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Github - 7days-golang
本文是7天用Go从零实现RPC框架GeeRPC的第一篇。
- 使用
encoding/gob 实现消息的编解码(序列化与反序列化)
- 实现一个简易的服务端，仅接受消息，不处理，代码约 200 行
消息的序列化与反序列化
一个典型的 RPC 调用如下：
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| err = client.Call("Arith.Multiply", args, &reply)
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客户端发送的请求包括服务名 Arith，方法名 Multiply，参数 args 三个，服务端的响应包括错误 error，返回值 reply 2 个。我们将请求和响应中的参数和返回值抽象为 body，剩余的信息放在 header 中，那么就可以抽象出数据结构 Header：
day1-codec/codec/codec.go
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| package codec
import "io"
type Header struct {
ServiceMethod string
Seq uint64
Error string
}
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- ServiceMethod 是服务名和方法名，通常与 Go 语言中的结构体和方法相映射。
- Seq 是请求的序号，也可以认为是某个请求的 ID，用来区分不同的请求。
- Error 是错误信息，客户端置为空，服务端如果如果发生错误，将错误信息置于 Error 中。
我们将和消息编解码相关的代码都放到 codec 子目录中，在此之前，还需要在根目录下使用 go mod init geerpc 初始化项目，方便后续子 package 之间的引用。
进一步，抽象出对消息体进行编解码的接口 Codec，抽象出接口是为了实现不同的 Codec 实例：
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| type Codec interface {
io.Closer
ReadHeader(*Header) error
ReadBody(interface{}) error
Write(*Header, interface{}) error
}
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紧接着，抽象出 Codec 的构造函数，客户端和服务端可以通过 Codec 的 Type 得到构造函数，从而创建 Codec 实例。这部分代码和工厂模式类似，与工厂模式不同的是，返回的是构造函数，而非实例。
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| type NewCodecFunc func(io.ReadWriteCloser) Codec
type Type string
const (
GobType Type = "application/gob"
JsonType Type = "application/json"
)
var NewCodecFuncMap map[Type]NewCodecFunc
func init() {
NewCodecFuncMap = make(map[Type]NewCodecFunc)
NewCodecFuncMap[GobType] = NewGobCodec
}
|
我们定义了 2 种 Codec，Gob 和 Json，但是实际代码中只实现了 Gob 一种，事实上，2 者的实现非常接近，甚至只需要把 gob 换成 json 即可。
首先定义 GobCodec 结构体，这个结构体由四部分构成，conn 是由构建函数传入，通常是通过 TCP 或者 Unix 建立 socket 时得到的链接实例，dec 和 enc 对应 gob 的 Decoder 和 Encoder，buf 是为了防止阻塞而创建的带缓冲的 Writer，一般这么做能提升性能。
day1-codec/codec/gob.go
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| package codec
import (
"bufio"
"encoding/gob"
"io"
"log"
)
type GobCodec struct {
conn io.ReadWriteCloser
buf *bufio.Writer
dec *gob.Decoder
enc *gob.Encoder
}
var _ Codec = (*GobCodec)(nil)
func NewGobCodec(conn io.ReadWriteCloser) Codec {
buf := bufio.NewWriter(conn)
return &GobCodec{
conn: conn,
buf: buf,
dec: gob.NewDecoder(conn),
enc: gob.NewEncoder(buf),
}
}
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接着实现 ReadHeader、ReadBody、Write 和 Close 方法。
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| func (c *GobCodec) ReadHeader(h *Header) error {
return c.dec.Decode(h)
}
func (c *GobCodec) ReadBody(body interface{}) error {
return c.dec.Decode(body)
}
func (c *GobCodec) Write(h *Header, body interface{}) (err error) {
defer func() {
_ = c.buf.Flush()
if err != nil {
_ = c.Close()
}
}()
if err := c.enc.Encode(h); err != nil {
log.Println("rpc codec: gob error encoding header:", err)
return err
}
if err := c.enc.Encode(body); err != nil {
log.Println("rpc codec: gob error encoding body:", err)
return err
}
return nil
}
func (c *GobCodec) Close() error {
return c.conn.Close()
}
|
通信过程
客户端与服务端的通信需要协商一些内容，例如 HTTP 报文，分为 header 和 body 2 部分，body 的格式和长度通过 header 中的 Content-Type 和 Content-Length 指定，服务端通过解析 header 就能够知道如何从 body 中读取需要的信息。对于 RPC 协议来说，这部分协商是需要自主设计的。为了提升性能，一般在报文的最开始会规划固定的字节，来协商相关的信息。比如第1个字节用来表示序列化方式，第2个字节表示压缩方式，第3-6字节表示 header 的长度，7-10 字节表示 body 的长度。
对于 GeeRPC 来说，目前需要协商的唯一一项内容是消息的编解码方式。我们将这部分信息，放到结构体 Option 中承载。目前，已经进入到服务端的实现阶段了。
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| package geerpc
const MagicNumber = 0x3bef5c
type Option struct {
MagicNumber int
CodecType codec.Type
}
var DefaultOption = &Option{
MagicNumber: MagicNumber,
CodecType: codec.GobType,
}
|
一般来说，涉及协议协商的这部分信息，需要设计固定的字节来传输的。但是为了实现上更简单，GeeRPC 客户端固定采用 JSON 编码 Option，后续的 header 和 body 的编码方式由 Option 中的 CodeType 指定，服务端首先使用 JSON 解码 Option，然后通过 Option 的 CodeType 解码剩余的内容。即报文将以这样的形式发送：
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| | Option{MagicNumber: xxx, CodecType: xxx} | Header{ServiceMethod ...} | Body interface{} |
| <------ 固定 JSON 编码 ------> | <------- 编码方式由 CodeType 决定 ------->|
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在一次连接中，Option 固定在报文的最开始，Header 和 Body 可以有多个，即报文可能是这样的。
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| | Option | Header1 | Body1 | Header2 | Body2 | ...
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服务端的实现
通信过程已经定义清楚了，那么服务端的实现就比较直接了。
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type Server struct{}
func NewServer() *Server {
return &Server{}
}
var DefaultServer = NewServer()
func (server *Server) Accept(lis net.Listener) {
for {
conn, err := lis.Accept()
if err != nil {
log.Println("rpc server: accept error:", err)
return
}
go server.ServeConn(conn)
}
}
func Accept(lis net.Listener) { DefaultServer.Accept(lis) }
|
- 首先定义了结构体
Server，没有任何的成员字段。
- 实现了
Accept 方式，net.Listener 作为参数，for 循环等待 socket 连接建立，并开启子协程处理，处理过程交给了 ServerConn 方法。
- DefaultServer 是一个默认的
Server 实例，主要为了用户使用方便。
如果想启动服务，过程是非常简单的，传入 listener 即可，tcp 协议和 unix 协议都支持。
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| lis, _ := net.Listen("tcp", ":9999")
geerpc.Accept(lis)
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ServeConn 的实现就和之前讨论的通信过程紧密相关了，首先使用 json.NewDecoder 反序列化得到 Option 实例，检查 MagicNumber 和 CodeType 的值是否正确。然后根据 CodeType 得到对应的消息编解码器，接下来的处理交给 serverCodec。
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func (server *Server) ServeConn(conn io.ReadWriteCloser) {
defer func() { _ = conn.Close() }()
var opt Option
if err := json.NewDecoder(conn).Decode(&opt); err != nil {
log.Println("rpc server: options error: ", err)
return
}
if opt.MagicNumber != MagicNumber {
log.Printf("rpc server: invalid magic number %x", opt.MagicNumber)
return
}
f := codec.NewCodecFuncMap[opt.CodecType]
if f == nil {
log.Printf("rpc server: invalid codec type %s", opt.CodecType)
return
}
server.serveCodec(f(conn))
}
var invalidRequest = struct{}{}
func (server *Server) serveCodec(cc codec.Codec) {
sending := new(sync.Mutex)
wg := new(sync.WaitGroup)
for {
req, err := server.readRequest(cc)
if err != nil {
if req == nil {
break
}
req.h.Error = err.Error()
server.sendResponse(cc, req.h, invalidRequest, sending)
continue
}
wg.Add(1)
go server.handleRequest(cc, req, sending, wg)
}
wg.Wait()
_ = cc.Close()
}
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serveCodec 的过程非常简单。主要包含三个阶段
- 读取请求 readRequest
- 处理请求 handleRequest
- 回复请求 sendResponse
之前提到过，在一次连接中，允许接收多个请求，即多个 request header 和 request body，因此这里使用了 for 无限制地等待请求的到来，直到发生错误（例如连接被关闭，接收到的报文有问题等），这里需要注意的点有三个：
- handleRequest 使用了协程并发执行请求。
- 处理请求是并发的，但是回复请求的报文必须是逐个发送的，并发容易导致多个回复报文交织在一起，客户端无法解析。在这里使用锁(sending)保证。
- 尽力而为，只有在 header 解析失败时，才终止循环。
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type request struct {
h *codec.Header
argv, replyv reflect.Value
}
func (server *Server) readRequestHeader(cc codec.Codec) (*codec.Header, error) {
var h codec.Header
if err := cc.ReadHeader(&h); err != nil {
if err != io.EOF && err != io.ErrUnexpectedEOF {
log.Println("rpc server: read header error:", err)
}
return nil, err
}
return &h, nil
}
func (server *Server) readRequest(cc codec.Codec) (*request, error) {
h, err := server.readRequestHeader(cc)
if err != nil {
return nil, err
}
req := &request{h: h}
req.argv = reflect.New(reflect.TypeOf(""))
if err = cc.ReadBody(req.argv.Interface()); err != nil {
log.Println("rpc server: read argv err:", err)
}
return req, nil
}
func (server *Server) sendResponse(cc codec.Codec, h *codec.Header, body interface{}, sending *sync.Mutex) {
sending.Lock()
defer sending.Unlock()
if err := cc.Write(h, body); err != nil {
log.Println("rpc server: write response error:", err)
}
}
func (server *Server) handleRequest(cc codec.Codec, req *request, sending *sync.Mutex, wg *sync.WaitGroup) {
defer wg.Done()
log.Println(req.h, req.argv.Elem())
req.replyv = reflect.ValueOf(fmt.Sprintf("geerpc resp %d", req.h.Seq))
server.sendResponse(cc, req.h, req.replyv.Interface(), sending)
}
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目前还不能判断 body 的类型，因此在 readRequest 和 handleRequest 中，day1 将 body 作为字符串处理。接收到请求，打印 header，并回复 geerpc resp ${req.h.Seq}。这一部分后续再实现。
main 函数(一个简易的客户端)
day1 的内容就到此为止了，在这里我们已经实现了一个消息的编解码器 GobCodec，并且客户端与服务端实现了简单的协议交换(protocol exchange)，即允许客户端使用不同的编码方式。同时实现了服务端的雏形，建立连接，读取、处理并回复客户端的请求。
接下来，我们就在 main 函数中看看如何使用刚实现的 GeeRPC 吧。
day1-codec/main/main.go
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| package main
import (
"encoding/json"
"fmt"
"geerpc"
"geerpc/codec"
"log"
"net"
"time"
)
func startServer(addr chan string) {
l, err := net.Listen("tcp", ":0")
if err != nil {
log.Fatal("network error:", err)
}
log.Println("start rpc server on", l.Addr())
addr <- l.Addr().String()
geerpc.Accept(l)
}
func main() {
addr := make(chan string)
go startServer(addr)
conn, _ := net.Dial("tcp", <-addr)
defer func() { _ = conn.Close() }()
time.Sleep(time.Second)
_ = json.NewEncoder(conn).Encode(geerpc.DefaultOption)
cc := codec.NewGobCodec(conn)
for i := 0; i < 5; i++ {
h := &codec.Header{
ServiceMethod: "Foo.Sum",
Seq: uint64(i),
}
_ = cc.Write(h, fmt.Sprintf("geerpc req %d", h.Seq))
_ = cc.ReadHeader(h)
var reply string
_ = cc.ReadBody(&reply)
log.Println("reply:", reply)
}
}
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- 在
startServer 中使用了信道 addr，确保服务端端口监听成功，客户端再发起请求。
- 客户端首先发送
Option 进行协议交换，接下来发送消息头 h := &codec.Header{}，和消息体 geerpc req ${h.Seq}。
- 最后解析服务端的响应
reply，并打印出来。
执行结果如下：
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| start rpc server on [::]:63662
&{Foo.Sum 0 } geerpc req 0
reply: geerpc resp 0
&{Foo.Sum 1 } geerpc req 1
reply: geerpc resp 1
&{Foo.Sum 2 } geerpc req 2
reply: geerpc resp 2
&{Foo.Sum 3 } geerpc req 3
reply: geerpc resp 3
&{Foo.Sum 4 } geerpc req 4
reply: geerpc resp 4
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last updated at 2026-02-23
