公司一般使用的分布式RPC框架及其原理面试
引言
以前在做一个规模不大的系统的时候,用的是单体架构,一台服务器部署上一个应用和数据库也就够了。
但是现代化互联网公司业务逐渐扩大,服务逐渐细分,很多服务之间需要通过远程分布式接口调用通讯,即不同的服务不是部署在同一个服务器上,比如订单服务在 A 服务上,付款服务在另一个服务上,有同步调用、也有异步调用,这个时候我们就需要远程调用不同的服务,使用的时候调用远程服务就像调用本地服务一样,引入一个 jar 包,就能通过 this.xxx( ) 一样调用远程服务,这背后的机制就是通过 RPC 技术。
重点:RPC 技术一定是今后工作必备基础,熟练掌握其中一种,知道原理,阅读源码,甚至自己手写一个。
1、面试官:
公司使用什么 RPC 框架?,可以介绍一下 RPC 的工作原理吗?
问题分析: 面试官想了解基础设施是否和我们项目用的一样,一样最好了,能直接上手,不一样了解其它一个别的应该也问题不大,毕竟原理技术都大同小异,说你最熟悉的一个。
答:RPC 是一个分布式计算的 CS 模式,总是由 Client 向 Server 发出一个执行若干过程请求,Server 接受请求,使用者客户端提供的参数,计算完成之后将结果返回给客户端。
使用最广泛的 Spring Cloud,基于 Spring Boot 特性整合了开源行业中优秀的组件,整体对外提供了一套在微服务架构中服务治理的解决方案。
国内开源的框架中,使用比较广泛的有阿里的 Dubbo,后来捐献给了 Apache。还有腾讯的 Tars 框架,还有 Thrift 框架,也有基于 Thrift 二次开发的 RPC 框架,比如美团的 Mtthrift。
这些 RPC 大致原理基本都是一样的。(这个时候,跟面试官要纸和笔,画图解释 RPC 原理)
这个图既不显得太过复杂给自己挖坑,也不会显得简单潦草。
1-5 逐行解释:
- 服务集成 RPC 后,服务(这里的服务就是图中的 Provider,服务提供者)启动后会通过 Register(注册)模块,把服务的唯一 ID 和 IP 地址,端口信息等注册到 RPC 框架注册中心(图中的 Registry 部分)。
- 当调用者(Consumer)想要调用服务的时候,通过 Provider 注册时的的服务唯一 ID 去注册中心查找在线可供调用的服务,返回一个 IP 列表(3.notify 部分)。
- 第三步 Consumer 根据一定的策略,比如随机 or 轮训从 Registry 返回的可用 IP 列表真正调用服务(4.invoke)。
- 最后是统计功能,RPC 框架都提供监控功能,监控服务健康状况,控制服务线上扩展和上下线(5.count)
有清晰的流程图,有每一步的解释,面试官表示很满意,继续追加提问。
2、面试官:
服务启动的时候服务基本信息被注册到注册中心,如果服务提供者挂了,注册中心如何知道服务不可用了呢?
答:服务掉线分为主动下线和心跳检测
比如服务由于发版时,在重启之前先主动通知注册中心:我要重启了,有流量进来先不要分给我,让别的机器服务,等我重启成功后在放流量进来,或者是在管理后台手动直接摘掉机器,这个是主动下线。
心跳检测是处理服务非正常下线(如断电断网)的情况,这个时候如果注册中心不知道该服务已经掉线,一旦被其调用就会带来问题。为了避免出现这样的情况,注册中心增加一个心跳检测功能,它会对服务提供者(Provider)进行心跳检测,比如每隔 30s 发送一个心跳,如果三次心跳结果都没有返回值,就认为该服务已下线,赶紧更新 Consumer 的服务列表,告诉 Consumer 调用别的机器。
问题分析: 阐述了服务端挂了注册中心如何感知的问题,你以为此问题已经完事儿了?还没有,你成功给自己挖了个坑,面试官可能继续深挖,服务提供者(Provider)挂了注册中心能解决,那注册中心自己就不挂了吗?三连问继续。
3、面试官:
如果注册中心挂了,比如你用的是 Zookeeper,如果 Zookeeper 挂了,那服务之间还能相互调用吗?
答:首先注册中心挂掉也要分两种情况,如果数据库挂了,ZK 还是能用的,因为 ZK 会缓存注册机列表在缓存里。
其次 ZK 本身就是一个集群的,一台机器挂了,ZK 会选举出集群中的其他机器作为 Master 继续提供服务,如果整个集群都挂了也没问题,因为调用者本地会缓存注册中心获取的服务列表。省略和注册中心的交互,Consumer 和 Provider 采用直连方式,这些策略都是可配置的。
问题分析: 面试是一个自由交流时间,任何一个点都可能被发散继续深入挖掘,刨根问题,总有你覆盖不到的知识盲区,目的不是为难你,是想了解你的技术沉淀深度。
4、面试官:
你对 RPC 了解的很透彻,那你能否自己写一个 RPC 框架?可以简答描述下思路也行。
答:这个问题,虽然没有自己动手写过,但是我阅读过源码,大致实现思路是这样的。(画图给面试官)
- 客户端 invoke 方法编写,使用 JDK 的动态代理技术,客户端调用远程服务方法时调用的是 InvocationHandler 的 invoke 方法。
- 客户端 Filter 方法编写,完善的 RPC 框架少不了监控、路由、降级、鉴权等功能。
- 创建 Socket,在 Filter 方法中实现 Client.write 方法,其逻辑为从连接池(ChannelPool)中获取连接,然后将数据写进 Channel。
- 实现数据序列化、压缩,目的减少网络传输的数据量,向服务端发送 request 数据,这里可以使用 Netty 异步通讯框架。
- 服务端收到客户端发过的消息后,从 Channel 中将消息读出来之前,也会先经反序列化解压。
- 请求就到了服务端 Filter 中。请求依次经过监控、鉴权方法。
- 根据客户端传递来的服务信息和参数,通过反射调用相应的业务服务并拿到业务处理结果。然后在 ResponseFilter 中将返回结果写入 Channel。
- 服务端序列化、压缩等,发送给客户端。
- 客户端收到消息后,经过客户端反序列化、解压缩,后交给 ResponseThreadPoolProcessor 线程池处理。
- ResponseThreadPoolProcessor 收到消息后,就将结果返回给之前的方法调用,整个调用请求就结束了。
面试官: 可以可以,确实是看了,这个问题就到这。(面试官心理:虽然目前项目里不会让你真正去写一个 RPC 框架,知其然知其所以然,遇到这类 RPC 相关问题一定能搞定了,项目组正好缺一个这样的人)
深入分析
已经有 http 协议接口,或者说 RestFul 接口,为什么还要使用 RPC 技术?
在接⼝不多的情况下,使用 http 确实是一个明智的选择,比如在初创企业,我们不确定业务能顺利开展下去,可能面临随时倒闭,开发人员也不足,这个时候使用简洁高效的技术,先把东西做出来是最明智的选择,无需一步登天。
系统与系统交互较少的情况下,使用 http 协议优点显而易见:开发简单、测试也比较直接、部署方便,利用现成的 http 协议进行系统间通讯,如果业务真的慢慢做大,系统也慢慢扩大,RPC 框架的好处就显示出来 了,⾸先 RPC 支持长链接,通信不必每次都要像 http 一样去重复 3 次握⼿,减少了网络开销。
其次就是 RPC 框架一般都有注册中心模块,有完善的监控管理功能,服务注册发现、服务下线、服务动态扩展等都方便操作,服务化治理效率大大提高。
基于 TCP 协议实现的 RPC,能更灵活地对协议字段进行定制,相比 http 能减少网络传输字节数,降低网络开销(握手)提高性能。实现更大的吞吐量和并发数,但是需要更多的关注底层复杂的细节, 对开发人员的要求也高,增加开发成本。
总结
在面试官夺命三连问的攻击下,前三个题目一定要掌握,最后一个加分项徒手写 RPC 深入分析,可以大大拉升面试官对你的好感,只要有亮点,即使其他问题答得不好,那么问题也不大。
RPC 工作原理总结:
Provider
:服务提供方,CS 模型中的 Server。
Consumer
: 调用远程服务服务消费方,CS 模型中的 Client。
Registry
:服务注册与发现的服务管理中心。
Monitor
:统计服务的调用次数和调用时间的监控中心。
Container
:服务运行容器,如 jetty。
RPC 执行过程总结:
- 服务容器负责启动,加载,运行服务提供者。
- 服务提供者在启动时,向注册中心注册自己提供的服务,暴露自己的 IP 和端口信息。
- 服务消费者在启动时,向注册中心订阅自己所需的服务。
- 注册中心返回服务提供者列表给消费者,如果有变更,注册中心将基于长连接推送给数据消费者。
- 服务消费者,从提供这地址列表中,基于软负载均衡算法,选一台提供者进行调用,如果调用失败,再选另外一台服务调用。
- 服务消费者和提供者,在内存中累计调用次数和调用时间,定时发送一次统计数据到监控中心。
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