RMI 系列（02）源码分析

RMI 系列（02）源码分析

1. 架构

RMI 中有三个重要的角色：注册中心（Registry）、客户端（Client）、服务端（Server）。

图1 RMI 架构图

在 RMI 中也要先进行服务注册，客户端从注册中心获取服务。为了屏蔽网络通信的复杂性，RMI 提出了 Stub（客户端存根）和 Skeleton（服务端骨架）两个概念，客户端和服务端的网络信都通过 Stub 和 Skeleton 进行。

图2 RMI 整体调用时序图

总结： 整体还是可以分为三部分，服务注册、服务发现、服务调用。

服务注册（1 ~ 2）
- 第一步：创建远程对象包括两部分。一是创建 ServiceImpl 远程对象；二是发布 ServiceImpl 服务。ServiceImpl 继承自 UnicastRemoteObject，在创建时默认会随机绑定一个端口，监听客户端的请求。所以即使可以不注册，直接请求这个端口也可以进行通信。
- 第二步：向注册中心注册该服务。注意：和其它的注册中心不同，Registry 只能注册本地的服务。
服务发现（3 ~ 4）
- 向注册中心查找本地存根，返回给客户端。需要注意的是，Dubbo 先从注册中心获服务的 ip、port 等配置信息，然后在客户端生成 Stub 代理，而 RMI 不一样，已经在服务端保存了 Stub 代理对象，直接通过网络传输直接将 Stub 对象进行序列化与反序列化。
服务调用（5 ~ 9）
- 客户端存根和服务器骨架通信，返回结果。

2. 服务注册

首先回顾一下 RMI 服务发布的使用方法：

@Test
public void server() {
	// 1. 服务创建及发布。注意：HelloServiceImpl extends UnicastRemoteObject 
    HelloService service = new HelloServiceImpl();
    // 2. 创建注册中心：创建本机 1099 端口上的 RMI 注册表
    Registry registry = LocateRegistry.createRegistry(1099);
    // 3. 服务注册：将服务绑定到注册表中
    registry.bind(name, service);
}

总结： RMI 服务发布有三个流程：

服务创建及发布：HelloServiceImpl 需要继承自 UnicastRemoteObject，当初始化时会自动将 HelloServiceImpl 任务一个服务发布，绑定一个随机端口。
创建注册中心：注册中心实际和普通的服务一样，也会将自己作为一个服务发布。
服务注册：将 service 注册到注册中心。

服务创建及发布和创建注册中心流程完全相同，至于服务注册则是将 service 注册到一个 map 中，非常简单。所以服务的注册主要围绕服务创建及发布展开。

2.1 服务发布整体流程

图3 RMI 服务发布时序图

服务的发布的关键点有以下几个：

创建本地存根，用于客户端访问。
启动 socket。
服务注册与查找。

无论是 HelloServiceImpl 还是 Registry 都是 Remote 的子类，准确的说是 RemoteObject 的子类。RemoteObject 最重要的属性是 RemoteRef ref，RemoteRef 的实现类 UnicastRef，UnicastRef 包含属性 LiveRef ref。LiveRef 类中的 Endpoint、Channel 封装了与网络通信相关的方法。类结构如下：

图4 Remote 和 RemoteRef 类结构

2.2 服务暴露入口 exportObject

HelloServiceImpl 的构造器中调用父类 UnicastRemoteObject，最终调用 exportObject((Remote) this, port)

protected UnicastRemoteObject(int port) throws RemoteException {
    this.port = port;
    exportObject((Remote) this, port);
}
private static Remote exportObject(Remote obj, UnicastServerRef sref)
    throws RemoteException {
    if (obj instanceof UnicastRemoteObject) {
        ((UnicastRemoteObject) obj).ref = sref;
    }
    return sref.exportObject(obj, null, false);
}

而 Registry createRegistry(int port) 创建注册中心时也会调用 exportObject 方法。

public RegistryImpl(int port) throws RemoteException
    LiveRef lref = new LiveRef(id, port);
	setup(new UnicastServerRef(lref, RegistryImpl::registryFilter));
}
private void setup(UnicastServerRef uref) throws RemoteException {
    ref = uref;
    uref.exportObject(this, null, true);
}

总结： Registry 和 HelloServiceImpl 最终都调用 exportObject 方法，那 exportObject 到底是干什么的呢？从字面上看 exportObject 暴露对象，事实上正如其名，exportObject 打开了一个 ServerSocket，监听客户端的请求。

public Remote exportObject(Remote impl, Object data, boolean permanent)
        throws RemoteException {
    // 1. 创建本地存根，封装网络通信
    Class<?> implClass = impl.getClass();
    Remote stub = Util.createProxy(implClass, getClientRef(), forceStubUse);
    ...
    // 2. 服务暴露，this 是指 RemoteObject 对象
    Target target = new Target(impl, this, stub, ref.getObjID(), permanent);
    ref.exportObject(target);
    return stub;
}

总结： exportObject 核心的方法有两个：一是生成本地存根的代理对象；二是调用 ref.exportObject(target) 启动 socket 服务。

注意：exportObject 时会先将 impl 和 stub 等信息封装到 Target 对象中，最终注册到 ObjectTable。

2.3 生成本地存根

在 Util.createProxy() 方法中创建代理对象。

public static Remote createProxy(Class<?> implClass, RemoteRef clientRef,
		boolean forceStubUse) throws StubNotFoundException {
    Class<?> remoteClass = getRemoteClass(implClass);
   
    // 1. 是否存在以 _Stub 结尾的类。remoteClass + "_Stub"
    //    forceStubUse 表示当不存在时是否抛出异常
    if (forceStubUse ||
        !(ignoreStubClasses || !stubClassExists(remoteClass))) {
        return createStub(remoteClass, clientRef);
    }

    // 2. jdk 动态代理
    final ClassLoader loader = implClass.getClassLoader();
    final Class<?>[] interfaces = getRemoteInterfaces(implClass);
    final InvocationHandler handler = new RemoteObjectInvocationHandler(clientRef);
    return (Remote) Proxy.newProxyInstance(loader, interfaces, handler);
}

总结： 创建代理对象有两种情况：

存在以 _Stub 结尾的类（eg: RegistryImpl_Stub）则直接返回，当 forceStubUse=true 时不存在则抛出异常。
JDK 动态代理。RemoteObjectInvocationHandler#invoke 方法实际上直接委托给了 RemoteRef#invoke 方法进行网络通信，具体代码见 UnicastRef#invoke(Remote, Method, Object[], long)。

2.4 服务监听

跟踪 LiveRef#exportObject 方法，最终调用 TCPTransport#exportObject 方法。

public void exportObject(Target target) throws RemoteException {
    // 1. 启动网络监听，默认 port=0，即随机启动一个端口
    synchronized (this) {
        listen();
        exportCount++;
    }
    // 2. 将 Target 注册到 ObjectTable
    super.exportObject(target);
}

总结： 最终服务暴露时做了两件事，一是如果 socket 没有启动，启动 socket 监听；二是将 Target 实例注册到 ObjectTable 对象中。

 private void listen() throws RemoteException {
     TCPEndpoint ep = getEndpoint();
     int port = ep.getPort();

     if (server == null) {
             server = ep.newServerSocket();
             Thread t = new NewThreadAction(new AcceptLoop(server), 
                            "TCP Accept-" + port, true));
             t.start();
         } catch (IOException e) {
             throw new ExportException("Listen failed on port: " + port, e);
         }
     } 
 }

2.5 ObjectTable 注册与查找

ObjectTable 用来管理所有发布的服务实例 Target，ObjectTable 提供了根据 ObjectEndpoint 和 Remote 实例两种方式查找 Target 的方法。先看注册：

private static final Map<ObjectEndpoint,Target> objTable = new HashMap<>();
private static final Map<WeakRef,Target> implTable = new HashMap<>();

// Target 注册
static void putTarget(Target target) throws ExportException {
    ObjectEndpoint oe = target.getObjectEndpoint();
    WeakRef weakImpl = target.getWeakImpl();

    synchronized (tableLock) {
        if (target.getImpl() != null) {
            ...
            objTable.put(oe, target);
            implTable.put(weakImpl, target);
        }
    }
}

那实例查找也就很简单了，之后就可以根据 Target 对象获取本地存根 stub。

static Target getTarget(ObjectEndpoint oe) {
    synchronized (tableLock) {
        return objTable.get(oe);
    }
}
public static Target getTarget(Remote impl) {
    synchronized (tableLock) {
        return implTable.get(new WeakRef(impl));
    }
}

2.6 服务绑定

当服务 HelloService 和 Registry 均已创建并发布后，之后需要将服务绑定到注册中心。这一步就很简单了，代码 registry.bind(name, service)。

// 服务名称 -> 实例 impl
private Hashtable<String, Remote> bindings = new Hashtable<>(101);

public void bind(String name, Remote obj)
    throws RemoteException, AlreadyBoundException, AccessException {
    checkAccess("Registry.bind");
    synchronized (bindings) {
        Remote curr = bindings.get(name);
        if (curr != null)
            throw new AlreadyBoundException(name);
        bindings.put(name, obj);
    }
}

总结： service 绑定到注册中心实际就很简单了，将服务名称和实例保存到 map 中即可。查找时可以通过 name 查找到 impl，再通过 impl 在 ObjectTable 中查找到对应的 Target。

2.7 总结

服务暴露主要完成两件事：一是服务端生成本地存根 stub，并包装成 Target 对象，最终注册到 ObjectTable 中；二是启动 ServerSocket 绑定端口，监听客户端的请求。又可以分为普通服务暴露和注册中心暴露，两种服务暴露过程完全相同。

普通服务暴露（HelloService）：默认绑定随机端口。使用 HelloServicempl 实例，根据动态代理生成本地存储 stub，RemoteObjectInvocationHandler#invoke 最终调用 UnicastRef#invoke(Remote, Method, Object[], long) 方法。
注册中心暴露（Registry）：LocateRegistry.createRegistry(port) 需要指定绑定端口，默认 1099。使用 RegistryImpl 实例，本地存根使用 RegistryImpl_Stub。

3. 服务发现

@Test
public void client() {
    String name = HelloService.class.getName();
    // 获取注册表
    Registry registry = LocateRegistry.getRegistry("localhost", 1099);
    // 查找对应的服务
    HelloService service = (HelloService) registry.lookup(name);
}

总结： RMI 服务发现核心步骤两步：一是获取注册中心 registry；二是根据注册中心获取服务的代理类 service。registry 和 service 都是通过 Util.createProxy() 方法生成的代理类，不过这两个代理类的生成时机完全不同，registry 是在客户端生成的代理类，service 是在服务端生成的代理类。

3.1 注册中心 Stub

public static Registry getRegistry(String host, int port, RMIClientSocketFactory csf) {
    LiveRef liveRef = new LiveRef(new ObjID(ObjID.REGISTRY_ID),
                    new TCPEndpoint(host, port, csf, null), false);
    RemoteRef ref = (csf == null) ? new UnicastRef(liveRef) : new UnicastRef2(liveRef);
    return (Registry) Util.createProxy(RegistryImpl.class, ref, false);
}

由于默认存在 RegistryImpl_Stub，所以直接返回 RegistryImpl_Stub 的实例。

public Remote lookup(String var1) throws AccessException, NotBoundException, RemoteException {
    RemoteCall var2 = super.ref.newCall(this, operations, 2, 4905912898345647071L);
    ObjectOutput var3 = var2.getOutputStream();
    var3.writeObject(var1);

    super.ref.invoke(var2);
    ObjectInput var6 = var2.getInputStream();
    Remote var23 = (Remote)var6.readObject();       
    super.ref.done(var2);       
    return var23;
}

总结： LocateRegistry.getRegistry 获取注册中心时，在客户端直接生成代理对象 RegistryImpl_Stub，RegistryImpl_Stub 实际调用 RemoteRef 的 invoke 方法进行网络通信。

3.2 普通服务 Stub

和 RegistryImpl_Stub 不同，普通服务是在服务端生成本地存根 Stub。在服务注册的阶段，我们提到服务暴露时会将服务实例及其生成的 Stub 包装成 Target，并最终注册到 ObjectTable 上。那客户端 registry.lookup(name) 是如何最终查找到对应服务的 Stub 中的呢？

首先客户端调用 registry.lookup(name) 时，会通过网络通信最终调用到 RegistryImpl#lookup 方法，查找到对应的 Remote 实例，之后将这个实例返回给客户端。

但是这个 Socket 输出流是被 MarshalOutputStream 包装过的，在输出对应时会将 Remote 替换为 Stub 对象。也就是说客户端直接可以拿到代理后的对象，反序列后进行网络通信，不需要在客户端生成代理对象。代码如下：

protected final Object replaceObject(Object obj) throws IOException {
    if ((obj instanceof Remote) && !(obj instanceof RemoteStub)) {
        Target target = ObjectTable.getTarget((Remote) obj);
        if (target != null) {
            return target.getStub();
        }
    }
    return obj;
}

总结： registry.lookup(name) 获取服务端生成的代理对象 stub。这个 stub 代理对象调用 UnicastRef#invoke(Remote, Method, Object[], long) 方法进行网络通信。

注意： 如果该服务没有暴露，则 target=null，也就是直接将服务端注册的实例而不是存根 Stub 返回，所以在客户端必须有该类的实现，否则反序列反时会抛出异常。不过，不暴露服务这种情况好像并没有什么意义。

Exception in thread "main" java.rmi.UnmarshalException: error unmarshalling return; nested exception is: 
	java.lang.ClassNotFoundException: com.binarylei.rmi.helloword.service.HelloServiceImpl (no security manager: RMI class loader disabled)
	at sun.rmi.registry.RegistryImpl_Stub.lookup(Unknown Source)
	at com.binarylei.rmi.helloword.ClientTest.main(ClientTest.java:21)
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: com.binarylei.rmi.helloword.service.HelloServiceImpl (no security manager: RMI class loader disabled)
	at sun.rmi.server.LoaderHandler.loadClass(LoaderHandler.java:396)
	at sun.rmi.server.LoaderHandler.loadClass(LoaderHandler.java:186)
	at java.rmi.server.RMIClassLoader$2.loadClass(RMIClassLoader.java:637)
	at java.rmi.server.RMIClassLoader.loadClass(RMIClassLoader.java:264)
	at sun.rmi.server.MarshalInputStream.resolveClass(MarshalInputStream.java:219)
	... 2 more

4. 服务调用

RMI 中网络通信相关的逻辑都是由 RemoteRef 完成的，客户端的实现是 UnicastRef，而服务端则是 UnicastServerRef。

4.1 客户端调用过程

图5 RMI 整体调用时序图

客户端生成的代理对象调用 UnicastRef.invoke 进行网络传输，至少要告诉服务端以下信息：

接口名
方法名称
参数类型
参数

通过接口 + 方法名称 + 参数类型三个坐标就可以确定调用的具体方法。RMI 中通过传递 opnum 参数标记是这个类的第几个方法来确定。

public Object invoke(Remote obj, Method method, Object[] params, long opnum)
    throws Exception {
   
    // 1. create call context
    Connection conn = ref.getChannel().newConnection();
    RemoteCall call = new StreamRemoteCall(conn, ref.getObjID(), -1, opnum);

    // 2. marshal parameters
    try {
        ObjectOutput out = call.getOutputStream();
        marshalCustomCallData(out);
        Class<?>[] types = method.getParameterTypes();
        for (int i = 0; i < types.length; i++) {
            marshalValue(types[i], params[i], out);
        }
    } catch (IOException e) {
        throw new MarshalException("error marshalling arguments", e);
    }

    // 3. unmarshal return
    call.executeCall();

    try {
        Class<?> rtype = method.getReturnType();
        if (rtype == void.class)
            return null;
        ObjectInput in = call.getInputStream();

        Object returnValue = unmarshalValue(rtype, in);

        ref.getChannel().free(conn, true);
        return returnValue;
    } finally {
       	// 关闭连接等
        call.done();
    }
}

总结： UnicastRef.invoke 方法过程很清晰，先发送 opnum，再发送参数，最后处理返回结果。

4.2 服务端处理过程

图6 RMI 服务端调用时序图

总结：

服务暴露时，通过 listen 方法启动 socket，创建 AcceptLoop 线程接收客户端的连接，每一个 socket 连接创建一个 ConnectionHandler 处理，这也是 BIO 处理客户端连接的基本套路。
然后从 ObjectTarget.getTarget 中获取服务端保存的 Target 对象，可以获取 impl 和 dispatcher 对象。dispatcher 的实现类是 UnicastServerRef。
服务端获取 opnum 确定具体的方法 method，再接收方法的参数，调用 method.invoke(obj, params) 后将结果返回给客户端。

下面就看一下 UnicastServerRef#dispatch 具体做了些什么。

public void dispatch(Remote obj, RemoteCall call) throws IOException {
    // positive operation number in 1.1 stubs;
    // negative version number in 1.2 stubs and beyond...
    int num;
    long op;
    
    // 1. 处理 num 和 op 参数，jdk1.1 oldDispatch
	try {
        ObjectInput in;
        try {
            in = call.getInputStream();
            num = in.readInt();
            if (num >= 0) {
                if (skel != null) {
                    oldDispatch(obj, call, num);
                    return;
                } else {
                    throw new UnmarshalException(
                        "skeleton class not found but required for client version");
                }
            }
            op = in.readLong();
        } catch (Exception readEx) {
            throw new UnmarshalException("error unmarshalling call header", readEx);
        }
        
        MarshalInputStream marshalStream = (MarshalInputStream) in;
        marshalStream.skipDefaultResolveClass();

        // 2. 根据 op 获取 method
        Method method = hashToMethod_Map.get(op);

        // 3. unmarshal parameters
        Object[] params = null;
        try {
            unmarshalCustomCallData(in);
            params = unmarshalParameters(obj, method, marshalStream);
        } finally {
            call.releaseInputStream();
        }

        // 4. make upcall on remote object
        Object result;
        try {
            result = method.invoke(obj, params);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw e.getTargetException();
        }

        // 5. marshal return value
        try {
            ObjectOutput out = call.getResultStream(true);
            Class<?> rtype = method.getReturnType();
            if (rtype != void.class) {
                marshalValue(rtype, result, out);
            }
        } catch (IOException ex) {
            throw new MarshalException("error marshalling return", ex);
        }
    } catch (Throwable e) {
        ObjectOutput out = call.getResultStream(false);
        out.writeObject(e);
    } finally {
        call.releaseInputStream(); // in case skeleton doesn't
        call.releaseOutputStream();
    }
}

总结： UnicastServerRef#dispatch 方法也很清晰，无非是根据 op 确定具体的方法 method，获取参数，将反射的结果通过网络返回给客户端。

每天用心记录一点点。内容也许不重要，但习惯很重要！

posted on 2019-12-29 19:09 binarylei 阅读(1447) 评论(0) 编辑收藏举报

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