RPC和HTTP调用对比

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现在的公司基本上都是HTTP调用，个别服务会有RPC，突然发现之前自己知道这两个调用方式是不同的，具体有哪些不同还有点模糊，了解了之后发现难怪大厂都用RPC调用，包括gRPC和dubbo。

先说一下他们最本质的区别，就是RPC主要是基于TCP/IP协议的，而HTTP服务主要是基于HTTP协议的，我们都知道HTTP协议是在传输层协议TCP之上的，所以效率来看的话，RPC当然是要更胜一筹啦！当然RPC也可以用HTTP调用，像Feign，不过也因此他被叫做伪RPC。下面来具体说一说RPC服务和HTTP服务。

RPC服务

RPC架构

一个完整的RPC架构里面包含了四个核心的组件，分别是Client ,Server,Client Stub以及Server
Stub，这个Stub大家可以理解为存根。分别说说这几个组件：

  • 客户端（Client），服务的调用方。
  • 服务端（Server），真正的服务提供者。
    客户端存根，存放服务端的地址消息，再将客户端的请求参数打包成网络消息，然后通过网络远程发送给服务方。
    服务端存根，接收客户端发送过来的消息，将消息解包，并调用本地的方法。

RPC架构

RPC主要是用在大型企业里面，因为大型企业里面系统繁多，业务线复杂，而且效率优势非常重要的一块，这个时候RPC的优势就比较明显了。实际的开发当中是这么做的，项目一般使用maven来管理。

比如我们有一个处理订单的系统服务，先声明它的所有的接口（这里就是具体指Java中的interface），然后将整个项目打包为一个jar包，服务端这边引入这个二方库，然后实现相应的功能，客户端这边也只需要引入这个二方库即可调用了。

为什么这么做？主要是为了减少客户端这边的jar包大小，因为每一次打包发布的时候，jar包太多总是会影响效率。另外也是将客户端和服务端解耦，提高代码的可移植性。

同步调用和异步调用

同步调用就是客户端等待调用执行完成并返回结果。异步调用就是客户端不等待调用执行完成返回结果，不过依然可以通过回调函数等接收到返回结果的通知。如果客户端并不关心结果，则可以变成一个单向的调用。

这个过程有点类似于Java中的callable和runnable接口，我们进行异步执行的时候，如果需要知道执行的结果，就可以使用callable接口，并且可以通过Future类获取到异步执行的结果信息。如果不关心执行的结果，直接使用runnable接口就可以了，因为它不返回结果，当然啦，callable也是可以的，我们不去获取Future就可以了。

流行的RPC框架

  1. gRPC是Google最近公布的开源软件，基于最新的HTTP2.0协议，并支持常见的众多编程语言。我们知道HTTP2.0是基于二进制的HTTP协议升级版本，目前各大浏览器都在快马加鞭的加以支持。这个RPC框架是基于HTTP协议实现的，底层使用到了Netty框架的支持。下面放两个文档

https://doc.oschina.net/grpc?t=56831

https://www.grpc.io/docs/

  1. Thrift是Facebook的一个开源项目，主要是一个跨语言的服务开发框架。它有一个代码生成器来对它所定义的IDL定义文件自动生成服务代码框架。用户只要在其之前进行二次开发就行，对于底层的RPC通讯等都是透明的。不过这个对于用户来说的话需要学习特定领域语言这个特性，还是有一定成本的。
  2. Dubbo是阿里集团开源的一个极为出名的RPC框架，在很多互联网公司和企业应用中广泛使用。协议和序列化框架都可以插拔是及其鲜明的特色。同样 的远程接口是基于Java Interface，并且依托于spring框架方便开发。可以方便的打包成单一文件，独立进程运行，和现在的微服务概念一致。

http://dubbo.apache.org/zh-cn/docs/user/quick-start.html

关于gRPC和Dubbo暂时可能不会写文章总结，因为文档足够详细，自己也还没看完，等看完了并且有了超出文档的理解再进行总结。

HTTP服务

其实在很久以前，我对于企业开发的模式一直定性为HTTP接口开发，也就是我们常说的RESTful风格的服务接口。的确，对于在接口不多、系统与系统交互较少的情况下，解决信息孤岛初期常使用的一种通信手段；优点就是简单、直接、开发方便。

利用现成的http协议进行传输。我们记得之前实习在公司做后台开发的时候，主要就是进行接口的开发，还要写一大份接口文档，严格地标明输入输出是什么？说清楚每一个接口的请求方法，以及请求参数需要注意的事项等。

接口可能返回一个JSON字符串或者是XML文档。然后客户端再去处理这个返回的信息，从而可以比较快速地进行开发。

但是对于大型企业来说，内部子系统较多、接口非常多的情况下，RPC框架的好处就显示出来了，首先就是长链接，不必每次通信都要像http一样去3次握手什么的，减少了网络开销，虽然HTTP1.1之后也可以长连接了；

其次就是RPC框架一般都有注册中心，有丰富的监控管理；发布、下线接口、动态扩展等，对调用方来说是无感知、统一化的操作。

顺便总结下HTTP版本差别

HTTP 0.9

HTTP 0.9 是一个最古老的版本

  • 只支持GET请求方式：由于不支持其他请求方式，因此客户端是没办法向服务端传输太多的信息
  • 没有请求头概念：所以不能在请求中指定版本号，服务端也只具有返回 HTML字符串的能力
  • 服务端相响应之后，立即关闭TCP连接

HTTP 1.0

随着 HTTP 1.0 的发布，这个版本:

  • 请求方式新增了POST，DELETE，PUT，HEADER等方式
  • 增添了请求头和响应头的概念，在通信中指定了 HTTP 协议版本号，以及其他的一些元信息 (比如: 状态码、权限、缓存、内容编码)
  • 扩充了传输内容格式，图片、音视频资源、二进制等都可以进行传输

在这个版本主要的就是对请求和响应的元信息进行了扩展，客户端和服务端有更多的获取当前请求的所有信息，进而更好更快的处理请求相关内容。

请求头

一个简单请求的头信息

GET / HTTP/1.0  
User-Agent: Mozilla/5.0 (Macintosh; Intel Mac OS X 10_10_5)  
Accept: */*

可以看到在请求方法之后有 请求资源的位置 + 请求协议版本，之后是一些客户端的信息配置

响应头

一个简单响应的头信息(v1.0)

HTTP/1.0 200 OK  
Content-Type: text/plain  
Content-Length: 137582  
Expires: Thu, 05 Dec 1997 16:00:00 GMT  
Last-Modified: Wed, 5 August 1996 15:55:28 GMT  
// 这是一个空行  
...数据内容

服务端的响应头第一个就是 请求协议版本，后面紧跟着是这次请求的状态码、以及状态码的描述，之后的内容是一些关于返回内容的描述。

Content-Type

在 HTTP 1.0 的时候，任何的资源都可以被传输，传输的格式呢也是多种多样的，客户端在收到响应体的内容的时候就是根据这个 Content-Type
去进行解析的。所以服务端返回时候必须带着这个字段。

一些常见的 Content-Type 可以参考 对照表。 这些
Content-Type 有一个总称叫做MIME type。

关于MIME type，这里想播插一个小插曲:

在 chrome 浏览器中，当跨域请求回来的数据 MIME type 同跨域标签应有的 MIME type 不匹配时，浏览器会启动 CORB
保护数据不被泄漏。被保护的数据有: html、xml、json。(eg: script、img 标签所支持的 MIME
type和他们都不一致)，所以服务端在返回资源的时候一定要对应返回正确的 Content-Type，以免浏览器屏蔽返回结果。

特性

  • 无状态：服务器不跟踪不记录请求过的状态
  • 无连接：浏览器每次请求都需要建立tcp连接
无状态

对于无状态的特性可以借助cookie/session机制来做身份认证和状态记录

无连接

无连接导致的性能缺陷有两种：

  • 无法复用连接
    每次发送请求，都需要进行一次tcp连接（即3次握手4次挥手），使得网络的利用率非常低

  • 队头阻塞
    HTTP 1.0 规定在前一个请求响应到达之后下一个请求才能发送，如果前一个阻塞，后面的请求也给阻塞的

HTTP 1.1

HTTP 1.1 是在 1.0 发布之后的半年就推出了，完善了 1.0 版本。目前也还有很多的互联网项目基于 HTTP 1.1 在向外提供服务。

特性

  • 长连接：新增Connection字段，可以设置keep-alive值保持连接不断开
  • 管道化：基于上面长连接的基础，管道化可以不等第一个请求响应继续发送后面的请求，但响应的顺序还是按照请求的顺序返回
  • 缓存处理：新增字段cache-control
  • 断点传输
长连接

HTTP 1.1默认保持长连接，数据传输完成保持tcp连接不断开,继续用这个通道传输数据

管道化

基于长连接的基础，我们先看没有管道化请求响应：

tcp没有断开，用的同一个通道

请求1 > 响应1 --> 请求2 > 响应2 --> 请求3 > 响应3

管道化的请求响应：

请求1 --> 请求2 --> 请求3 > 响应1 --> 响应2 --> 响应3

即使服务器先准备好响应2,也是按照请求顺序先返回响应1

虽然管道化，可以一次发送多个请求，但是响应仍是顺序返回，仍然无法解决队头阻塞的问题

缓存处理

当浏览器请求资源时，先看是否有缓存的资源，如果有缓存，直接取，不会再发请求，如果没有缓存，则发送请求。 通过设置字段cache-control来控制缓存。

断点传输

在上传/下载资源时，如果资源过大，将其分割为多个部分，分别上传/下载，如果遇到网络故障，可以从已经上传/下载好的地方继续请求，不用从头开始，提高效率

HTTP 2

2015 年，HTTP/2 发布。HTTP/2 是现行 HTTP 协议（HTTP/1.x）的替代，但它不是重写，HTTP 方法/状态码/语义都与
HTTP/1.x 一样。HTTP/2 基于 SPDY3，专注于 性能 ，最大的一个目标是在用户和网站间只用一个连接（connection）。

HTTP/2 由两个规范（Specification）组成：

  1. Hypertext Transfer Protocol version 2 - RFC7540

  2. HPACK - Header Compression for HTTP/2 - RFC7541

二进制分帧

HTTP/2 采用二进制格式传输数据，而非 HTTP 1.x 的文本格式，二进制协议解析起来更高效。 HTTP / 1
的请求和响应报文，都是由起始行，首部和实体正文（可选）组成，各部分之间以文本换行符分隔。 HTTP/2
将请求和响应数据分割为更小的帧，并且它们采用二进制编码 。

接下来我们介绍几个重要的概念：

  • 流：流是连接中的一个虚拟信道，可以承载双向的消息；每个流都有一个唯一的整数标识符（1、2…N）；
  • 消息：是指逻辑上的 HTTP 消息，比如请求、响应等，由一或多个帧组成。
  • 帧：HTTP 2.0 通信的最小单位，每个帧包含帧首部，至少也会标识出当前帧所属的流，承载着特定类型的数据，如 HTTP 首部、负荷，等等

HTTP2二进制传输

HTTP/2
中，同域名下所有通信都在单个连接上完成，该连接可以承载任意数量的双向数据流。每个数据流都以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成。多个帧之间可以乱序发送，根据帧首部的流标识可以重新组装。

多路复用

在 HTTP/2 中引入了多路复用的技术。多路复用很好的解决了浏览器限制同一个域名下的请求数量的问题，同时也接更容易实现全速传输，毕竟新开一个 TCP
连接都需要慢慢提升传输速度。

大家可以通过 该链接 直观感受下 HTTP/2 比 HTTP/1 到底快了多少。

HTTP2多路复用

在 HTTP/2 中，有了二进制分帧之后，HTTP /2 不再依赖 TCP 链接去实现多流并行了，在 HTTP/2 中：

  • 同域名下所有通信都在单个连接上完成。
  • 单个连接可以承载任意数量的双向数据流。
  • 数据流以消息的形式发送，而消息又由一个或多个帧组成，多个帧之间可以乱序发送，因为根据帧首部的流标识可以重新组装。

这一特性，使性能有了极大提升：

  • 同个域名只需要占用一个 TCP 连接，使用一个连接并行发送多个请求和响应,消除了因多个 TCP 连接而带来的延时和内存消耗。
  • 并行交错地发送多个请求，请求之间互不影响。
  • 并行交错地发送多个响应，响应之间互不干扰。
  • 在 HTTP/2 中，每个请求都可以带一个 31bit 的优先值，0 表示最高优先级， 数值越大优先级越低。有了这个优先值，客户端和服务器就可以在处理不同的流时采取不同的策略，以最优的方式发送流、消息和帧。

HTTP2多路复用

如上图所示，多路复用的技术可以只通过一个 TCP 连接就可以传输所有的请求数据。

头部压缩

在 HTTP/1 中，我们使用文本的形式传输 header，在 header 携带 cookie 的情况下，可能每次都需要重复传输几百到几千的字节。

为了减少这块的资源消耗并提升性能， HTTP/2 对这些首部采取了压缩策略：

  • HTTP/2 在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键－值对，对于相同的数据，不再通过每次请求和响应发送；
  • 首部表在 HTTP/2 的连接存续期内始终存在，由客户端和服务器共同渐进地更新;
  • 每个新的首部键－值对要么被追加到当前表的末尾，要么替换表中之前的值

例如下图中的两个请求， 请求一发送了所有的头部字段，第二个请求则只需要发送差异数据，这样可以减少冗余数据，降低开销

HTTP2头部压缩

服务端推送

Server Push 即服务端能通过 push 的方式将客户端需要的内容预先推送过去，也叫“cache push”。

可以想象以下情况，某些资源客户端是一定会请求的，这时就可以采取服务端 push
的技术，提前给客户端推送必要的资源，这样就可以相对减少一点延迟时间。当然在浏览器兼容的情况下你也可以使用 prefetch。
例如服务端可以主动把 JS 和 CSS 文件推送给客户端，而不需要客户端解析 HTML 时再发送这些请求。

HTTP2服务推送

服务端可以主动推送，客户端也有权利选择是否接收。如果服务端推送的资源已经被浏览器缓存过，浏览器可以通过发送 RST_STREAM
帧来拒收。主动推送也遵守同源策略，换句话说，服务器不能随便将第三方资源推送给客户端，而必须是经过双方确认才行。

HTTP3

虽然 HTTP/2 解决了很多之前旧版本的问题，但是它还是存在一个巨大的问题，主要是底层支撑的 TCP 协议造成的。

上文提到 HTTP/2 使用了多路复用，一般来说同一域名下只需要使用一个 TCP 连接。但当这个连接中出现了丢包的情况，那就会导致 HTTP/2
的表现情况反倒不如 HTTP/1 了。

因为在出现丢包的情况下，整个 TCP 都要开始等待重传，也就导致了后面的所有数据都被阻塞了。但是对于 HTTP/1.1 来说，可以开启多个 TCP
连接，出现这种情况反到只会影响其中一个连接，剩余的 TCP 连接还可以正常传输数据。

那么可能就会有人考虑到去修改 TCP 协议，其实这已经是一件不可能完成的任务了。因为 TCP
存在的时间实在太长，已经充斥在各种设备中，并且这个协议是由操作系统实现的，更新起来不大现实。

基于这个原因， Google 就更起炉灶搞了一个基于 UDP 协议的 QUIC 协议，并且使用在了 HTTP/3 上 ，HTTP/3 之前名为
HTTP-over-QUIC，从这个名字中我们也可以发现，HTTP/3 最大的改造就是使用了 QUIC。

QUIC 虽然基于 UDP，但是在原本的基础上新增了很多功能，接下来我们重点介绍几个 QUIC 新功能。

0RTT

通过使用类似 TCP 快速打开的技术，缓存当前会话的上下文，在下次恢复会话的时候，只需要将之前的缓存传递给服务端验证通过就可以进行传输了。 0RTT
建连可以说是 QUIC 相比 HTTP2 最大的性能优势 。那什么是 0RTT 建连呢？

这里面有两层含义:

  • 传输层 0RTT 就能建立连接。
  • 加密层 0RTT 就能建立加密连接。

HTTPS和QUIC建立过程

上图左边是 HTTPS 的一次完全握手的建连过程，需要 3 个 RTT。就算是会话复用也需要至少 2 个 RTT。

而 QUIC 呢？由于建立在 UDP 的基础上，同时又实现了 0RTT 的安全握手，所以在大部分情况下，只需要 0 个 RTT
就能实现数据发送，在实现前向加密的基础上，并且 0RTT 的成功率相比 TLS 的会话记录单要高很多。

多路复用

虽然 HTTP/2 支持了多路复用，但是 TCP 协议终究是没有这个功能的。QUIC
原生就实现了这个功能，并且传输的单个数据流可以保证有序交付且不会影响其他的数据流，这样的技术就解决了之前 TCP 存在的问题。

同 HTTP2.0 一样，同一条 QUIC 连接上可以创建多个 stream，来发送多个 HTTP 请求，但是，QUIC 是基于 UDP
的，一个连接上的多个 stream 之间没有依赖。比如下图中 stream2 丢了一个 UDP 包，不会影响后面跟着 Stream3 和
Stream4，不存在 TCP 队头阻塞。虽然 stream2 的那个包需要重新传，但是 stream3、stream4 的包无需等待，就可以发给用户。

QUIC多路复用

另外 QUIC 在移动端的表现也会比 TCP 好。因为 TCP 是基于 IP 和端口去识别连接的，这种方式在多变的移动端网络环境下是很脆弱的。但是 QUIC
是通过 ID 的方式去识别一个连接，不管你网络环境如何变化，只要 ID 不变，就能迅速重连上。

加密认证的报文

TCP
协议头部没有经过任何加密和认证，所以在传输过程中很容易被中间网络设备篡改，注入和窃听。比如修改序列号、滑动窗口。这些行为有可能是出于性能优化，也有可能是主动攻击。

但是 QUIC 的 packet 可以说是武装到了牙齿。除了个别报文比如 PUBLIC_RESET 和 CHLO，所有报文头部都是经过认证的，报文 Body
都是经过加密的。

这样只要对 QUIC 报文任何修改，接收端都能够及时发现，有效地降低了安全风险。

报文头部

如上图所示，红色部分是 Stream Frame 的报文头部，有认证。绿色部分是报文内容，全部经过加密。

向前纠错机制

QUIC 协议有一个非常独特的特性，称为向前纠错 (Forward Error
Correction，FEC)，每个数据包除了它本身的内容之外，还包括了部分其他数据包的数据，因此少量的丢包可以通过其他包的冗余数据直接组装而无需重传。向前纠错牺牲了每个数据包可以发送数据的上限，但是减少了因为丢包导致的数据重传，因为数据重传将会消耗更多的时间(包括确认数据包丢失、请求重传、等待新数据包等步骤的时间消耗)

假如说这次我要发送三个包，那么协议会算出这三个包的异或值并单独发出一个校验包，也就是总共发出了四个包。当出现其中的非校验包丢包的情况时，可以通过另外三个包计算出丢失的数据包的内容。
当然这种技术只能使用在丢失一个包的情况下，如果出现丢失多个包就不能使用纠错机制了，只能使用重传的方式了 。