Hadoop源码学习笔记(4) ——Socket到RPC调用

Hadoop源码学习笔记(4)

——Socket到RPC调用

Hadoop是一个分布式程序，分布在多台机器上运行，事必会涉及到网络编程。那这里如何让网络编程变得简单、透明的呢？

网络编程中，首先我们要学的就是Socket编程，这是网络编程中最底层的程序接口，分为服务器端和客户端，服务器负责监听某个端口，客户端负责连接服务器上的某个端口，一旦连接通过后，服务器和客户端就可以双向通讯了，我们看下示例代码：

  1. ServerSocket server = new ServerSocket(8111);
  2. Socket socket = server.accept();
  3.  
  4. //由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
  5. BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
  6. //由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
  7. PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
  8.  
  9. while(true){
  10.    String inline = is.readLine();
  11.    System.out.println(" 收到信息:" + inline);
  12.    //服务器反回
  13.    os.println("serverSend:" + inline);
  14.    os.flush();
  15.    if (inline == "bye")
  16. break;
  17. }
  18. os.close();
  19. is.close();
  20. socket.close();
  21. server.close();
  22. System.out.println("服务器退出");

 

  1. Socket socket = new Socket("127.0.0.1",8111);
  2.  
  3. //由Socket对象得到输入流，并构造相应的BufferedReader对象
  4. BufferedReader is = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
  5. //由Socket对象得到输出流，并构造PrintWriter对象
  6. PrintWriter os = new PrintWriter(socket.getOutputStream());
  7. BufferedReader sin=new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
  8. while(true){
  9.    System.out.println("请输入：");
  10.    String line = sin.readLine();
  11.    os.println(line);
  12.    os.flush();
  13.    String inline = is.readLine();
  14.    System.out.println("服务器获取值：" + inline);
  15.    if (line=="bye")
  16.       break;
  17. }
  18. os.close();
  19. is.close();
  20. socket.close();
  21. System.out.println("客户端退出");

 

这两段代码分别帖入两个类中，分开执行，先执行服务器端，再执行客户端，就可以互发消息了。

观察下代码，发现代码中下面4～20行逻辑是一至的，都是通过流来通讯，所以Socket中不同的是开始地方，服务器是通过server.accept()来获取Socket，而客户端是通过直接创建Socket对象的。

这段代码，其本运行是没问题的，但存在一个问题，就是当客户端接入时服务器端的accept函数才走下去，不然的话，会一直处于卡死等待状态。包括getInputStream函数，也会等待双方接通后，才往下走。除非等到客户端接入，或中断。当然有人会说，可以引入多线程啊，没错，是可以，但是想一下，是不是每个客户接入都得有一个线程？ 否则少一个线程，就会有一堆的卡着。所以这种方式不适合在大最客户端接入的情况。

 

在JDK1.4引入了非阻塞的通信方式,这样使得服务器端只需要一个线程就能处理所有客户端socket的请求。

下面是几个需要用到的核心类：

  • ServerSocketChannel: ServerSocket 的替代类, 支持阻塞通信与非阻塞通信.
  • SocketChannel: Socket 的替代类, 支持阻塞通信与非阻塞通信.
  • Selector: 为ServerSocketChannel 监控接收客户端连接就绪事件, 为 SocketChannel 监控连接服务器就绪, 读就绪和写就绪事件.
  • SelectionKey: 代表 ServerSocketChannel 及 SocketChannel 向 Selector 注册事件的句柄. 当一个 SelectionKey 对象位于Selector 对象的 selected-keys 集合中时, 就表示与这个 SelectionKey 对象相关的事件发生了.在SelectionKey 类中有几个静态常量
    • SelectionKey.OP_ACCEPT->客户端连接就绪事件 等于监听serversocket.accept()返回一个socket
    • SelectionKey.OP_CONNECT->准备连接服务器就绪跟上面类似,只不过是对于socket的相当于监听了socket.connect()
    • SelectionKey.OP_READ->读就绪事件, 表示输入流中已经有了可读数据, 可以执行读操作了
    • SelectionKey.OP_WRITE->写就绪事件

 

所以服务器端代码就可以升一下级了，变成如下：

  1. public class SocketChannelTest implements Runnable {
  2.  
  3.    @Override
  4.    public void run() {
  5.       while (true) {
  6.          try {
  7.             selector.select();
  8.             Set<SelectionKey> keys = selector.selectedKeys();
  9.             Iterator<SelectionKey> iter = keys.iterator();
  10.             SocketChannel sc;
  11.             while (iter.hasNext()) {
  12.                SelectionKey key = iter.next();
  13.                if (key.isAcceptable())
  14.                   ; // 新的连接
  15.                else if (key.isReadable())
  16.                   ;// 可读
  17.                iter.remove(); // 处理完事件的要从keys中删去
  18.             }
  19.          } catch (Exception e) {
  20.             e.printStackTrace();
  21.          }
  22.       }
  23.    }
  24.    static Selector selector;
  25.  
  26.    public static void main(String[] args) throws IOException,
  27.          InterruptedException {
  28.       selector = Selector.open(); // 静态方法 实例化selector
  29.       ServerSocketChannel serverChannel = ServerSocketChannel.open();
  30.       serverChannel.configureBlocking(false); // 设置为非阻塞方式,如果为true 那么就为传统的阻塞方式
  31.       serverChannel.socket().bind(new InetSocketAddress(8001)); // 绑定IP 及 端口
  32.       serverChannel.register(selector, SelectionKey.OP_ACCEPT); // 注册
  33.                                                    // OP_ACCEPT事件
  34.       Thread thd = new Thread(new SocketChannelTest());
  35.       thd.start();// 开启线程 处理请求
  36.       thd.join();
  37.    }
  38. }

 

好，这样通讯代码简化了。但继续想，我们通讯的目的是什么？客户端发一个指令，服务器执行一些内容，然后把结果返回给客户端。这不就像调用一下函数么，调用函数名、传入参数、返回值。

这个就称之为远程方法调用（RPC Remote Procedure Call Protocol），毫无疑问，这个RPC实现肯定是基于上面的这个Socket的。至于具体如何实现呢，我们看下面的分解。

在看实现之前，我们先看一下，这个RPC是如何用的，如何做到调用透明的：

我们在src下新建一个RPCTest的包，定义一个功能接口IRPCTestEntity.java：

  1. package RPCTest;
  2. import org.apache.hadoop.ipc.VersionedProtocol;
  3. public interface IRPCTestEntity  extends VersionedProtocol {
  4.     int Calc(int x,int y);
  5. }

该接口中有一个Calc的函数。

定义一个实现类RPCTestEntity.java:

  1. package RPCTest;
  2. import java.io.IOException;
  3. public class RPCTestEntity implements IRPCTestEntity{
  4.    @Override
  5.    public long getProtocolVersion(String protocol, long clientVersion)  throws IOException {
  6.       return 0;
  7.    }
  8.  
  9.    public int Calc(int x,int y){
  10.       int z =0 ;
  11.       z = x + y;
  12.       return z;
  13.    }
  14.  
  15. }

这个类中实现了Calc函数，执行内容为将x,y相加，将和返回。

我们再定义一个服务器类（RPCTestSvr.java），将该实现类注册成RPC服务：

  1. package RPCTest;
  2. import java.io.IOException;
  3.  
  4. public class RPCTestSvr {
  5.    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
  6.       RPCTestEntity obj = new RPCTestEntity();
  7.       Configuration conf = new Configuration();
  8.       Server server = RPC.getServer(obj, "", 9001, conf);
  9.       server.start();
  10.       server.join();
  11.    }
  12. }

代码比较简单，定义了一个RPCTestEntity的实体，然后RPC创建一个Server，传入实体对象，然后这个服务就调用join卡住，用于不断接收请求。 创建完后，就可把这个"服务器"启动起来了。

再创建一个客户端（RPCTestClient.java）：

  1. package RPCTest;
  2.  
  3. import java.io.IOException;
  4. import java.net.InetSocketAddress;
  5.  
  6. import org.apache.hadoop.conf.Configuration;
  7. import org.apache.hadoop.ipc.RPC;
  8. import org.apache.hadoop.ipc.VersionedProtocol;
  9.  
  10. public class RPCTestClient {
  11.    public static void main(String[] args) throws IOException {
  12.       InetSocketAddress addr = new InetSocketAddress("127.0.0.1",9001);
  13.       Configuration conf = new Configuration();
  14.       VersionedProtocol obj = RPC.getProxy(IRPCTestEntity.class, 0, addr, conf);
  15.       IRPCTestEntity ent = (IRPCTestEntity)obj;
  16.       int x = ent.Calc(5, 6);
  17.       System.out.println(x);
  18.    }
  19. }

这里，我们通过RPC.getProxy函数获了一个IRPCTestEntity的接口实例，然后就可以直接调用了。

运行后，发现这个值马上返回了过来，同时在"服务器"端也会收到一定的请求信息。说明两者之间通了。

仔细看，这个客户端中，整个过程就没有涉及到RPCTestEntity这个实现的实体，换句话说，客户端产生的是一个虚拟的实现类，然后调用起来了。

 

OK，示例程序跑起来了，也带给我们几个问题，1、这个客户端中的obj是什么对象？2、为什么我们调用obj对象中的函数（Calc）会跑到服务器上运行，如何实现的？

 

底层的通讯，我们是知道的，肯定用socket，用它能够传递各种数据。如何与函数关联呢？ 我们进入getProxy函数，

我们看到这个getProxy函数中，返回了VersionedProtocol接口的对象，从字面意思，这个Proxy意为代理， 所以我们得到的obj就是一个代理类。同时也看出，要作为RPC处理对象，这个接口必实现VersionedProtocol（简单地看下里面，只有一个函数，返回版本号，是用于判断双方版本所用，只有版本匹配，才能调用）。

其创建可以看到，用到了：

Proxy.newProxyInstance(

protocol.getClassLoader(), new Class[] { protocol },

new Invoker(addr, ticket, conf, factory));

然后这个代理类，就自动实现了伟放的protocol这个接口类型。然后当我们调用代理类中的函数时，这个传入的Invoker类，就会收到通知，通知里包含了调用信息，我们进入Invoker中看一下：

private static class Invoker implements InvocationHandler

这是一个写在RPC类中的内部类，且是私有的，意思就是只为这个RPC调用，其实现的规定接口InvocationHandler，那么就要实现规定的函数Invoke咯：

  1. public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
  2.      throws Throwable {
  3.      final boolean logDebug = LOG.isDebugEnabled();
  4.      long startTime = 0;
  5.      if (logDebug) {
  6.        startTime = System.currentTimeMillis();
  7.      }
  8.  
  9.      ObjectWritable value = (ObjectWritable)
  10.        client.call(new Invocation(method, args), address,
  11.                    method.getDeclaringClass(), ticket);
  12.      if (logDebug) {
  13.        long callTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
  14.        LOG.debug("Call: " + method.getName() + "" + callTime);
  15.      }
  16.      return value.get();
  17.    }

这个invoke函数，就是当我们调用代理类中的函数(obj.Calc)时，会收到的请求，看下参数，传入的有，Method（函数），args（参数），一应俱全，有了这些内容后，就可以调用底层的Socket，将这些信息打包起来（放入的Invocation类）中，一并发向服务器中。

同时，服务器端中，就比较容易了，在收到请求后，就可以解析出要调用的函数和参数，然后通过反射来调用在服务器一开始注册上的对象中的函数，再将返回值通过Socket传回客户端，再由这个invoke函数将值返回。

 

OK，这个几个点想通了，整个过程就容易理解了。总之：

服务器端——注册服务：RPC.getServer(obj, "", 9001, conf);

客户端——取得代理类：obj = RPC.getProxy()

通过这样的包装后，网络访问就非常透明了。

 

但这里，还是有很多深层次的问题，比如服务端对象生命状态如何管理，多个客户端并发怎么处理，传送数据中流怎么办？ 这一系列的问题，就得深入看一下这个Server Client RPC这几个类才能找到答案了。 深入问题先留着，后面再来看， 目前先把它的架子搞清楚。

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