应该知道的RPC内核细节（值得收藏）！！！

发布时间：2025-11-05 07:26:38 来源：创站工坊 作者：人工智能

​微服务分层架构，应该之前聊得很多了，知道值微服务离不开RPC框架，内核RPC框架的细节原理、实践及细节，收藏今天和大家聊一聊。应该

文章较长，知道值1万字左右，内核建议提前收藏。细节

服务化的一个好处就是，不限定服务的应该提供方使用什么技术选型，能够实现大公司跨团队的知道值技术解耦，如下图所示：

服务的上游调用方，按照接口、协议即可完成对远端服务的调用。

但实际上，大部分互联网公司，研发团队规模有限，大都使用同一套技术体系来实现服务：

这样的话，如果没有统一的服务框架，b2b供应网各个团队的服务提供方就需要各自实现一套序列化、反序列化、网络框架、连接池、收发线程、超时处理、状态机等“业务之外”的重复技术劳动，造成整体的低效。

因此，统一服务框架把上述“业务之外”的工作统一实现，是服务化首要解决的问题。

Remote Procedure Call Protocol，远程过程调用。

先来看下什么是“近”，即“本地函数调用”。

当我们写下：

这三个动作，都发生在同一个进程空间里，这是本地函数调用。IT技术网

典型的，这个进程部署在另一台服务器上。

最容易想到的，两个进程约定一个协议格式，使用Socket通信，来传输：

假设，设计一个11字节的请求报文：

同理，可以设计一个4字节响应报文：

4个字节填入处理结果“3”；

调用方的代码可能变为：

request = MakePacket(“add”, 1, 2);

SendRequest_ToService_B(request);

response = RecieveRespnse_FromService_B();

这4个步骤是：

服务方的代码可能变为：

request = RecieveRequest();

args/function = unMakePacket(request);

result = Add(1, 2);

response = MakePacket(result);

这个5个步骤也很好理解：

这个过程用一张图描述如下：

调用方与服务方的处理步骤都是非常清晰。

调用方太麻烦了，每次都要关注很多底层细节：

可以，RPC框架就是解决这个问题的，它能够让调用方“像调用本地函数一样调用远端的函数（服务）”。

讲到这里，是不是对RPC，对序列化范序列化有点感觉了？往下看，有更多的底层细节。

RPC框架，要向调用方屏蔽各种复杂性，要向服务提供方也屏蔽各类复杂性：

所以整个RPC框架又分为client部分与server部分，实现上面的目标，把复杂性屏蔽，就是RPC框架的职责。

如上图所示，业务方的职责是：

RPC框架的职责是，中间大蓝框的部分：

server端的技术大家了解的比较多，接下来重点讲讲client端的技术细节。

先来看看RPC-client部分的“序列化反序列化”部分。

工程师通常使用“对象”来进行数据的操纵：

class User{

std::String user_name;

uint64_t user_id;

uint32_t user_age;

};

User u = new User(“shenjian”);

u.setUid(123);

但当需要对数据进行存储或者传输时，“对象”就不这么好用了，往往需要把数据转化成连续空间的“二进制字节流”，一些典型的场景是：

所谓序列化（Serialization），就是将“对象”形态的数据转化为“连续空间二进制字节流”形态数据的过程。这个过程的逆过程叫做反序列化。

这是一个非常细节的问题，要是让你来把“对象”转化为字节流，你会怎么做？很容易想到的一个方法是xml（或者json）这类具有自描述特性的标记性语言：

规定好转换规则，发送方很容易把User类的一个对象序列化为xml，服务方收到xml二进制流之后，也很容易将其范序列化为User对象。

画外音：语言支持反射时，这个工作很容易。

第二个方法是自己实现二进制协议来进行序列化，还是以上面的User对象为例，可以设计一个这样的通用协议：

上面的User对象，用这个协议描述出来可能是这样的：

整个二进制字节流共12+29+27+24=92字节。

实际的序列化协议要考虑的细节远比这个多，例如：强类型的语言不仅要还原属性名，属性值，还要还原属性类型；复杂的对象不仅要考虑普通类型，还要考虑对象嵌套类型等。无论如何，序列化的思路都是类似的。

不管使用成熟协议xml/json，还是自定义二进制协议来序列化对象，序列化协议设计时都需要考虑以下这些因素：

RPC-client除了序列化反序列化的部分（上图中的1、4），还包含发送字节流与接收字节流的部分（上图中的2、3）这一部分，又分为同步调用与异步调用两种方式，下面一一来进行介绍。

画外音：搞通透RPC-client确实不容易。

同步调用的代码片段为：

异步调用的代码片段为：

处理结果通过回调为：

callback(Result){// 得到处理结果后会调用这个回调函数

…

这两类调用，在RPC-client里，实现方式完全不一样。

所谓同步调用，在得到结果之前，一直处于阻塞状态，会一直占用一个工作线程，上图简单的说明了一下组件、交互、流程步骤：

1）业务代码发起RPC调用：

2）序列化组件，将对象调用序列化成二进制字节流，可理解为一个待发送的包packet1；

3）通过连接池组件拿到一个可用的连接connection；

4）通过连接connection将包packet1发送给RPC-server；

5）发送包在网络传输，发给RPC-server；

6）响应包在网络传输，发回给RPC-client；

7）通过连接connection从RPC-server收取响应包packet2；

8）通过连接池组件，将conneciont放回连接池；

9）序列化组件，将packet2范序列化为Result对象返回给调用方；

10）业务代码获取Result结果，工作线程继续往下走；

画外音：请对照架构图中的1-10步骤阅读。

RPC框架锁支持的负载均衡、故障转移、发送超时等特性，都是通过连接池组件去实现的。

典型连接池组件对外提供的接口为：

int ConnectionPool::init(…);

Connection ConnectionPool::getConnection();

和下游RPC-server（一般是一个集群），建立N个tcp长连接，即所谓的连接“池”。

从连接“池”中拿一个连接，加锁（置一个标志位），返回给调用方。

将一个分配出去的连接放回连接“池”中，解锁（也是置一个标志位）。

连接池中建立了与一个RPC-server集群的连接，连接池在返回连接的时候，需要具备随机性。

连接池中建立了与一个RPC-server集群的连接，当连接池发现某一个机器的连接异常后，需要将这个机器的连接排除掉，返回正常的连接，在机器恢复后，再将连接加回来。

因为是同步阻塞调用，拿到一个连接后，使用带超时的send/recv即可实现带超时的发送和接收。

总的来说，同步的RPC-client的实现是相对比较容易的，序列化组件、连接池组件配合多工作线程数，就能够实现。

所谓异步回调，在得到结果之前，不会处于阻塞状态，理论上任何时间都没有任何线程处于阻塞状态，因此异步回调的模型，理论上只需要很少的工作线程与服务连接就能够达到很高的吞吐量，如上图所示：

1）业务代码发起异步RPC调用；

2）上下文管理器，将请求，回调，上下文存储起来；

3）序列化组件，将对象调用序列化成二进制字节流，可理解为一个待发送的包packet1；

4）下游收发队列，将报文放入“待发送队列”，此时调用返回，不会阻塞工作线程；

5）下游收发线程，将报文从“待发送队列”中取出，通过连接池组件拿到一个可用的连接connection；

6）通过连接connection将包packet1发送给RPC-server；

7）发送包在网络传输，发给RPC-server；

8）响应包在网络传输，发回给RPC-client；

9）通过连接connection从RPC-server收取响应包packet2；

10）下游收发线程，将报文放入“已接受队列”，通过连接池组件，将conneciont放回连接池；

11）下游收发队列里，报文被取出，此时回调将要开始，不会阻塞工作线程；

12）序列化组件，将packet2范序列化为Result对象；

13）上下文管理器，将结果，回调，上下文取出；

14）通过callback回调业务代码，返回Result结果，工作线程继续往下走；

如果请求长时间不返回，处理流程是：

15）上下文管理器，请求长时间没有返回；

16）超时管理器拿到超时的上下文；

17）通过timeout_cb回调业务代码，工作线程继续往下走；

画外音：请配合架构图仔细看几遍这个流程。

序列化组件和连接池组件上文已经介绍过，收发队列与收发线程比较容易理解。下面重点介绍上下文管理器与超时管理器这两个总的组件。

由于请求包的发送，响应包的回调都是异步的，甚至不在同一个工作线程中完成，需要一个组件来记录一个请求的上下文，把请求-响应-回调等一些信息匹配起来。

这是一个很有意思的问题，通过一条连接往下游服务发送了a，b，c三个请求包，异步的收到了x，y，z三个响应包：

可以通过“请求id”来实现请求-响应-回调的串联。

整个处理流程如上，通过请求id，上下文管理器来对应请求-响应-callback之间的映射关系：

1）生成请求id；

2）生成请求上下文context，上下文中包含发送时间time，回调函数callback等信息；

3）上下文管理器记录req-id与上下文context的映射关系；

4）将req-id打在请求包里发给RPC-server；

5）RPC-server将req-id打在响应包里返回；

6）由响应包中的req-id，通过上下文管理器找到原来的上下文context；

7）从上下文context中拿到回调函数callback；

8）callback将Result带回，推动业务的进一步执行；

与同步的连接池思路类似，不同之处在于：

超时收发，与同步阻塞收发的实现就不一样了：

超时管理器，用于实现请求回包超时回调处理。

每一个请求发送给下游RPC-server，会在上下文管理器中保存req-id与上下文的信息，上下文中保存了请求很多相关信息，例如req-id，回包回调，超时回调，发送时间等。

超时管理器启动timer对上下文管理器中的context进行扫描，看上下文中请求发送时间是否过长，如果过长，就不再等待回包，直接超时回调，推动业务流程继续往下走，并将上下文删除掉。

如果超时回调执行后，正常的回包又到达，通过req-id在上下文管理器里找不到上下文，就直接将请求丢弃。

画外音：因为已经超时处理了，无法恢复上下文。

无论如何，异步回调和同步回调相比，除了序列化组件和连接池组件，会多出上下文管理器，超时管理器，下游收发队列，下游收发线程等组件，并且对调用方的调用习惯有影响。

画外音：编程习惯，由同步变为了回调。

异步回调能提高系统整体的吞吐量，具体使用哪种方式实现RPC-client，可以结合业务场景来选取。

(1) 什么是RPC调用？

像调用本地函数一样，调用一个远端服务。

(2) 为什么需要RPC框架？

RPC框架用于屏蔽RPC调用过程中的序列化，网络传输等技术细节。让调用方只专注于调用，服务方只专注于实现调用。

(3) 什么是序列化？为什么需要序列化？

把对象转化为连续二进制流的过程，叫做序列化。磁盘存储，缓存存储，网络传输只能操作于二进制流，所以必须序列化。

(4) 同步RPC-client的核心组件是什么？

同步RPC-client的核心组件是序列化组件、连接池组件。它通过连接池来实现负载均衡与故障转移，通过阻塞的收发来实现超时处理。

(5) 异步RPC-client的核心组件是什么？

异步RPC-client的核心组件是序列化组件、连接池组件、收发队列、收发线程、上下文管理器、超时管理器。它通过“请求id”来关联请求包-响应包-回调函数，用上下文管理器来管理上下文，用超时管理器中的timer触发超时回调，推进业务流程的超时处理。

思路比结论重要。​

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