分布式RPC框架原理面试

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）

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 请求就到了服务端 Filter 中。请求依次经过监控、鉴权方法。
7. 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。
8. 服务端序列化、压缩等，发送给客户端。
9. 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。
10. 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：

1. 服务容器负责启动，加载，运行服务提供者。
2. 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。
3. 服务消费者在启动时，向注册中心订阅自己所需的服务。
4. 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。
5. 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。
6. 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。