go标准库的学习-net/rpc

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参考：https://studygolang.com/pkgdoc

导入方法：

import "net/rpc"

RPC（Remote Procedure Call Protocol）就是想实现函数调用模式的网络化，它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务，而不需要了解底层网络技术的协议。

客户端就像调用本地函数一样，然后客户端把这些参数打包之后通过网络传给服务端，服务端解包到处理过程中执行，然后执行结果返回给客户端

运行时一次客户机对服务器的RPC调用步骤有：

调用客户端句柄，执行传送参数
调用本地系统内核发送网络信息
消息传送到远程主机
服务器句柄得到消息并取得参数
执行远程过程
执行的过程将结果返回服务器句柄
服务器句柄返回结果，调用远程系统内核
消息传回本地主机
客户句柄由内核接收消息
客户接收句柄返回的数据

Go标准包中已经提供了对RPC的支持，支持三个级别的RPC：TCP、HTTP、JSONRPC，下面将一一说明

Go的RPC包与传统的RPC系统不同，他只支持Go开发的服务器与客户端之间的交互，因为在内部，它们采用了Gob来编码

Go RPC的函数要满足下面的条件才能够被远程调用，不然会被忽略：

函数必须是导出的，即首字母为大写
必须有两个导出类型的参数
第一个参数是接收的参数，第二个参数是返回给客户端的参数，第二个参数必须是指针类型的
函数还要有一个error类型返回值。方法的返回值，如果非nil，将被作为字符串回传，在客户端看来就和errors.New创建的一样。如果返回了错误，回复的参数将不会被发送给客户端。

举个例子，正确的RPC函数格式为：

func (t *T) MethidName(argType T1, replyType *T2) error

T、T1和T2类型都必须能被encoding/gob包编解码

任何RPC都需要通过网络来传递数据，Go RPC可以利用HTTP和TCP来传递数据

Constants

const (
    // HandleHTTP使用的默认值
    DefaultRPCPath   = "/_goRPC_"
    DefaultDebugPath = "/debug/rpc"
)

var DefaultServer = NewServer()

DefaultServer是*Server的默认实例，本包和Server方法同名的函数都是对其方法的封装。

Server

type Server struct {
    // 内含隐藏或非导出字段
}

Server代表RPC服务端。

NewServer

func NewServer() *Server

NewServer创建并返回一个*Server。

Register

func (server *Server) Register(rcvr interface{}) error

Register在server注册并公布rcvr的方法集中满足如下要求的方法：

- 方法是导出的
- 方法有两个参数，都是导出类型或内建类型
- 方法的第二个参数是指针
- 方法只有一个error接口类型的返回值

如果rcvr不是一个导出类型的值，或者该类型没有满足要求的方法，Register会返回错误。Register也会使用log包将错误写入日志。客户端可以使用格式为"Type.Method"的字符串访问这些方法，其中Type是rcvr的具体类型。

RegisterName

func (server *Server) RegisterName(name string, rcvr interface{}) error

RegisterName类似Register，但使用提供的name代替rcvr的具体类型名作为服务名。

Register

func Register(rcvr interface{}) error

Register在DefaultServer注册并公布rcvr的方法。

其实就相当于调用NewServer函数生成一个*Server，然后再调用其的(*Server) Register函数

HandleHTTP

func HandleHTTP()

HandleHTTP函数注册DefaultServer的RPC信息HTTP处理器对应到DefaultRPCPath，和DefaultServer的debug处理器对应到DefaultDebugPath。HandleHTTP函数会注册到http.DefaultServeMux。之后，仍需要调用http.Serve()，一般会另开线程："go http.Serve(l, nil)"

其实就相当于调用NewServer函数生成一个*Server，然后再调用其的(*Server) HandleHTTP函数

DialHTTP

func DialHTTP(network, address string) (*Client, error)

DialHTTP在指定的网络和地址与在默认HTTP RPC路径监听的HTTP RPC服务端连接。

DialHTTPPath

func DialHTTPPath(network, address, path string) (*Client, error)

DialHTTPPath在指定的网络、地址和路径与HTTP RPC服务端连接。

上面两个函数都是通过HTTP的方式和服务器建立连接，之间的区别之在于是否设置上下文路径。

Client

type Client struct {
    codec ClientCodec

    reqMutex sync.Mutex // protects following
    request  Request

    mutex    sync.Mutex // protects following
    seq      uint64
    pending  map[uint64]*Call
    closing  bool // user has called Close
    shutdown bool // server has told us to stop
}

Client类型代表RPC客户端。同一个客户端可能有多个未返回的调用，也可能被多个go程同时使用。

Call

func (client *Client) Call(serviceMethod string, args interface{}, reply interface{}) error

Call调用指定的方法，等待调用返回，将结果写入reply，然后返回执行的错误状态。

有三个参数，第一个要写调用函数的名字，第二个是要传递的参数，第三个是要返回的参数（这个注意是指针类型）

举例：

HTTP RPC

利用HTTP的好处是可以直接复用net/http中的一些函数，下面举例说明：

服务端：

package main

import (
    "fmt"
    "net/http"
    "net/rpc"
    "errors"
)

type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

type Arith int

func (t *Arith) Multiply(args *Args, reply *int) error{
    *reply = args.A * args.B
    return nil
}

func (t *Arith) Divide(args *Args, quo *Quotient) error{
    if args.B == 0{
        return errors.New("divide by zero")
    }
    quo.Quo = args.A / args.B
    quo.Rem = args.A % args.B
    return nil
}

func main() {
    arith := new(Arith)
    rpc.Register(arith)
    rpc.HandleHTTP()

    err := http.ListenAndServe(":1234", nil)
    if err != nil{
        fmt.Println(err.Error())
    }
}

客户端：

package main

import (
    "fmt"
    "net/rpc"
    "log"
    "os"
)
type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

func main() {
    if len(os.Args) != 2{
        fmt.Println("Usage: ", os.Args[0], "server")
        os.Exit(1)
    }
    serverAddress := os.Args[1]

    client, err := rpc.DialHTTP("tcp", serverAddress + ":1234")
    if err != nil{
        log.Fatal("dialing : ", err)
    }

    //Synchronous call
    args := Args{17, 8}
    var reply int
    err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
    if err != nil{
        log.Fatal("arith error : ", err)
    }
    fmt.Printf("Arith: %d*%d = %d \n", args.A, args.B, reply)

    var quot Quotient
    err = client.Call("Arith.Divide", args, &quot)
    if err != nil{
        log.Fatal("arith error : ", err)
    }
    fmt.Printf("Arith: %d/%d = %d remainder %d\n", args.A, args.B, quot.Quo, quot.Rem)   
}

客户端返回：

userdeMBP:go-learning user$ go run test.go
Usage:  /var/folders/2_/g5wrlg3x75zbzyqvsd5f093r0000gn/T/go-build438875911/b001/exe/test server
exit status 1
userdeMBP:go-learning user$ go run test.go 127.0.0.1
Arith: 17*8 = 136 
Arith: 17/8 = 2 remainder 1

TCP RPC连接

Dial

func Dial(network, address string) (*Client, error)

Dial在指定的网络和地址与RPC服务端连接。

ServeConn

func (server *Server) ServeConn(conn io.ReadWriteCloser)

ServeConn在单个连接上执行server。ServeConn会阻塞，服务该连接直到客户端挂起。调用者一般应另开线程调用本函数："go server.ServeConn(conn)"。ServeConn在该连接使用gob（参见encoding/gob包）有线格式。要使用其他的编解码器，可调用ServeCodec方法。

ServeConn

func ServeConn(conn io.ReadWriteCloser)

ServeConn在单个连接上执行DefaultServer。ServeConn会阻塞，服务该连接直到客户端挂起。调用者一般应另开线程调用本函数："go ServeConn(conn)"。ServeConn在该连接使用gob（参见encoding/gob包）有线格式。要使用其他的编解码器，可调用ServeCodec方法。

其实就相当于调用NewServer函数生成一个*Server，然后再调用其的(*Server) ServeConn函数

JSON RPC连接

服务端：

package main

import (
    "fmt"
    "net"
    "net/rpc"
    "net/rpc/jsonrpc"
    "errors"
    "os"
)

type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

type Arith int

func (t *Arith) Multiply(args *Args, reply *int) error{
    *reply = args.A * args.B
    return nil
}

func (t *Arith) Divide(args *Args, quo *Quotient) error{
    if args.B == 0{
        return errors.New("divide by zero")
    }
    quo.Quo = args.A / args.B
    quo.Rem = args.A % args.B
    return nil
}

func main() {
    arith := new(Arith)
    rpc.Register(arith)

    tcpAddr, err := net.ResolveTCPAddr("tcp", ":1234")//jsonrpc是基于TCP协议的，现在他还不支持http协议
    if err != nil{
        fmt.Println(err.Error())
        os.Exit(1)
    }

    listener, err := net.ListenTCP("tcp", tcpAddr)
    if err != nil{
        fmt.Println(err.Error())
        os.Exit(1)
    }
    for{
        conn, err := listener.Accept()
        if err != nil{
            continue
        }
        jsonrpc.ServeConn(conn)
    }    
}

客户端：

package main

import (
    "fmt"
    "net/rpc/jsonrpc"
    "log"
    "os"
)
type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

func main() {
    if len(os.Args) != 2{
        fmt.Println("Usage: ", os.Args[0], "server:port")
        os.Exit(1)
    }
    service := os.Args[1]

    client, err := jsonrpc.Dial("tcp", service)
    if err != nil{
        log.Fatal("dialing : ", err)
    }

    //Synchronous call
    args := Args{17, 8}
    var reply int
    err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
    if err != nil{
        log.Fatal("arith error : ", err)
    }
    fmt.Printf("Arith: %d*%d = %d \n", args.A, args.B, reply)

    var quot Quotient
    err = client.Call("Arith.Divide", args, &quot)
    if err != nil{
        log.Fatal("arith error : ", err)
    }
    fmt.Printf("Arith: %d/%d = %d remainder %d\n", args.A, args.B, quot.Quo, quot.Rem)   
}

客户端返回：

userdeMBP:go-learning user$ go run test.go 127.0.0.1:1234
Arith: 17*8 = 136 
Arith: 17/8 = 2 remainder 1

Request

type Request struct {
    ServiceMethod string // 格式："Service.Method"
    Seq           uint64 // 由客户端选择的序列号
    // 内含隐藏或非导出字段
}

Request是每个RPC调用请求的头域。它是被内部使用的，这里的文档用于帮助debug，如分析网络拥堵时。

Response

type Response struct {
    ServiceMethod string // 对应请求的同一字段
    Seq           uint64 // 对应请求的同一字段
    Error         string // 可能的错误
    // 内含隐藏或非导出字段
}

Response是每个RPC调用回复的头域。它是被内部使用的，这里的文档用于帮助debug，如分析网络拥堵时。

ClientCodec

type ClientCodec interface {
    // 本方法必须能安全的被多个go程同时使用
    WriteRequest(*Request, interface{}) error
    ReadResponseHeader(*Response) error
    ReadResponseBody(interface{}) error
    Close() error
}

ClientCodec接口实现了RPC会话的客户端一侧RPC请求的写入和RPC回复的读取。客户端调用WriteRequest来写入请求到连接，然后成对调用ReadRsponseHeader和ReadResponseBody以读取回复。客户端在结束该连接的事务时调用Close方法。ReadResponseBody可以使用nil参数调用，以强制回复的主体被读取然后丢弃。

NewClient

func NewClient(conn io.ReadWriteCloser) *Client

NewClient返回一个新的Client，以管理对连接另一端的服务的请求。它添加缓冲到连接的写入侧，以便将回复的头域和有效负载作为一个单元发送。

NewClientWithCodec

func NewClientWithCodec(codec ClientCodec) *Client

NewClientWithCodec类似NewClient，但使用指定的编解码器，以编码请求主体和解码回复主体。

NewClient使用默认编码gobClientCodec,NewClientWithCodec使用自定义的其它编码。

默认的gobClientCodec代码为：

type gobClientCodec struct {
    rwc    io.ReadWriteCloser
    dec    *gob.Decoder
    enc    *gob.Encoder
    encBuf *bufio.Writer
}

//指定客户端将以什么样的编码方式将信息发送给服务端，在调用Go和Call函数是会自动使用WriteRequest方法发送信息
func (c *gobClientCodec) WriteRequest(r *Request, body interface{}) (err error) {
    if err = c.enc.Encode(r); err != nil { //Encode方法将request r编码后发送
        return
    }
    if err = c.enc.Encode(body); err != nil {//Encode方法将body编码后发送
        return
    }
    return c.encBuf.Flush()
}

func (c *gobClientCodec) ReadResponseHeader(r *Response) error {
    return c.dec.Decode(r)////Decode从输入流读取下一个之并将该值存入response r
}

func (c *gobClientCodec) ReadResponseBody(body interface{}) error {
    return c.dec.Decode(body) //Decode从输入流读取下一个之并将该值存入body
}

func (c *gobClientCodec) Close() error {
    return c.rwc.Close()
}

创建Client时将调用默认成对调用ReadRsponseHeader和ReadResponseBody以读取回复

举例自定义编码：

package main

import (
    "log"
    "net/rpc"
    // "errors"
    "fmt"
)
type shutdownCodec struct {
    responded chan int
    closed    bool
}

func (c *shutdownCodec) WriteRequest(*rpc.Request, interface{}) error {//这是client用来发送请求的方法
    fmt.Println("call WriteRequest")
    return nil 
}
func (c *shutdownCodec) ReadResponseBody(interface{}) error{
    fmt.Println("call ReadResponseBody")
    return nil 
}
func (c *shutdownCodec) ReadResponseHeader(*rpc.Response) error {
    c.responded <- 1 //如果注释掉这里，则会一直卡在"wait response : "
    return nil
    // return errors.New("shutdownCodec ReadResponseHeader") //如果返回的是error，那么就不会去调用ReadResponseBody了
}
func (c *shutdownCodec) Close() error {
    c.closed = true
    return nil
}

func main() {
    codec := &shutdownCodec{responded: make(chan int)}
    client := rpc.NewClientWithCodec(codec)
    fmt.Println("wait response : ") //从返回结果可以看出来，NewClientWithCodec后会自动成对调用ReadResponseBody和ReadResponseHeader
    fmt.Println(<-codec.responded)
    fmt.Println(codec.closed) //false
    client.Close()
    if !codec.closed {
        log.Fatal("client.Close did not close codec")
    }
    fmt.Println(codec.closed) //true
}

ServerCodec

type ServerCodec interface {
    ReadRequestHeader(*Request) error
    ReadRequestBody(interface{}) error
    // 本方法必须能安全的被多个go程同时使用
    WriteResponse(*Response, interface{}) error
    Close() error
}

ServerCodec接口实现了RPC会话的服务端一侧RPC请求的读取和RPC回复的写入。服务端通过成对调用方法ReadRequestHeader和ReadRequestBody从连接读取请求，然后调用WriteResponse来写入回复。服务端在结束该连接的事务时调用Close方法。ReadRequestBody可以使用nil参数调用，以强制请求的主体被读取然后丢弃。

默认的gobServerCodec：

type gobServerCodec struct {
    rwc    io.ReadWriteCloser
    dec    *gob.Decoder
    enc    *gob.Encoder
    encBuf *bufio.Writer
    closed bool
}

func (c *gobServerCodec) ReadRequestHeader(r *Request) error {
    return c.dec.Decode(r) //解码并读取client发来的请求request
}

func (c *gobServerCodec) ReadRequestBody(body interface{}) error {
    return c.dec.Decode(body) //解码并读取client发来的请求body
}

//指定服务端将会以什么样的编码方式将数据返回给客户端，在调用ServeRequest和ServeCodec方法时会自动调用该WriteResponse函数
func (c *gobServerCodec) WriteResponse(r *Response, body interface{}) (err error) {
    if err = c.enc.Encode(r); err != nil { //对响应信息request编码
        if c.encBuf.Flush() == nil {
            // Gob couldn't encode the header. Should not happen, so if it does,
            // shut down the connection to signal that the connection is broken.
            log.Println("rpc: gob error encoding response:", err)
            c.Close()
        }
        return
    }
    if err = c.enc.Encode(body); err != nil {//对响应信息body编码
        if c.encBuf.Flush() == nil {
            // Was a gob problem encoding the body but the header has been written.
            // Shut down the connection to signal that the connection is broken.
            log.Println("rpc: gob error encoding body:", err)
            c.Close()
        }
        return
    }
    return c.encBuf.Flush()
}

func (c *gobServerCodec) Close() error {
    if c.closed {
        // Only call c.rwc.Close once; otherwise the semantics are undefined.
        return nil
    }
    c.closed = true
    return c.rwc.Close()
}

ServeCodec

func (server *Server) ServeCodec(codec ServerCodec)

ServeCodec类似ServeConn，但使用指定的编解码器，以编码请求主体和解码回复主体。

ServeRequest

func (server *Server) ServeRequest(codec ServerCodec) error

ServeRequest类似ServeCodec，但异步的服务单个请求。它不会在调用结束后关闭codec。

下面两个函数的不同在于他们使用在DefaultServer上：

ServeCodec

func ServeCodec(codec ServerCodec)

ServeCodec类似ServeConn，但使用指定的编解码器，以编码请求主体和解码回复主体。

ServeRequest

func ServeRequest(codec ServerCodec) error

ServeRequest类似ServeCodec，但异步的服务单个请求。它不会在调用结束后关闭codec。

Close

func (client *Client) Close() error

Accept

func (server *Server) Accept(lis net.Listener)

Accept接收监听器l获取的连接，然后服务每一个连接。Accept会阻塞，调用者应另开线程："go server.Accept(l)"

举例：

package main

import (
    "log"
    "net"
    "net/rpc"
    "strings"
    "fmt"
)
type R struct {
    // Not exported, so R does not work with gob.
    // 所以这样运行的话会报错rpc: gob error encoding body: gob: type main.R has no exported fields
    // msg []byte 
    Msg []byte //改成这样
}

type S struct{}

func (s *S) Recv(nul *struct{}, reply *R) error {
    *reply = R{[]byte("foo")}
    return nil
}

func main() {
    defer func() {
        err := recover()
        if err == nil {
            log.Fatal("no error")
        }
        if !strings.Contains(err.(error).Error(), "reading body EOF") {
            log.Fatal("expected `reading body EOF', got", err)
        }
    }()
    //服务端
    rpc.Register(new(S))

    listen, err := net.Listen("tcp", "127.0.0.1:1234")//端口为0表示任意端口
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    go rpc.Accept(listen) //必须用并发监听，因为客户端和服务端写在了一起

    //客户端
    client, err := rpc.Dial("tcp", listen.Addr().String())
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    var reply R
    err = client.Call("S.Recv", &struct{}{}, &reply)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

    fmt.Printf("%q\n", reply)
    
    client.Close()
    listen.Close()
    
}

userdeMBP:go-learning user$ go run test.go
{"foo"}
2019/02/28 15:05:07 rpc.Serve: accept:accept tcp 127.0.0.1:1234: use of closed network connection
2019/02/28 15:05:07 no error
exit status 1

Call

type Call struct {
    ServiceMethod string      // 调用的服务和方法的名称
    Args          interface{} // 函数的参数（下层为结构体指针）
    Reply         interface{} // 函数的回复（下层为结构体指针）
    Error         error       // 在调用结束后，保管错误的状态
    Done          chan *Call  // 对其的接收操作会阻塞，直到远程调用结束
}

Call类型代表一个执行中/执行完毕的RPC会话。

Go

func (client *Client) Go(serviceMethod string, args interface{}, reply interface{}, done chan *Call) *Call

Go异步的调用函数。本方法Call结构体类型指针的返回值代表该次远程调用。通道类型的参数done会在本次调用完成时发出信号（通过返回本次Go方法的返回值）。如果done为nil，Go会申请一个新的通道（写入返回值的Done字段）；如果done非nil，done必须有缓冲，否则Go方法会故意崩溃。

举例：

使用的仍是上面TCP RPC的服务端，客户端改为：

package main

import (
    "fmt"
    "net/rpc"
    "log"
    "os"
)
type Args struct{
    A, B int
}

type Quotient struct{
    Quo, Rem int
}

func main() {
    if len(os.Args) != 2{
        fmt.Println("Usage: ", os.Args[0], "server:port")
        os.Exit(1)
    }
    service := os.Args[1]

    client, err := rpc.Dial("tcp", service)
    if err != nil{
        log.Fatal("dialing : ", err)
    }

    //Synchronous call
    args := Args{17, 8}
    var reply int
    done := make(chan *rpc.Call, 1)

    call := client.Go("Arith.Multiply", args, &reply, done) //异步调用，只有当该方法执行完毕后done的值才不为nil
    if call.Error != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    
    if resultCall := <-done; resultCall != nil {//如果不<-done，reply将不会有结果，reply将为0
        fmt.Printf("Arith: %d*%d = %d \n", args.A, args.B, reply)
        fmt.Printf("done : %#v\n", resultCall)
        fmt.Printf("Multiply result : %#v\n", *(resultCall.Reply.(*int)))//根据Call的Reply得到返回的值
    }
    
    var quot Quotient
    err = client.Call("Arith.Divide", args, &quot)
    if err != nil{
        log.Fatal("arith error : ", err)
    }
    fmt.Printf("Arith: %d/%d = %d remainder %d\n", args.A, args.B, quot.Quo, quot.Rem)   

}

userdeMBP:go-learning user$ go run test.go 127.0.0.1:1234
Arith: 17*8 = 136 
done : &rpc.Call{ServiceMethod:"Arith.Multiply", Args:main.Args{A:17, B:8}, Reply:(*int)(0xc000012100), Error:error(nil), Done:(chan *rpc.Call)(0xc0001142a0)}
Multiply result : 136
Arith: 17/8 = 2 remainder 1