"分布式系统：原理与泛型"——通信(2)

在现在的分布式系统中，一种较为成熟的通信方式是：远程过程调用（RPC），在面向对象的系统中，也常常称为远程方法调用（RMI）。后文中我不再区分这两个名字。

      远程方法调用具有良好的distribution transparency。在这种模型下，一个进程访问一个远程服务（由另一个进程提供的服务，服务进程可能位于网络中的任何一台计算机）就好像调用了一个本地方法一样；对于服务端而言也是类似的，一个服务提供一个（一组）方法接口，在它看来，它的客户好像在同一个进程中，直接通过这些接口访问相应的服务。

      对于RPC，我们应该已经相当熟悉了。java标准库中就有对这种IPC的支持，这部分主要集中在java.rmi包中。在Android系统中，广泛使用了RPC。当然，android系统中的rpc只能用于同一个os中的进程间的通信，因为它的底层是通过binder实现的，而不是某种网络通信方式。

      一个RPC系统，为了方便编程，一般会定义一种“接口定义”语言（IDL），例如，对于andrid而言，就是AIDL。这种接口定义语言一般用于定义RPC中远程方法的原型，如名字、参数及其类型、返回值类型、可能异常等。通过这种语言声明某个服务的一组接口（也可能包含一些常量），也就是该服务的接口定义。RPC系统通过接口定义，会自动地生成一些框架代码，最重要的包括client stub，server stub和“头文件”（这里的头文件是广义的，指的是客户端和服务端编程需要的类型声明、库等）。client stub实现了IDL中声明的所有方法和类型。如果客户端代码需要请求服务，则直接调用client stub的方法就可以了，client stub的相应方法会返回正确的结果。

      一次RPC请求过程如下：

1. 客户端代码获得client stub的一个实例，并调用该实例的服务方法hello()；
2. client stub的服务函数会创建一个消息，该消息包括调用的方法名、参数等相关信息；
3. client stub将创建好的消息通过OS的网络接口发送给服务器主机，阻塞等待服务器主机返回结果；
4. server stub接收到服务请求的消息，取出消息中的方法名、调用参数，实际调用服务端该方法的实现；
5. 服务端该方法的实际实现完成相应的服务请求，并将结果返回给server stub，在服务端实现看来，这完全是一次本地的调用；
6. server stub创建一个响应消息，并将结果放在这个消息中，通过OS的网络接口，发送给客户主机；
7. client stub获得响应消息，从中取得结果，并以方法hello()的返回值的方式返回给调用该方法的客户端代码；
8. 客户端代码继续执行，就好像调用了一个本地的方法一样。

      在RPC的实现中，遇到的主要问题包括：参数/返回值/异常传递和服务定位。

      参数/返回值/异常传递，本质上就是参数传递。对于一个方法的参数，可能有三种情况：in、out和in and out。

      对于in参数，调用者主要是将相关的信息传递给方法，而不关心方法调用后in参数的值（或者要求方法调用后，in参数的值与调用之前完全一样）。这种情况的处理通常是将参数的值复制一份（如果有引用的话，需要深度复制），通过消息传递给服务端代码。当然，如果需要传递的数据量非常大，并且对数据的处理相对简单，也可能采用另一种方式：仅仅传递这个参数的一个标识符，服务端在完成请求的时候，记录下对这个数据的操作命令，并将这些操作命令传回给客户端，在客户端完成对数据的实际操作。（这也是代码迁移的一种应用，可以认为，服务端迁移了一些代码到客户端执行。）

      对于out参数，主要是将信息从方法内传递给调用者，调用者和方法通常都不关心调用之前该参数内部的值。对于这种情况，client stub不需要传递该参数的内容给server stub。server stub自己构造一个参数并调用服务方法，之后，server stub将这个参数的结果值通过消息返回给client stub，client stub在用消息中的值填充响应的参数即可。

      最后，对于in and out的参数，则需要结合上面两种方式来传递，代价是最大的。一般而言，在IDL中通常都会定义关键字，让程序员指明某个参数是in还是out还是in and out，以采用对应的传递方法。如果不能明确说明一个参数是in或者是out，那么RPC系统只能保守地将它当作in and out来传递。

      第二个问题就是服务定位。client stub怎么知道要将服务请求消息发送给谁？一般而言，在一个RPC系统中，都会有一个特殊的服务，称为目录服务或者名字服务。这个服务有一个公开的域名和端口，并且一直保持运行。当某个服务提供者启动时，都会首先向这个名字服务注册自己。例如，如果某个进程提供天气预报的服务，在它启动时，会主动想名字服务注册“com/lk/WeatherReportService”，名字服务会记录下这个逻辑服务名以及提供这个服务的地址、端口等信息。当client stub被创建时，它会首先向名字服务查询提供相应服务的服务器的地址信息，后续，将服务请求消息发送给这个查出来的地址。在Android平台上，这个名字服务是ServiceManagerService，在Java RMI中，这个服务可以是rmiregistry。

      从语义上来看，RPC天生就是同步的。但其实，也完全可以实现成异步的。在异步情况下，方法调用的结果并不是通过返回值返回的，方法的返回值一般是void，而是通过回调函数或者监听器（Listener）返回的。