流式RPC

学习如何使用流式rpc.

概述

在一些应用场景中， client或server需要向对面发送大量数据，这些数据非常大或者持续地在产生以至于无法放在一个RPC的附件中。比如一个分布式系统的不同节点间传递replica或snapshot。client/server之间虽然可以通过多次RPC把数据切分后传输过去，但存在如下问题：

  • 如果这些RPC是并行的，无法保证接收端有序地收到数据，拼接数据的逻辑相当复杂。
  • 如果这些RPC是串行的，每次传递都得等待一次网络RTT+处理数据的延时，特别是后者的延时可能是难以预估的。

为了让大块数据以流水线的方式在client/server之间传递， 我们提供了Streaming RPC这种交互模型。Streaming RPC让用户能够在client/service之间建立用户态连接，称为Stream, 同一个TCP连接之上能同时存在多个Stream。 Stream的传输数据以消息为基本单位， 输入端可以源源不断的往Stream中写入消息， 接收端会按输入端写入顺序收到消息。

Streaming RPC保证：

  • 有消息边界。
  • 接收消息的顺序和发送消息的顺序严格一致。
  • 全双工。
  • 支持流控。
  • 提供超时提醒

目前的实现还没有自动切割过大的消息，同一个tcp连接上的多个Stream之间可能有Head-of-line blocking问题，请尽量避免过大的单个消息，实现自动切割后我们会告知并更新文档。

例子见example/streaming_echo_c++。

建立Stream

目前Stream都由Client端建立。Client先在本地创建一个Stream，再通过一次RPC（必须使用baidu_std协议）与指定的Service建立一个Stream，如果Service在收到请求之后选择接受这个Stream， 那在response返回Client后Stream就会建立成功。过程中的任何错误都把RPC标记为失败，同时也意味着Stream创建失败。用linux下建立连接的过程打比方，Client先创建socket（创建Stream），再调用connect尝试与远端建立连接（通过RPC建立Stream），远端accept后连接就建立了（service接受后创建成功）。

如果Client尝试向不支持Streaming RPC的老Server建立Stream，将总是失败。

程序中我们用StreamId代表一个Stream，对Stream的读写，关闭操作都将作用在这个Id上。

  1. struct StreamOptions
  2.     // The max size of unconsumed data allowed at remote side.
  3.     // If |max_buf_size| <= 0, there's no limit of buf size
  4.     // default: 2097152 (2M)
  5.     int max_buf_size;
  7.     // Notify user when there's no data for at least |idle_timeout_ms|
  8.     // milliseconds since the last time that on_received_messages or on_idle_timeout
  9.     // finished.
  10.     // default: -1
  11.     long idle_timeout_ms;
  13.     // Maximum messages in batch passed to handler->on_received_messages
  14.     // default: 128
  15.     size_t messages_in_batch;
  17.     // Handle input message, if handler is NULL, the remote side is not allowd to
  18.     // write any message, who will get EBADF on writting
  19.     // default: NULL
  20.     StreamInputHandler* handler;
  21. };
  23. // [Called at the client side]
  24. // Create a Stream at client-side along with the |cntl|, which will be connected
  25. // when receiving the response with a Stream from server-side. If |options| is
  26. // NULL, the Stream will be created with default options
  27. // Return 0 on success, -1 otherwise
  28. int StreamCreate(StreamId* request_stream, Controller &cntl, const StreamOptions* options);

接受Stream

如果client在RPC上附带了一个Stream， service在收到RPC后可以通过调用StreamAccept接受。接受后Server端对应产生的Stream存放在response_stream中，Server可通过这个Stream向Client发送数据。

  1. // [Called at the server side]
  2. // Accept the Stream. If client didn't create a Stream with the request
  3. // (cntl.has_remote_stream() returns false), this method would fail.
  4. // Return 0 on success, -1 otherwise.
  5. int StreamAccept(StreamId* response_stream, Controller &cntl, const StreamOptions* options);

读取Stream

在建立或者接受一个Stream的时候， 用户可以继承StreamInputHandler并把这个handler填入StreamOptions中. 通过这个handler，用户可以处理对端的写入数据，连接关闭以及idle timeout

  1. class StreamInputHandler {
  2. public:
  3.     // 当接收到消息后被调用
  4.     virtual int on_received_messages(StreamId id, butil::IOBuf *const messages[], size_t size) = 0;
  6.     // 当Stream上长时间没有数据交互后被调用
  7.     virtual void on_idle_timeout(StreamId id) = 0;
  9.     // 当Stream被关闭时被调用
  10.     virtual void on_closed(StreamId id) = 0;
  11. };

第一次收到请求的时间

在client端，如果建立过程是一次同步RPC， 那在等待的线程被唤醒之后，on_received_message就可能会被调用到。 如果是异步RPC请求， 那等到这次请求的done->Run() 执行完毕之后， on_received_message就可能会被调用。

在server端， 当框架传入的done->Run()被调用完之后， on_received_message就可能会被调用。

写入Stream

  1. // Write |message| into |stream_id|. The remote-side handler will received the
  2. // message by the written order
  3. // Returns 0 on success, errno otherwise
  4. // Errno:
  5. //  - EAGAIN: |stream_id| is created with positive |max_buf_size| and buf size
  6. //            which the remote side hasn't consumed yet excceeds the number.
  7. //  - EINVAL: |stream_id| is invalied or has been closed
  8. int StreamWrite(StreamId stream_id, const butil::IOBuf &message);

流控

当存在较多已发送但未接收的数据时，发送端的Write操作会立即失败(返回EAGAIN）， 这时候可以通过同步或异步的方式等待对端消费掉数据。

  1. // Wait util the pending buffer size is less than |max_buf_size| or error occurs
  2. // Returns 0 on success, errno otherwise
  3. // Errno:
  4. //  - ETIMEDOUT: when |due_time| is not NULL and time expired this
  5. //  - EINVAL: the Stream was close during waiting
  6. int StreamWait(StreamId stream_id, const timespec* due_time);
  8. // Async wait
  9. void StreamWait(StreamId stream_id, const timespec *due_time,
  10.                 void (*on_writable)(StreamId stream_id, void* arg, int error_code),
  11.                 void *arg);

关闭Stream

  1. // Close |stream_id|, after this function is called:
  2. //  - All the following |StreamWrite| would fail
  3. //  - |StreamWait| wakes up immediately.
  4. //  - Both sides |on_closed| would be notifed after all the pending buffers have
  5. //    been received
  6. // This function could be called multiple times without side-effects
  7. int StreamClose(StreamId stream_id);

修改于 2023年5月16日: add security bug fix pages (#148) (a29da9f)