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微服务跨语言调用（摘选）

微服务架构已成为目前互联网架构的趋势，关于微服务的讨论，几乎占据了各种技术大会的绝大多数版面。国内使用最多的服务治理框架非阿里开源的 dubbo 莫属，千米网也选择了 dubbo 作为微服务治理框架。另一方面，和大多数互联网公司一样，千米的开发语言是多样的，大多数后端业务由 java 支撑，而每个业务线有各自开发语言的选择权，便出现了 nodejs，python，go 多语言调用的问题。

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跨语言调用是一个很大的话题，也是一个很有挑战的技术活，目前业界经常被提及的解决方案有如下几种，不妨拿出来老生常谈一番：

当我们再聊跨语言调用时我们在聊什么？纵观上述几个较为通用，成熟的解决方案，可以得出结论：解决跨语言调用的思路无非是两种：

如果一个新型的团队面临技术选型，我认为上述的方案都可以纳入参考，可考虑到遗留系统的兼容性问题

旧系统的迁移成本

这也关键的选型因素。我们做出的第一个尝试，便是在 RPC 协议上下功夫。

通用协议的跨语言支持

springmvc的美好时代

springmvc

springmvc

在没有实现真正的跨语言调用之前，想要实现“跨语言”大多数方案是使用 http 协议做一层转换，最常见的手段莫过于借助 springmvc 提供的 controller/restController，间接调用 dubbo provider。这种方案的优势和劣势显而易见

通用协议的支持

事实上，大多数服务治理框架都支持多种协议，dubbo 框架除默认的 dubbo 协议之外，还有当当网扩展的 rest协议和千米网扩展的 json-rpc 协议可供选择。这两者都是通用的跨语言协议。

rest 协议为满足 JAX-RS 2.0 标准规范，在开发过程中引入了 @Path，@POST，@GET 等注解，习惯于编写传统 rpc 接口的人可能不太习惯 rest 风格的 rpc 接口。一方面这样会影响开发体验，另一方面，独树一帜的接口风格使得它与其他协议不太兼容，旧接口的共生和迁移都无法实现。如果没有遗留系统，rest 协议无疑是跨语言方案最简易的实现，绝大多数语言支持 rest 协议。

和 rest 协议类似，json-rpc 的实现也是文本序列化http 协议。dubbox 在 restful 接口上已经做出了尝试，但是 rest 架构和 dubbo 原有的 rpc 架构是有区别的，rest 架构需要对资源(Resources)进行定义， 需要用到 http 协议的基本操作 GET、POST、PUT、DELETE。在我们看来，restful 更合适互联网系统之间的调用，而 rpc 更适合一个系统内的调用。使用 json-rpc 协议使得旧接口得以兼顾，开发习惯仍旧保留，同时获得了跨语言的能力。

千米网在早期实践中采用了 json-rpc 作为 dubbo 的跨语言协议实现，并开源了基于 json-rpc 协议下的 python 客户端 dubbo-client-py 和 node 客户端 dubbo-node-client，使用 python 和 nodejs 的小伙伴可以借助于它们直接调用 dubbo-provider-java 提供的 rpc 服务。系统中大多数 java 服务之间的互相调用还是以 dubbo 协议为主，考虑到新旧协议的适配，在不影响原有服务的基础上，我们配置了双协议。

dubbo 协议主要支持 java 间的相互调用，适配老接口；json-rpc 协议主要支持异构语言的调用。

定制协议的跨语言支持

微服务框架所谓的协议(protocol)可以简单理解为：报文格式和序列化方案。服务治理框架一般都提供了众多的协议配置项供使用者选择，除去上述两种通用协议，还存在一些定制化的协议，如 dubbo 框架的默认协议：dubbo 协议以及 motan 框架提供的跨语言协议：motan2。

motan2协议的跨语言支持

   motan2

motan2

motan2 协议被设计用来满足跨语言的需求主要体现在两个细节中—MetaData 和 motan-go。在最初的 motan 协议中，协议报文仅由 Header+Body 组成，这样导致 path，param，group 等存储在 Body 中的数据需要反序列得到，这对异构语言来说是很不友好的，所以在 motan2 中修改了协议的组成；weibo 开源了 motan-go ，motan-php ，motan-openresty ,并借助于 motan-go 充当了 agent 这一翻译官的角色，使用 simple 序列化方案来序列化协议报文的 Body 部分（simple 序列化是一种较弱的序列化方案）。

   agent

agent

仔细揣摩下可以发现这么做和双协议的配置区别并不是大，只不过这里的 agent 是隐式存在的，与主服务共生。明显的区别在于 agent 方案中异构语言并不直接交互。

dubbo协议的跨语言支持

dubbo 协议设计之初只考虑到了常规的 rpc 调用场景，它并不是为跨语言而设计，但跨语言支持从来不是只有支持、不支持两种选择，而是要按难易程度来划分。是的，dubbo 协议的跨语言调用可能并不好做，但并非无法实现。千米网便实现了这一点，nodejs 构建的前端业务是异构语言的主战场，最终实现了 dubbo2.js，打通了 nodejs 和原生 dubbo 协议。作为本文第二部分的核心内容，重点介绍下我们使用 dubbo2.js 干了什么事。

Dubbo协议报文格式

   dubbo协议

dubbo协议

dubbo协议报文消息头详解：

magic：类似java字节码文件里的魔数，用来判断是不是 dubbo 协议的数据包。魔数是常量 0xdabb

flag：标志位, 一共8个地址位。低四位用来表示消息体数据用的序列化工具的类型（默认 hessian），高四位中，第一位为 1 表示是 request 请求，第二位为 1 表示双向传输（即有返回 response），第三位为 1 表示是心跳 ping 事件。

status：状态位, 设置请求响应状态，dubbo 定义了一些响应的类型。具体类型见com.alibaba.dubbo.remoting.exchange.Response

invoke id：消息 id, long 类型。每一个请求的唯一识别 id（由于采用异步通讯的方式，用来把请求 request 和返回的 response 对应上）

body length：消息体 body 长度, int 类型，即记录 Body Content 有多少个字节

body content：请求参数，响应参数的抽象序列化之后存储于此。

协议报文最终都会变成字节，使用 tcp 传输，任何语言只要支持网络模块，有类似 Socket 之类的封装，那么通信就不成问题。那，跨语言难在哪儿？以其他语言调用 java 来说，主要有两个难点：

ps：dubbo 协议通讯demo（ ）

Dubbo——HTTP 协议 + JSON-RPC

Protocol 还有一个实现分支是 AbstractProxyProtocol，如下图所示：

从图中我们可以看到：gRPC、HTTP、WebService、Hessian、Thrift 等协议对应的 Protocol 实现，都是继承自 AbstractProxyProtocol 抽象类。

目前互联网的技术栈百花齐放，很多公司会使用 Node.js、Python、Rails、Go 等语言来开发 一些 Web 端应用，同时又有很多服务会使用 Java 技术栈实现，这就出现了大量的跨语言调用的需求。Dubbo 作为一个 RPC 框架，自然也希望能实现这种跨语言的调用，目前 Dubbo 中使用“HTTP 协议 + JSON-RPC”的方式来达到这一目的，其中 HTTP 协议和 JSON 都是天然跨语言的标准，在各种语言中都有成熟的类库。

下面就重点来分析 Dubbo 对 HTTP 协议的支持。首先，会介绍 JSON-RPC 的基础，并通过一个示例，快速入门，然后介绍 Dubbo 中 HttpProtocol 的具体实现，也就是如何将 HTTP 协议与 JSON-RPC 结合使用，实现跨语言调用的效果。

Dubbo 中支持的 HTTP 协议实际上使用的是 JSON-RPC 协议。

JSON-RPC 是基于 JSON 的跨语言远程调用协议。Dubbo 中的 dubbo-rpc-xml、dubbo-rpc-webservice 等模块支持的 XML-RPC、WebService 等协议与 JSON-RPC 一样，都是基于文本的协议，只不过 JSON 的格式比 XML、WebService 等格式更加简洁、紧凑。与 Dubbo 协议、Hessian 协议等二进制协议相比，JSON-RPC 更便于调试和实现，可见 JSON-RPC 协议还是一款非常优秀的远程调用协议。

在 Java 体系中，有很多成熟的 JSON-RPC 框架，例如 jsonrpc4j、jpoxy 等，其中，jsonrpc4j 本身体积小巧，使用方便，既可以独立使用，也可以与 Spring 无缝集合，非常适合基于 Spring 的项目。

下面先来看看 JSON-RPC 协议中请求的基本格式：

JSON-RPC请求中各个字段的含义如下：

在 JSON-RPC 的服务端收到调用请求之后，会查找到相应的方法并进行调用，然后将方法的返回值整理成如下格式，返回给客户端：

JSON-RPC响应中各个字段的含义如下：

Dubbo 使用 jsonrpc4j 库来实现 JSON-RPC 协议，下面使用 jsonrpc4j 编写一个简单的 JSON-RPC 服务端示例程序和客户端示例程序，并通过这两个示例程序说明 jsonrpc4j 最基本的使用方式。

首先，需要创建服务端和客户端都需要的 domain 类以及服务接口。先来创建一个 User 类，作为最基础的数据对象：

接下来创建一个 UserService 接口作为服务接口，其中定义了 5 个方法，分别用来创建 User、查询 User 以及相关信息、删除 User：

UserServiceImpl 是 UserService 接口的实现类，其中使用一个 ArrayList 集合管理 User 对象，具体实现如下：

整个用户管理业务的核心大致如此。下面我们来看服务端如何将 UserService 与 JSON-RPC 关联起来。

首先，创建 RpcServlet 类，它是 HttpServlet 的子类，并覆盖了 HttpServlet 的 service() 方法。我们知道，HttpServlet 在收到 GET 和 POST 请求的时候，最终会调用其 service() 方法进行处理；HttpServlet 还会将 HTTP 请求和响应封装成 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 传入 service() 方法之中。这里的 RpcServlet 实现之中会创建一个 JsonRpcServer，并在 service() 方法中将 HTTP 请求委托给 JsonRpcServer 进行处理：

最后，创建一个 JsonRpcServer 作为服务端的入口类，在其 main() 方法中会启动 Jetty 作为 Web 容器，具体实现如下：

这里使用到的 web.xml 配置文件如下：

完成服务端的编写之后，下面再继续编写 JSON-RPC 的客户端。在 JsonRpcClient 中会创建 JsonRpcHttpClient，并通过 JsonRpcHttpClient 请求服务端：

在 AbstractProxyProtocol 的 export() 方法中，首先会根据 URL 检查 exporterMap 缓存，如果查询失败，则会调用 ProxyFactory.getProxy() 方法将 Invoker 封装成业务接口的代理类，然后通过子类实现的 doExport() 方法启动底层的 ProxyProtocolServer，并初始化 serverMap 集合。具体实现如下：

在 HttpProtocol 的 doExport() 方法中，与前面介绍的 DubboProtocol 的实现类似，也要启动一个 RemotingServer。为了适配各种 HTTP 服务器，例如，Tomcat、Jetty 等，Dubbo 在 Transporter 层抽象出了一个 HttpServer 的接口。

dubbo-remoting-http 模块的入口是 HttpBinder 接口，它被 @SPI 注解修饰，是一个扩展接口，有三个扩展实现，默认使用的是 JettyHttpBinder 实现，如下图所示：

HttpBinder 接口中的 bind() 方法被 @Adaptive 注解修饰，会根据 URL 的 server 参数选择相应的 HttpBinder 扩展实现，不同 HttpBinder 实现返回相应的 HttpServer 实现。HttpServer 的继承关系如下图所示：

这里以 JettyHttpServer 为例简单介绍 HttpServer 的实现，在 JettyHttpServer 中会初始化 Jetty Server，其中会配置 Jetty Server 使用到的线程池以及处理请求 Handler：

可以看到 JettyHttpServer 收到的全部请求将委托给 DispatcherServlet 这个 HttpServlet 实现，而 DispatcherServlet 的 service() 方法会把请求委托给对应接端口的 HttpHandler 处理：

了解了 Dubbo 对 HttpServer 的抽象以及 JettyHttpServer 的核心之后，回到 HttpProtocol 中的 doExport() 方法继续分析。

在 HttpProtocol.doExport() 方法中会通过 HttpBinder 创建前面介绍的 HttpServer 对象，并记录到 serverMap 中用来接收 HTTP 请求。这里初始化 HttpServer 以及处理请求用到的 HttpHandler 是 HttpProtocol 中的内部类，在其他使用 HTTP 协议作为基础的 RPC 协议实现中也有类似的 HttpHandler 实现类，如下图所示：

在 HttpProtocol.InternalHandler 中的 handle() 实现中，会将请求委托给 skeletonMap 集合中记录的 JsonRpcServer 对象进行处理：

skeletonMap 集合中的 JsonRpcServer 是与 HttpServer 对象一同在 doExport() 方法中初始化的。最后，我们来看 HttpProtocol.doExport() 方法的实现：

介绍完 HttpProtocol 暴露服务的相关实现之后，下面再来看 HttpProtocol 中引用服务相关的方法实现，即 protocolBindinRefer() 方法实现。该方法首先通过 doRefer() 方法创建业务接口的代理，这里会使用到 jsonrpc4j 库中的 JsonProxyFactoryBean 与 Spring 进行集成，在其 afterPropertiesSet() 方法中会创建 JsonRpcHttpClient 对象：

下面来看 doRefer() 方法的具体实现：

在 AbstractProxyProtocol.protocolBindingRefer() 方法中，会通过 ProxyFactory.getInvoker() 方法将 doRefer() 方法返回的代理对象转换成 Invoker 对象，并记录到 Invokers 集合中，具体实现如下：

本文重点介绍了在 Dubbo 中如何通过“HTTP 协议 + JSON-RPC”的方案实现跨语言调用。首先介绍了 JSON-RPC 中请求和响应的基本格式，以及其实现库 jsonrpc4j 的基本使用；接下来我们还详细介绍了 Dubbo 中 AbstractProxyProtocol、HttpProtocol 等核心类，剖析了 Dubbo 中“HTTP 协议 + JSON-RPC”方案的落地实现。

7.Dubbo远程调用(要配合下一篇一起看)

如果我们手动写一个简单的RPC调用，一般需要把服务调用的信息传递给服务端，包括每次服务调用的一些共用信息包括服务调用接口、方法名、方法参数类型和方法参数值等，在传递方法参数值时需要先序列化对象并经过网络传输到服务端，在服务端接受后再按照客户端序列化的顺序再做一次反序列化，然后拼装成请求对象进行服务反射调用，最终将调用结果传给客户端。Dubbo的实现也基本是相同的原理，下图是Dubbo一次完整RPC调用中经过的步骤：

首先在客户端启动时，会从注册中心拉取和订阅对应的服务列表，Cluster会把拉取的服务列表聚合成一个Invoker，每次RPC调用前会通过Directory#list获取providers地址(已经生成好的Invoker地址)，获取这些服务列表给后续路由和负载均衡使用。对应上图①中将多个服务提供者做聚合。在框架内部实现Directory接口的是RegistryDirectory类，它和接口名是一对一的关系(每一个接口都有一个RegistryDirectory实例)，主要负责拉取和订阅服务提供者、动态配置和路由项。

在Dubbo发起服务调用时，所有路由和负载均衡都是在客户端实现的。客户端服务调用首先会触发路由操作，然后将路由结果得到的服务列表作为负载均衡参数，经过负载均衡后会选出一台机器进行RPC调用，这3个步骤一次对应图中②③④。客户端经过路由和负载均衡后，会将请求交给底层IO线程池(如Netty)进行处理，IO线程池主要处理读写、序列化和反序列化等逻辑，因此这里一定不能阻塞操作，Dubbo也提供参数控制(decode.in.io)参数，在处理反序列化对象时会在业务线程池中处理。在⑤中包含两种类似的线程池，一种是IO线程池(Netty)，另一种是Dubbo业务线程池(承载业务方法调用)。

目前Dubbo将服务调用和Telnet调用做了端口复用，子啊编解码层面也做了适配。在Telnet调用时，会新建立一个TCP连接，传递接口、方法和json格式的参数进行服务调用，在编解码层面简单读取流中的字符串(因为不是Dubbo标准头报文)，最终交给Telnet对应的Handler去解析方法调用。如果不是Telnet调用，则服务提供方会根据传递过来的接口、分组和版本信息查找Invoker对应的实例进行反射调用。在⑦中进行了端口复用，Telnet和正常RPC调用不一样的地方是序列化和反序列化使用的不是Hessian方式，而是直接使用fastjson进行处理。

讲解完主要调用原理，接下来开始探讨细节，比如Dubbo协议、编解码实现和线程模型等，本篇重点主要放在⑤⑥⑦。

Dubbo协议参考了现有的TCP/IP协议，每一次RPC调用包括协议头和协议体两部分。16字节长的报文头部主要包含魔数(0xdabb)，以及当前请求报文是否是Request、Response、心跳和事件的信息，请求时也会携带当前报文体内序列化协议编号。除此之外，报文头还携带了请求状态，以及请求唯一标识和报文体长度。

在消息体中，客户端严格按照序列化顺序写入消息，服务端也会遵循相同的顺序读取消息，客户端发起的请求消息体一次依次保存下列内容：Dubbo版本号、服务接口名、服务接口版本、方法名、参数类型、方法参数值和请求额外参数(attachment)。

服务端返回的响应消息体主要包含回值状态标记和返回值，其中回值状态标记包含6中：

我们知道在网络通信中(TCP)需要解决网络粘包/解包的问题，常用的方法比如用回车、换行、固定长度和特殊分隔符进行处理，而Dubbo是使用特殊符号0xdabb魔法数来分割处理粘包问题。

在实际场景中，客户端会使用多线程并发调用服务，Dubbo如何做到正确响应调用线程呢？关键在于协议头的全局请求id标识，先看原理图：

当客户端多个线程并发请求时，框架内部会调用DefaultFuture对象的get方法进行等待。在请求发起时，框架内部会创建Request对象，这时候会被分配一个唯一id，DefaultFuture可以从Request中获取id，并将关联关系存储到静态HashMap中，就是上图中的Futures集合。当客户端收到响应时，会根据Response对象中的id，从Futures集合中查找对应DefaultFuture对象，最终会唤醒对应的线程并通知结果。客户端也会启动一个定时扫描线程去探测超时没有返回的请求。

先了解一下编解码器的类关系图：

如上，AbstractCodec主要提供基础能力，比如校验报文长度和查找具体编解码器等。TransportCodec主要抽象编解码实现，自动帮我们去调用序列化、反序列化实现和自动cleanup流。我们通过Dubbo编解码继承结构可以清晰看到，DubboCodec继承自ExchageCodec，它又再次继承了TelnetCodec实现。我们前面说过Telnet实现复用了Dubbo协议端口，其实就是在这层编解码做了通用处理。因为流中可能包含多个RPC请求，Dubbo框架尝试一次性读取更多完整报文编解码生成对象，也就是图中的DubboCountCodec，它的实现思想比较简单，依次调用DubboCodec去解码，如果能解码成完整报文，则加入消息列表，然后触发下一个Handler方法调用。

编码器的作用是将Java对象转成字节流，主要分两部分，构造报文头部，和对消息体进行序列化处理。所有编辑码层实现都应该继承自ExchangeCodec，当Dubbo协议编码请求对象时，会调用ExchangeCodec#encode方法。我们来看下这个方法是如何对请求对象进行编码的：

如上，是Dubbo将请求对象转成字节流的过程，其中encodeRequestData方法是对RpcInvocation调用对象的编码，主要是对接口、方法、方法参数类型、方法参数等进行编码，在DubboCodec#encodeRequestData中对此方法进行了重写：

如上，响应编码与请求编码的逻辑基本大同小异，在编码出现异常时，会将异常响应返回给客户端，防止客户端只能一直等到超时。为了防止报错对象无法在客户端反序列化，在服务端会将异常信息转成字符串处理。对于响应体的编码，在DubboCodec#encodeResponseData方法中实现：

注意不管什么样的响应，都会先写入1个字节的标识符，具体的值和含义前面已经讲过。

解码相对更复杂一些，分为2部分，第一部分是解码报文的头部，第二部分是解码报文体内容并将其转换成RpcInvocation对象。我们先看服务端接受到请求后的解码过程，具体解码实现在ExchangeCodec#decode方法：

可以看出，解码过程中需要解决粘包和半包问题。接下来我们看一下DubboCodec对消息题解码的实现：

如上，如果默认配置在IO线程解码，直接调用decode方法；否则不做解码，延迟到业务线程池中解码。这里没有提到的是心跳和事件的解码，其实很简单，心跳报文是没有消息体的，事件又消息体，在使用Hessian2协议的情况下默认会传递字符R，当优雅停机时会通过发送readonly事件来通知客户端当前服务端不可用。

接下来，我们分析一下如何把消息体转换成RpcInvocation对象，具体在DecodeableRpcInvocation#decode方法中：

解码请求时，严格按照客户端写数据的顺序处理。

解码响应和解码请求类似，调用的同样是DubboCodec#decodeBody，就是上面省略的部分，这里就不赘述了，重点看下响应体的解码，即DecodeableRpcResult#decode方法：

如果读者熟悉Netty，就很容易理解Dubbo内部使用的ChannelHandler组件的原理，Dubbo内部使用了大量的Handler组成类似链表，依次处理具体逻辑，包括编解码、心跳时间戳和方法调用Handler等。因为Nettty每次创建Handler都会经过ChannelPipeline，大量的事件经过很多Pipeline会有较多开销，因此Dubbo会将多个Handler聚合成一个Handler。(个人表示，这简直bullshit)

Dubbo的Channelhandler有5中状态：

Dubbo针对每个特性都会实现对应的ChannelHandler，在讲解Handler的指责之前，我们Dubbo有哪些常用的Handler：

Dubbo提供了大量的Handler去承载特性和扩展，这些Handler最终会和底层通信框架做关联，比如Netty等。一次完整的RPC调用贯穿了一系列的Handler，如果直接挂载到底层通信框架(Netty)，因为整个链路比较长，则需要大量链式查找和事件，不仅低效，而且浪费资源。

下图展示了同时具有入站和出站ChannelHandler的布局，如果一个入站事件被触发，比如连接或数据读取，那么它会从ChannelPipeline头部一直传播到ChannelPipeline的尾端。出站的IO事件将从ChannelPipeline最右边开始，然后向左传播。当然ChannelPipeline传播时，会检测入站的是否实现了ChannelInboundHandler，出站会检测是否实现了ChannelOutboundHandler，如果没有实现，则自动跳过。Dubbo框架中实现这两个接口类主要是NettyServerHandler和NettyClientHandler。Dubbo通过装饰者模式包装Handler，从而不需要将每个Handler都追加到Pipeline中。因此NettyServer和NettyClient中最多有3个Handler，分别是编码、解码和NettyHandler。

讲完Handler的流转机制后，我们再来探讨RPC调用Provider方处理Handler的逻辑，在DubboProtocol中通过内部类继承自ExchangeHandlerAdapter，完成服务提供方Invoker实例的查找并进行服务的真实调用。

如上是触发业务方法调用的关键，在服务暴露时服务端已经按照特定规则(端口、接口名、接口版本和接口分组)把实例Invoker存储到HashMap中，客户端调用过来时必须携带相同信息构造的key，找到对应Exporter(里面持有Invoker)然后调用。

我们先跟踪getInvoker的实现，会发现服务端唯一标识的服务由4部分组成：端口、接口名、接口版本和接口分组。

如上，Dispatcher是线程池的派发器。这里需要注意的是，Dispatcher真实的职责是创建有线程派发能力的ChannelHandler，比如AllChannelHandler、MessageOnlyChannelHandler和ExecutionChannelHanlder，其本身并不具备线程派发能力。

Dispatcher属于Dubbo中的扩展点，这个扩展点用来动态产生Handler，以满足不同的场景，目前Dubbo支持一下6种策略调用：

具体需要按照使用场景不同启用不同的策略，建议使用默认策略，如果在TCP连接中需要做安全或校验，则可以使用ConnectionOrderedDispatcher策略。如果引入新的线程池，则不可避免的导致额外的线程切换，用户可在Dubbo配置中指定dispatcher属性让具体策略生效。

在Dubbo内部，所有方法调用都被抽象成Request/Response，每次调用都会创建一个Request，如果是方法调用则返回一个Response对象。HeaderExceptionExchangeHandler就是用了处理这种场景，主要负责4中事情：

(1) 更新发送和读取请求时间戳。

(2) 判断请求格式或编解码是否有错，并响应客户端失败的具体原因。

(3) 处理Request请求和Response正常响应。

(4) 支持Telnet调用。

我们先来看一下HeaderExchangeHandler#received实现：