SOFA
Scalable Open Financial Architecture
是蚂蚁金服自主研发的金融级分布式中间件，包含了构建金融级云原生架构所需的各个组件，是在金融场景里锤炼出来的最佳实践。本文为《剖析 | SOFARPC 框架》第十二篇，作者鸥波。
《剖析 | SOFARPC 框架》系列由 SOFA 团队和源码爱好者们出品，
项目代号：，官方目录目前已经全部认领完毕，文末提供了已完成的文章目录。
前言
随着 TIOBE 10月份的编程语言排行的发布，C++ 重回第三的位置，新兴的 Swift 和 Go 表现出强劲的上升趋势。虽然目前 Java 的领头位置尚未出现有力挑战，我们希望能够在基础设施的建设上预留跨语言的可扩展设计。同时，跨语言的挑战也是工程实际面临的现状，蚂蚁内部如 AI、IoT，算法等缺少 JVM 原生支持的领域，往往不可避免地需要涉及到跨语言调用的问题。
本文将为大家介绍 基于 SOFARPC 的微服务应用在面临跨语言调用时的方案和实现。
总体设计
经过前面几篇对 SOFARPC 的 BOLT 协议和序列化这些的介绍，相信大家已经对 RPC 有了一些理解，提到跨语言，我们会首先想到其他语言调用 Java，Java 调用其他语言，那么这里的跨，体现在代码上，到底跨在哪里？
从跨语言的实现上来说，主要解决两个方面的问题：
- 跨语言的通讯协议和序列化协议
- 跨语言服务发现
另外从跨语言的落地来说，还得解决一个平滑兼容的问题。
业界常见的做法是一般是通过 DNS 和 HTTP 来解决跨语言的问题，但是在内部已经有完善技术栈体系的情况下，直接切换一个新的方案显然是不合适的，所以蚂蚁内部是在已有的技术体系基础上进行改进。
蚂蚁内部使用的通讯协议是 Bolt，序列化协议是 Hessian。我们知道，服务端和客户端在请求和返回之间携带的结构化的业务数据，需要在传输到达对端后，被本地的语言能够易于解析消费。由于语言本身特性的差异，同一对象的在序列化和反序列化的转换后，结构可能有差异，但是需要保证其转换操作是可逆的。以上这点Hessian做的不是很好，其跨语言的兼容性不能满足跨语言的需求，所以另外一个可行的方案就是就是选择其它基于 IDL 的序列化协议，例如 Protobuf。
现成的服务注册中心一般都有一些多语言解决方案，像 Zookeeper、SOFARegistry、Consul、etcd 等都有多语言客户端，所以服务发现这块问题不算太大。
例如下面就是一个基于注册中心 + Bolt协议 + Protobuf 序列化的设计图
通讯协议和序列化协议
通讯协议只要跨语言各方约定清楚，大家安装约定实现即可，而序列化协议则需要较多的考量。
序列化的协议选择列出一些考虑要点：
- 是否采用具备自我描述能力的序列化方案，如不需要借助一些 schema 或者接口描述文件。
- 是否为语言无关的，包括脚本语言在内。
- 是否压缩比例足够小，满足网络传输场景的要求。
- 是否序列化和反序列化的性能均足够优秀。
- 是否向前/向后兼容，能够处理传输对象的新增属性在服务端和客户端版本不一致的情况。
- 是否支持加密、签名、压缩以及扩展的上下文。
1、JSON Over HTTP
首先，说到跨语言，序列化支持，肯定有同学会问，为什么不直接通过 Http的Json来搞定呢？
虽然得益于JSON和HTTP在各个语言的广泛支持，在多语言场景下改造支持非常便捷，能够低成本的解决网络通讯和序列化的问题。服务发现的过程则可以使用最简单的固定URL（协议+域名+端口+路径）的形式，负载均衡依赖于F5或者LVS等实现。
但是这个方案的有明显的局限性：
- HTTP 作为无状态的应用层协议，在性能上相比基于传输层协议（TCP）的方案处于劣势。HTTP/1.1后可以通过设置keep-alive使用长连接，可以一定程度上规避建立连接的时间损耗；然而最大的问题是，客户端线程采用了 request-response 的模式，在发送了 request 之后被阻塞，直到拿到 response 之后才能继续发送。这一问题直到 HTTP/2.0 才被解决。
- JSON 是基于明文的序列化，较二进制的序列化方案，其序列化的结果可读性强，但是压缩率和性能仍有差距，这种对于互联网高并发业务场景下，意味着硬件成本的提升。
对于网络变化的响应。订阅端处理不够强大。
2、Hessian Over BOLT
在否决了上一个方案后，我们继续看，蚂蚁内部，最开始的时候，SOFARPC 还没有支持 Protobuf 作为序列化方式，当时为了跨语言，NodeJs的同学已经在此基础上，用 js 重写了一个 hessian 的版本，完成了序列化。也已经在线上平稳运行。但是当我们要扩展给其他语言的时候，重写 hessian 的成本太高。而且 Java语言提供的接口和参数信息，其他语言也需要自己理解一遍，对应地转换成自己的语言对象。因此该方案在特定场景下是可行的。但不具备推广至其他语言的优势。
Node的实现版本可以参考：https://github.com/alipay/sofa-rpc-node
3、Protobuf Over BOLT
Protobuf 基于 IDL，本身具备平台无关、跨语言的特性，是一个理想的序列化方案。但是需要先编写proto文件，结构化地描述传输的业务对象，并生成中间代码。
由于要重点介绍一下这种方案，因此再次回顾一下 SOFABolt 的协议规范部分，便于后面的解释。
对于现有的通信协议，我们改进时，将 content 部分存储为入参对象和返回值，他们都是 pb 序列化之后的值。这样将直接对接到现在的协议上。又利用了 BOLT 的通信协议。
以下描述了跨语言中对 Protobuf协议的使用：
首先我们看 header 部分，是简单的扁平化的 KV。默认会增加以下三个 Entry：
我们再看 body 部分，根据 Protobuf 的实现，所有被序列化的对象均实现了 MessageLite 接口，然而由于多个 Classloader 存在的可能，代码上为了避免强转 MessageList 接口的失败，并未直接调用 toByteArray 方法，而是通过反射机制调用 toByteArray 获得 byte 数组。
针对 SofaRequest 这个 RPC 中的传输对象，由于 Protobuf 仅支持对于单个对象的序列化，因此 SofaRequest 类型的对象进行序列化，实际支持的是 SofaRequest#methodArgs 数组中的首个元素对象进行的序列化，也就是说目前我们仅支持一个入参对象。
针对 SofaResponse 这个响应对象，当出现框架异常或者返回对象是一个 Throwable 代表的业务异常时，直接将错误消息字符串序列化；并在响应头中设置 sofa_head_response_error=true，其他情况才序列化业务返回对象。这样可以避免比如 Java 语言的错误栈，由于含有 一些线程类和异常类，其他语言是无法解析的。
反序列化的过程稍复杂一些，上游调用传入 SofaRequest/SofaResponse 的实例，先要在空白的 SofaRequest 对象中填入前文中在 header 反序列化中的解析的头部信息，接着根据 Header 中接口+方法名找到等待反序列化对象的 class，并借助反射调用 parseFrom 接口生成对象，成为 SofaRequest#MethodArgs 的首个元素对象。
4、Others Over BOLT
在上一个方案的基础上，我们也可以支持更多的语言，对 JSON、Kyro 的支持也分别处于开发和规划中。 JSON 的支持已经开发完成待合并。这里不再做过多说明。
服务发现
跨语言各方约定了通讯协议和序列化协议后，就可以完成各自的服务端和客户端实现，跨语言已经能完成点对点的调用了。但在实际的线上场景下，我们还是需要通过注册中心等服务发现的形式，来保证跨语言调用的可用性。目前，有两种可选的方案。
1、各语言对接注册中心
对于服务发现，前面说到的最早进行跨语言的 NodeJs 实现了对接 SOFARegistry 的能力。直接通过对 Java 原生序列化和一些 hessian 的重写，来操作完成了。在蚂蚁内部，这种方案在只有 Node 的情况下是可以的，但是更通用的场景下。如果我们有了新的注册中心，要对接更多的注册中心，其他语言在语言表达上的差异性，使得这种方案很难推广到其他项目。NodeJs 版本的 hessian：https://github.com/alipay/sofa-hessian-node
2、各语言对接SOFAMosn
由于每个语言都去对接对接中心存在一定的难度，也不具备可推广性，而在蚂蚁内部，我们已经在一些跨语言的场景下，运行 SOFAMosn，通过 SOFAMosn，我们对接了站内的注册中心，其他的语言，仅需要将自己需要订阅和发布的信息，通过 Http 的接口形式，通知 SOFAMosn，SOFAMosn 将会将这些信息和注册中心进行注册和订阅，并维持地址信息。
这样对于其他语言来说，仅需要非常简单的 json请求，就完成了跨语言的服务注册和订阅。后续新注册中心的对接等等。其他语言都不再需要理解。相关的 SDK 我们已经开发并实现完成。对于 SOFAMosn 的更多介绍，可以参看 SOFAMosn 官网：
当然如果你并不需要进行服务寻址，或者能够接受硬负载或者固定 IP的调用方式。也可以直接使用。
参考资料
SOFA 微服务多语言演进
SOFARPC 框架之总体设计与扩展机制
蚂蚁通信框架实践
JVM Serializers :
https://github.com/eishay/jvm-serializers/wiki
结语
至此，我们介绍了 SOFARPC 中对于 Protobuf 的跨语言实现，并介绍了一些 NodeJs 对跨语言的支持，最后介绍了我们用 SOFAMosn 实现通用的服务发现。
在大多数场景下，我们更推荐是使用 SOFAMosn 来做服务寻址，这样之后 Mosn 层面的一些限流熔断，也可以在多语言上进行使用。
而对一些场景比较简单，能够容忍固定 IP 调用，或者使用硬件负载均衡设备的。也可以直接使用各个跨语言客户端，进行直接开发调用。
相关链接
SOFA 文档: http://www.sofastack.tech/
SOFA: https://github.com/alipay
SOFARPC: https://github.com/alipay/sofa-rpc
SOFABolt: https://github.com/alipay/sofa-bolt
SOFAMosn: https://github.com/alipay/sofa-mosn
