微服務(wù)架構(gòu)之RPC-client序列化細(xì)節(jié)

上一篇聊了【“為什么說要搞定微服務(wù)架構(gòu)，先搞定RPC框架？”】

通過上篇文章的介紹，知道了要實(shí)施微服務(wù)，首先要搞定RPC框架，RPC框架的職責(zé)要向【調(diào)用方】和【服務(wù)提供方】屏蔽各種復(fù)雜性：

（1）讓調(diào)用方感覺就像調(diào)用本地函數(shù)一樣

（2）讓服務(wù)提供方感覺就像實(shí)現(xiàn)一個(gè)本地函數(shù)一樣來實(shí)現(xiàn)服務(wù)

整個(gè)RPC框架又分為client部分與server部分：

RPC-client的部分流程如上圖，要進(jìn)行序列化反序列化（上圖中的1、4），要進(jìn)行發(fā)送字節(jié)流與接收字節(jié)流（上圖中的2、3）。

通過上一篇文章的用戶調(diào)研：

78%讀者 -> 繼續(xù)聊RPC框架技術(shù)細(xì)節(jié)

14%讀者 -> 聊微服務(wù)其他實(shí)踐

7%讀者 -> 不聊微服務(wù)了，聊最終一致性

那么按照多數(shù)讀者的意見，今天深入聊RPC的技術(shù)細(xì)節(jié)，本文先討論RPC-client部分的【序列化反序列化】實(shí)施細(xì)節(jié)（筆者不是這方面的專家，有不對之處，歡迎大家指正，任何具有建設(shè)性意見的留言，將在下一章share給更多的小伙伴）。

一、為什么要進(jìn)行序列化

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工程師通常使用“對象”來進(jìn)行數(shù)據(jù)的操縱：

class User{
         std::Stringuser_name;
         uint64_tuser_id;
         uint32_tuser_age;
}; 

User u = new User(“shenjian”);
u.setUid(123);
u.setAge(35);

但當(dāng)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)（固化存儲(chǔ)，緩存存儲(chǔ)）或者傳輸（跨進(jìn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸）時(shí)，“對象”就不這么好用了，往往需要把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成連續(xù)空間的二進(jìn)制字節(jié)流，一些典型的場景是：

（1）數(shù)據(jù)庫索引的磁盤存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)庫的索引在內(nèi)存里是b+樹或者h(yuǎn)ash的格式，但這個(gè)格式是不能夠直接存儲(chǔ)到磁盤上的，所以需要把b+樹或者h(yuǎn)ash轉(zhuǎn)化為連續(xù)空間的二進(jìn)制字節(jié)流，才能存儲(chǔ)到磁盤上

（2）緩存的KV存儲(chǔ)：redis/memcache是KV類型的緩存，緩存存儲(chǔ)的value必須是連續(xù)空間的二進(jìn)制字節(jié)流，而不能夠是User對象

（3）數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸：socket發(fā)送的數(shù)據(jù)必須是連續(xù)空間的二進(jìn)制字節(jié)流，也不能是對象

所謂序列化（Serialization），就是將“對象”形態(tài)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為“連續(xù)空間二進(jìn)制字節(jié)流”形態(tài)數(shù)據(jù)的過程，以方便存儲(chǔ)與傳輸。這個(gè)過程的逆過程叫做反序列化。

二、怎么進(jìn)行序列化

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這是一個(gè)非常細(xì)節(jié)的問題，要是讓你來把“對象”轉(zhuǎn)化為字節(jié)流，你會(huì)怎么做？很容易想到的一個(gè)方法是xml（或者json）這類具有自描述特性的標(biāo)記性語言：

<class name=”User”>
<element name=”user_name” type=”std::String” value=”shenjian” />
<element name=”user_id” type=”uint64_t” value=”123” />
<element name=”user_age” type=”uint32_t” value=”35” />

</class>

規(guī)定好轉(zhuǎn)換規(guī)則，發(fā)送方很容易把User類的一個(gè)對象序列化為xml，服務(wù)方收到xml二進(jìn)制流之后，也很容易將其范序列化為User對象（特別是語言支持反射的時(shí)候，就更easy了）。

第二個(gè)方法是自己實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制協(xié)議來進(jìn)行序列化，還是以上面的User對象為例，可以設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的通用協(xié)議：

（1）頭4個(gè)字節(jié)表示序號(hào)

（2）序號(hào)后面的4個(gè)字節(jié)表示key的長度m

（3）接下來的m個(gè)字節(jié)表示key的值

（4）接下來的4個(gè)字節(jié)表示value的長度n

（5）接下來的n個(gè)字節(jié)表示value的值

（6）像xml一樣遞歸下去，直到描述完整個(gè)對象

上面的User對象，用這個(gè)協(xié)議描述出來可能是這樣的：

（1）第一行：序號(hào)4個(gè)字節(jié)（設(shè)0表示類名），類名長度4個(gè)字節(jié)（長度為4），接下來4個(gè)字節(jié)是類名（”User”），共12字節(jié)

（2）第二行：序號(hào)4個(gè)字節(jié)（1表示第一個(gè)屬性），屬性長度4個(gè)字節(jié)（長度為9），接下來9個(gè)字節(jié)是屬性名（”user_name”），屬性值長度4個(gè)字節(jié)（長度為8），屬性值8個(gè)字節(jié)（值為”shenjian”），共29字節(jié)

（3）第三行：序號(hào)4個(gè)字節(jié)（2表示第二個(gè)屬性），屬性長度4個(gè)字節(jié)（長度為7），接下來7個(gè)字節(jié)是屬性名（”user_id”），屬性值長度4個(gè)字節(jié)（長度為8），屬性值8個(gè)字節(jié)（值為123），共27字節(jié)

（4）第四行：序號(hào)4個(gè)字節(jié)（3表示第三個(gè)屬性），屬性長度4個(gè)字節(jié)（長度為8），接下來8個(gè)字節(jié)是屬性名（”user_name”），屬性值長度4個(gè)字節(jié)（長度為4），屬性值4個(gè)字節(jié)（值為35），共24字節(jié)

整個(gè)二進(jìn)制字節(jié)流共12+29+27+24=92字節(jié)

實(shí)際的序列化協(xié)議要考慮的細(xì)節(jié)遠(yuǎn)比這個(gè)多，例如：強(qiáng)類型的語言不僅要還原屬性名，屬性值，還要還原屬性類型；復(fù)雜的對象不僅要考慮普通類型，還要考慮對象嵌套類型等。however，序列化的思路都是類似的。

三、序列化協(xié)議要考慮什么因素

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不管使用成熟協(xié)議xml/json，還是自定義二進(jìn)制協(xié)議來序列化對象，序列化協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)要考慮哪些因素呢？

（1）解析效率：這個(gè)應(yīng)該是序列化協(xié)議應(yīng)該首要考慮的因素，像xml/json解析起來比較耗時(shí)，需要解析doom樹，二進(jìn)制自定義協(xié)議解析起來效率就很高

（2）壓縮率，傳輸有效性：同樣一個(gè)對象，xml/json傳輸起來有大量的xml標(biāo)簽，信息有效性低，二進(jìn)制自定義協(xié)議占用的空間相對來說就小多了

（3）擴(kuò)展性與兼容性：是否能夠方便的增加字段，增加字段后舊版客戶端是否需要強(qiáng)制升級(jí)，都是需要考慮的問題，xml/json和上面的二進(jìn)制協(xié)議都能夠方便的擴(kuò)展

（4）可讀性與可調(diào)試性：這個(gè)很好理解，xml/json的可讀性就比二進(jìn)制協(xié)議好很多

（5）跨語言：上面的兩個(gè)協(xié)議都是跨語言的，有些序列化協(xié)議是與開發(fā)語言緊密相關(guān)的，例如dubbo的序列化協(xié)議就只能支持Java的RPC調(diào)用

（6）通用性：xml/json非常通用，都有很好的第三方解析庫，各個(gè)語言解析起來都十分方便，上面自定義的二進(jìn)制協(xié)議雖然能夠跨語言，但每個(gè)語言都要寫一個(gè)簡易的協(xié)議客戶端

（7）歡迎大家補(bǔ)充…

四、業(yè)內(nèi)常見的序列化方式

（1）xml/json：解析效率，壓縮率都較差；擴(kuò)展性、可讀性、通用性較好

（2）thrift：沒有用過，歡迎大家補(bǔ)充

（3）protobuf：Google出品，必屬精品，各方面都不錯(cuò)，強(qiáng)烈推薦，屬于二進(jìn)制協(xié)議，可讀性差了點(diǎn)，但也有類似的to-string協(xié)議幫助調(diào)試問題

（4）Avro：沒有用過，歡迎大家補(bǔ)充

（5）CORBA：沒有用過，歡迎大家補(bǔ)充

（6）mc_pack：懂的同學(xué)就懂，不懂的就不懂了，09年用過，傳說各方面都超越protobuf，懂行的同學(xué)可以說一下現(xiàn)狀

（7）…

五、后文預(yù)告

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RPC-client的部分，除了要進(jìn)行序列化反序列化，還要進(jìn)行發(fā)送字節(jié)流與接收字節(jié)流，下一篇文章會(huì)介紹這一部分內(nèi)容。

RPC-client中數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收遠(yuǎn)比序列化反序列化復(fù)雜，其涉及“連接池、負(fù)載均衡、故障轉(zhuǎn)移、隊(duì)列、超時(shí)、異步、上下文回調(diào)管理”等技術(shù)，具體細(xì)節(jié)，下篇再溝通。