[转载] Thrift原理简析(JAVA)

转载自http://shift-alt-ctrl.iteye.com/blog/1987416

Apache Thrift是一个跨语言的服务框架,本质上为RPC，同时具有序列化、发序列化机制；当我们开发的service需要开放出去的时候,就会遇到跨语言调用的问题,JAVA语言开发了一个UserService用来提供获取用户信息的服务,如果服务消费端有PHP/Python/C++等,我们不可能为所有的语言都适配出相应的调用方式,有时候我们会很无奈的使用Http来作为访问协议;但是如果服务消费端不能使用HTTP,而且更加倾向于以操作本地API的方式来使用服务,那么我们就需要Thrift来提供支持.

    不过,如果你的JAVA服务,并没有跨语言调用的需求,那么使用thrift作为RPC框架,似乎不是最好的选择,不管thrift是否性能优越,但是它使用起来确实没有类似于Hessian/CXF等那样便捷和易于使用.

    本文以UserService为例,描述一下使用thrift的方式,以及其原理..

一. service.thrift

Java代码  收藏代码
  1. struct User{  
  2.     1:i64 id,  
  3.     2:string name,  
  4.     3:i64 timestamp,  
  5.     4:bool vip    
  6. }  
  7.   
  8. service UserService{  
  9.     User getById(1:i64 id)  
  10. }  

    你可以将自己的JAVA服务通过".thrift"文件描述出来,并提供给服务消费端,那么消费端即可以生成自己的API文件..Thrift框架目前已经支持大部分主流的语言,.需要注意,因为Thrift考虑到struct/service定义需要兼容多种语言的"风格",所以它只支持一些基本的数据类型(比如i32,i64,string等),以及service定义的方法不能重名,即使参数列表不同.(并不是所有的语言都能像JAVA一样支持重载)

二. 生成API文件

    首先下载和安装thrift客户端,比如在windows平台下,下载thrift.exe,不过此处需要提醒,不同的thrift客户端版本生成的API可能不兼容.本例使用thrift-0.9.0.exe;通过"--gen"指定生成API所适配的语言.本实例为生成java客户端API.

Java代码  收藏代码
  1. //windows平台下,将API文件输出在service目录下(此目录需要存在)  
  2. > thrift.exe --gen java -o service service.thrift  

    需要明确的是:Thrift和其他RPC框架不同,thrift在生成的API文件中,已经描述了"调用过程"(即硬编码),而不是像其他RPC那样在运行时(runtime)动态解析方法调用或者参数.

三. UserService实现类

Java代码  收藏代码
  1. public class UserServiceImpl implements UserService.Iface {  
  2.     @Override  
  3.     public User getById(long id){  
  4.         System.out.println("invoke...id:" + id);  
  5.         return new User();//for test  
  6.     }  
  7. }  

    实现类,需要放在Thrift server端.  

四.原理简析

    1. User.java: thrift生成API的能力还是非常的有限,比如在struct中只能使用简单的数据类型(不支持Date,Collection<?>等),不过我们能从User中看出,它生成的类实现了"Serializable"接口和"TBase"接口.

    其中Serializable接口表明这个类的实例是需要序列化之后在网络中传输的,为了不干扰JAVA本身的序列化和反序列化机制,它还重写了readObject和writeObject方法.不过这对thrift本身并没有帮助.

    TBase接口是thrift序列化和反序列化时使用的,它的两个核心方法:read和write.在上述的thrift文件中,struct定义的每个属性都有一个序号,比如:1:id,那么thrift在序列化时,将会根据序号的顺序依次将属性的"名称 + 值"写入inputStream中,反序列化也是如此.(具体参见read和write的实现).

Java代码  收藏代码
  1. //read方法逐个读取字段,按照"索引",最终将"struct"对象封装完毕.  
  2. //write方法也非常类似,按照"索引"顺序逐个输出到流中.  
  3. while (true){  
  4.         schemeField = iprot.readFieldBegin();  
  5.         if (schemeField.type == org.apache.thrift.protocol.TType.STOP) {   
  6.           break;  
  7.         }  
  8.         switch (schemeField.id) {  
  9.           case 1: // ID  
  10.             if (schemeField.type == org.apache.thrift.protocol.TType.I32) {  
  11.               struct.id = iprot.readI32();  
  12.               struct.setIdIsSet(true);  
  13.             } else {   
  14.               org.apache.thrift.protocol.TProtocolUtil.skip(iprot, schemeField.type);  
  15.             }  
  16.             break;  
  17.           case 2: // NAME  
  18.           ..  
  19.         }  
  20. }  

    因为thrift的序列化和反序列化实例数据时,是根据"属性序号"进行,这可以保证数据在inputstream和outputstream中顺序是严格的,此外每个struct中"序号"不能重复,但是可以不需要从"1"开始.如果"序号"有重复,将导致无法生成API文件.这一点也要求API开发者,如果更改了thrift文件中的struct定义,需要重新生成客户端API,否则服务将无法继续使用(可能报错,也可能数据错误).thrift序列化/反序列化的过程和JAVA自带的序列化机制不同,它将不会携带额外的class结构,此外thrift这种序列化机制更加适合网络传输,而且性能更加高效.

    2. UserService.Client:  在生成的UserService中,有个Client静态类,这个类就是一个典型的代理类,此类已经实现了UserService的所有方法.开发者需要使用Client类中的API方法与Thrift server端交互,它将负责与Thrift server的Socket链接中,发送请求和接收响应.

    需要注意的时,每次Client方法调用,都会在一个Socket链接中进行,这就意味着,在使用Client消费服务之前,需要和Thrift server建立有效的TCP链接.(稍后代码示例)

    1) 发送请求:

Java代码  收藏代码
  1. //参见:TServiceClient  
  2. //API方法调用时,发送请求数据流  
  3. protected void sendBase(String methodName, TBase args) throws TException {  
  4.     oprot_.writeMessageBegin(new TMessage(methodName, TMessageType.CALL, ++seqid_));//首先写入"方法名称"和"seqid_"  
  5.     args.write(oprot_);//序列化参数  
  6.     oprot_.writeMessageEnd();  
  7.     oprot_.getTransport().flush();  
  8. }  
  9.   
  10. protected void receiveBase(TBase result, String methodName) throws TException {  
  11.     TMessage msg = iprot_.readMessageBegin();//如果执行有异常  
  12.     if (msg.type == TMessageType.EXCEPTION) {  
  13.       TApplicationException x = TApplicationException.read(iprot_);  
  14.       iprot_.readMessageEnd();  
  15.       throw x;  
  16.     }//检测seqid是否一致  
  17.     if (msg.seqid != seqid_) {  
  18.       throw new TApplicationException(TApplicationException.BAD_SEQUENCE_ID, methodName + " failed: out of sequence response");  
  19.     }  
  20.     result.read(iprot_);//反序列化  
  21.     iprot_.readMessageEnd();  
  22. }  

    Thrift提供了简单的容错方式:每次方法调用,都会在Client端标记一个seqid,这是一个自增的本地ID,在TCP请求时将此seqid追加到流中,同时Server端响应时,也将此seqid原样返回过来;这样客户端就可以根据此值用来判断"请求--响应"是对应的,如果出现乱序,将会导致此请求以异常的方式结束.

    2) 响应

Java代码  收藏代码
  1. //参考: TBaseProcessor.java  
  2. @Override  
  3. public boolean process(TProtocol in, TProtocol out) throws TException {  
  4.     TMessage msg = in.readMessageBegin();  
  5.     ProcessFunction fn = processMap.get(msg.name);//根据方法名,查找"内部类"  
  6.     if (fn == null) {  
  7.       TProtocolUtil.skip(in, TType.STRUCT);  
  8.       in.readMessageEnd();  
  9.       TApplicationException x = new TApplicationException(TApplicationException.UNKNOWN_METHOD, "Invalid method name: '"+msg.name+"'");  
  10.       out.writeMessageBegin(new TMessage(msg.name, TMessageType.EXCEPTION, msg.seqid));  
  11.       x.write(out);//序列化响应结果,直接输出  
  12.       out.writeMessageEnd();  
  13.       out.getTransport().flush();  
  14.       return true;  
  15.     }  
  16.     fn.process(msg.seqid, in, out, iface);  
  17.     return true;  
  18. }  

    thrift生成的UserService.Processor类,就是server端用来处理请求过程的"代理类";server端从socket中读取请求需要调用的"方法名" +参数列表,并交付给Processor类处理;和其他的RPC调用不同的时,thrift并没有使用类似于"反射机制"的方式来调用方法,而是将UserService的每个方法生成一个"内部类":

Java代码  收藏代码
  1. public static class getById<I extends Iface> extends org.apache.thrift.ProcessFunction<I, getById_args> {  
  2.   public getById() {  
  3.     super("getById");//其中getById为标识符  
  4.   }  
  5.   
  6.   public getById_args getEmptyArgsInstance() {  
  7.     return new getById_args();  
  8.   }  
  9.   
  10.   protected boolean isOneway() {  
  11.     return false;  
  12.   }  
  13.   //实际处理方法  
  14.   public getById_result getResult(I iface, getById_args args) throws org.apache.thrift.TException {  
  15.     getById_result result = new getById_result();  
  16.     result.success = iface.getById(args.id);  
  17.     return result;  
  18.   }  
  19. }  

    这个"内部类",将会在Processor初始化的时候,放入到一个map中,此后即可以通过"方法名"查找,然后调用其"getResult"方法了.

Java代码  收藏代码
  1. public static class Processor<I extends Iface> extends org.apache.thrift.TBaseProcessor<I> implements org.apache.thrift.TProcessor {  
  2.   
  3.     public Processor(I iface) {  
  4.       super(iface, getProcessMap(new HashMap<String, org.apache.thrift.ProcessFunction<I, ? extends org.apache.thrift.TBase>>()));  
  5.     }  
  6.   
  7.     protected Processor(I iface, Map<String,  org.apache.thrift.ProcessFunction<I, ? extends  org.apache.thrift.TBase>> processMap) {  
  8.       super(iface, getProcessMap(processMap));  
  9.     }  
  10.   
  11.     private static <I extends Iface> Map<String,  org.apache.thrift.ProcessFunction<I, ? extends  org.apache.thrift.TBase>> getProcessMap(Map<String,  org.apache.thrift.ProcessFunction<I, ? extends  org.apache.thrift.TBase>> processMap) {  
  12.       //放入map  
  13.       processMap.put("getById", new getById());  
  14.       return processMap;  
  15.     }  
  16.     ....  
  17. }  

    3) Server端Socket管理和执行策略

Java代码  收藏代码
  1. TThreadPoolServer  
  2. public void serve() {  
  3.     try {  
  4.       //启动服务  
  5.       serverTransport_.listen();  
  6.     } catch (TTransportException ttx) {  
  7.       LOGGER.error("Error occurred during listening.", ttx);  
  8.       return;  
  9.     }  
  10.   
  11.     // Run the preServe event  
  12.     if (eventHandler_ != null) {  
  13.       eventHandler_.preServe();  
  14.     }  
  15.   
  16.     stopped_ = false;  
  17.     setServing(true);  
  18.     //循环,直到被关闭  
  19.     while (!stopped_) {  
  20.       int failureCount = 0;  
  21.       try {  
  22.         //accept客户端Socket链接,  
  23.         //对于每个新链接,将会封装成runnable,并提交给线程或者线程池中运行.  
  24.         TTransport client = serverTransport_.accept();  
  25.         WorkerProcess wp = new WorkerProcess(client);  
  26.         executorService_.execute(wp);  
  27.       } catch (TTransportException ttx) {  
  28.         if (!stopped_) {  
  29.           ++failureCount;  
  30.           LOGGER.warn("Transport error occurred during acceptance of message.", ttx);  
  31.         }  
  32.       }  
  33.     }  
  34.     //....  
  35. }  

    Thrift Server端,设计思路也非常的直接...当前Service server启动之后,将会以阻塞的方式侦听Socket链接(代码参考TThreadPoolServer),每建立一个Socket链接,都会将此Socket经过封装之后,放入线程池中,本质上也是一个Socket链接对应一个Worker Thread.这个Thread只会处理此Socket中的所有数据请求,直到Socket关闭.

Java代码  收藏代码
  1. //参考:WorkerProcess  
  2. while (true) {  
  3.   
  4.     if (eventHandler != null) {  
  5.       eventHandler.processContext(connectionContext, inputTransport, outputTransport);  
  6.     }  
  7.   
  8.     if(stopped_ || !processor.process(inputProtocol, outputProtocol)) {  
  9.       break;  
  10.     }  
  11. }  

    当有Socket链接不是很多的时候,TThreadPoolServer并不会有太大的性能问题,可以通过指定ThreadPool中线程的个数进行简单的调优..如果Socket链接很多,我们只能使用TThreadedSelectorServer来做支撑,TThreadedSelectorServer内部基于NIO模式,具有异步的特性,可以极大的提升server端的并发能力;不过在绝大多数情况下,在thrift中使用"异步"似乎不太容易让人接受,毕竟这意味着Client端需要阻塞,并且在高并发环境中这个阻塞时间是不可控的.但SelecorServer确实可以有效的提升Server的并发能力，而且在一定程度上可以提升吞吐能力，这或许是我们优化Thrift Server比较可靠的方式之一.

    3. Client端代码示例

Java代码  收藏代码
  1. public class UserServiceClient {  
  2.   
  3.     public void startClient() {  
  4.         TTransport transport;  
  5.         try {  
  6.             transport = new TSocket("localhost", 1234);  
  7.             TProtocol protocol = new TBinaryProtocol(transport);  
  8.             UserService.Client client = new UserService.Client(protocol);  
  9.             transport.open();  
  10.             User user = client.getById(1000);  
  11.             ////  
  12.             transport.close();  
  13.         } catch (TTransportException e) {  
  14.             e.printStackTrace();  
  15.         } catch (TException e) {  
  16.             e.printStackTrace();  
  17.         }  
  18.     }  
  19.   
  20. }  

    4. Server端代码示例 

Java代码  收藏代码
  1. public class Server {  
  2.     public void startServer() {  
  3.         try {  
  4.             TServerSocket serverTransport = new TServerSocket(1234);  
  5.             UserService.Processor process = new Processor(new UserServiceImpl());  
  6.             Factory portFactory = new TBinaryProtocol.Factory(true, true);  
  7.             Args args = new Args(serverTransport);  
  8.             args.processor(process);  
  9.             args.protocolFactory(portFactory);  
  10.             TServer server = new TThreadPoolServer(args);  
  11.             server.serve();  
  12.         } catch (TTransportException e) {  
  13.             e.printStackTrace();  
  14.         }  
  15.     }  
  16. }  

    到这里,你就会发现,一个service,需要server端启动一个ServerSocket,如果你有很多service,那么你需要让这些service尽可能的分布在不同的物理server上,否则一个物理server上运行太多的ServerSocket进程并不是一件让人愉快的事情. 或者你让几个service整合成一个.

    问题总没有想象的那么简单,其实service被拆分的粒度越细,越容易被部署和扩展,对于负载均衡就更加有利.如何让一个service分布式部署,稍后再继续分享.

    总结:

    1) thrift文件定义struct和serivice API,此文件可以被其他语言生成API文件或者类文件.

    2) 使用thrift客户端生成API文件

    3) JAVA服务端(即服务提供端),实现service功能.

    4) 服务端将server发布成一个Thrift server: 即将service嵌入到一个serverSocket中.

    5) 客户端启动Socket,并和Thrift server建立TCP连接.并使用Client代理类操作远程接口.

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