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基于muduo网络库和Protobuf的C++轻量级RPC框架,使用Zookeeper实现分布式服务配置中心。

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基于muduo网络库和Protobuf的C++轻量级RPC框架,使用Zookeeper实现分布式服务配置中心。

一、分布式与RPC

单机→ 集群→ 分布式→ 微服务

单机:当服务的流量很小时,可以将所有的功能都部署在一台服务器上

​ 1、随着流量的增长,受限于硬件资源,单机服务器不能承受用户的大量并发请求

​ 2、任意模块的修改,都会导致整个项目代码重新编译、部署

​ 3、系统中,有CPU密集型、IO密集型的模块,各个模块对于硬件的资源需求是不同的

集群:可以通过横向扩展服务器的数量,把同样的项目部署在多台服务器上提高用户的并发量

​ 1、项目代码还是需要重新编译。 2、进行多次部署

分布式:把不同的业务模块部署在不同的服务器上,通过网络连接的多个组件,通过交换信息协作而形成的系统

1、大系统的软件模块该怎么划分

2、各个模块之间该怎么互相访问

RPC (Remote Procedure Call)

第二点可以使用RPC解决:可以通过网络从远程服务器上请求服务(调用远端服务器上的函数并获取返回结果)。简单来说,客户端程序可以像调用本地函数一样直接调用运行在服务端的函数。互联网上的机器大都通过TCP/IP协议相互访问,但TCP/IP只是往远端发送了一段二进制数据,为了建立服务还有很多问题需要抽象,它把网络交互类比为“client访问server上的函数”:client向server发送request后开始等待,直到server收到、处理、回复client后,client又再度恢复并根据response做出反应。

二、RPC框架使用

server端:

1、填写proto文件,其中package代表命名空间、message代表类,service代表服务对象,使用 option cc_generic_services = true;告诉protoc要生成C++ Service基类,服务提供方要实现protobuf生成的接口。

2、继承后重写基类的虚函数,重写的内容大致为从request中得到参数,处理本地业务,把返回值打包到response中,执行回调函数done把response序列化并发送至远端(BRPC中的回调建议使用ClosureGuard确保done->Run()被调用,不管在中间还是末尾脱离服务回调,都会使done_guard析构,其中会调用done->Run()。这个机制称为RAII。没有这个的话你得在每次return前都加上done->Run(),极易忘记)。

3、要把服务加入Service,实参为子类的对象,形参为父类的指针,这样框架就可以接受不同的服务。

4、开启服务,一个服务只能监听一个端口。

client端:

1、同样需要有proto文件,protoc后会生成一个_stub的类供用户端使用,这个类需要传入一个channel类参数

调用_stub的方法(对应的服务端发布的方法),其实就是channel调用CallMethod,这之前需要把request装好,response和done不用装。一般来说,我们不直接调用channel.CallMethod,而是通过protobuf生成的桩XXX_Stub,过程更像是“调用函数”。

三、RPC框架结构

protobuf:

  1. 先写好.proto配置文件,然后command protoc --cpp_out = ./ xxx.proto
  2. 再编译 g++ -std=c++11 *.cc -o a pkg-config --cflags --libs protobuf

在rpc提供服务这一方,如何把本地的服务提供成rpc服务? 首先使用protoc把protobuf中的信息生成.pb.h和.pb.cc文件,文件中生成了UserServiceRpc这个类继承于Service类,用户把UserService继承UserServiceRpc,UserServiceRpc中的虚函数重写,重写的过程首先要根据框架已经打包好的request获取请求参数的值,其次执行本地的服务,再把返回值打包填入到response,最后执行done->run()把response通过pb和muduo传到远端。作为提供服务方,还要把rpc服务发布到rpc节点上,首先要初始化框架(框架值初始化一次就行了,要读取配置文件),其次NotifyService(通过GetDescriptor得到服务对象的名字和服务方法的个数和名字,并把他们记录在一个map中),最后run以阻塞方式等待远端调用rpc服务方法(使用muduo完成rpc的网络收发模块),当有远端的请求到来时,之前绑定的OnMessage方法就会被muduo调用(在框架内部,MprpcProvider和RpcConsumer协商好之间通信用的protobuf数据类型,数据头:服务名,方法名,参数长度。解析muduo搞定的字符流,以二进制方法读取4个字节的header_size,再读取header_size长度的数据头,再读取arg_size长度的参数,把数据头中的service名字和method名字在map中寻找一下,通过proto的message中的getprototype生成request和response,然后把请求参数的字符串反序列化,然后再绑定一个closure回调函数用于把response序列化和通过muduo发送到远端(回调是由业务调用的),最后调用Service->CallMethod,其实就是相当于调用UserService->Login方法)

rpcprovider:

  1. 使用muduo网络库实现的网络收发模块
  2. 使用protobuf实现的onMessage回调中的数据反序列化模块
  3. 通过NotifyService记录本地的rpc服务以及方法

在rpc调用这一方 首先有一个UserServiceRpc_Stub类用来调用rpc服务方法,必须要有一个MpRpcChannel继承于RpcChannel,父类的指针指向子类的对象,用Stub调用所有的方法都会调用RpcChannel的callmethod,MprpcChannel继承于RpcChannel,重写一下callmethod,集中来做所有rpc方法调用的参数序列化(在框架内部,MprpcProvider和RpcConsumer协商好之间通信用的protobuf数据类型,数据头:服务名,方法名,参数长度。组装要传过去的request的一些对象的值为字符流)和网络发送(不需要高并发,所以只需要TCP编程即可)

zookeeper:在分布式环境下,当某一个模块在多个服务器部署时,客户端需要知道有那些服务器提供服务,如果通过一个配置文件获取,当新增服务器或有服务器宕机,就会有问题,所以用zookeeper。首先这些服务会在注册中心进行注册,当客户端来查询的时候,只需要给出名称,注册中心就会给出一个URL。所有的客户端在访问服务前,都需要向这个注册中心进行询问,以获得最新的地址。注册中心可以是树形结构,每个服务下面有若干节点,每个节点表示服务的实例。注册中心和各个服务实例直接建立Session,要求实例们定期发送心跳,一旦特定时间收不到心跳,则认为实例挂了,删除该实例。

临时性节点&永久性节点

zk的数据是怎么组织的:znode:/服务名/服务方法 ls get zk的watcher机制

在rpc提供方开一个zkClient把所有服务都注册在zk上,rpc调用方在拿到服务名字和方法后,开一个zkClient找到url

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