(conn)   // 为这个连接启动一个 RPC 会话，专门在该连接上处理一次 RPC 请求/响应。}
}

client.go

func main() {// 建立TCP连接client, err := rpc.Dial("tcp", "127.0.0.1:8080")if err != nil {log.Fatal("dialing:", err)}param := &Params{3, 5}var result interr = client.Call("ServiceA.Add", param, &result)if err != nil {log.Fatal("ServiceA.Add error:", err)}fmt.Printf("ServiceA.Add: %d+%d=%d\n", param.A, param.B, result)}

验证方法都是一样的

2.3 基于JSON协议的RPC

server.go

func main() {service := new(ServiceA)rpc.Register(service)//tcp协议l, err := net.Listen("tcp", ":8080")if err != nil {log.Fatal("listen error:", err)}// tcp 核心逻辑for {conn, _ := l.Accept() //阻塞等待客户端连接(返回一个net.Conn对象)//使用JSON协议 rpc.ServeCodec(jsonrpc.NewServerCodec(conn))}
}

client.go

func main() {// 建立TCP连接conn, err := rpc.Dial("tcp", "127.0.0.1:8080")if err != nil {log.Fatal("dialing:", err)}// 使用JSON协议client := rpc.NewClientWithCodec(jsonrpc.NewClientCodec(conn))param := &Params{3, 5}var result interr = client.Call("ServiceA.Add", param, &result)if err != nil {log.Fatal("ServiceA.Add error:", err)}fmt.Printf("ServiceA.Add: %d+%d=%d\n", param.A, param.B, result)}