跨语言服务的框架Apache Thrift

Apache Thrift简介

Apache Thrift 是一个用于构建可扩展且跨语言服务的框架。最初由 Facebook 开发，后来成为 Apache 软件基金会的一个项目。Thrift 提供了一种高效的接口定义语言（IDL）和数据序列化机制，使得在不同编程语言之间进行通信变得简单和高效。

核心特性

• 跨语言支持：Thrift 支持多种编程语言，包括但不限于 C++, Java, Python, PHP, Ruby, Erlang, Perl, Haskell, C#, Node.js 等。这使得 Thrift 非常适合构建需要跨越多种技术栈的分布式系统。
• 接口定义语言（IDL）：Thrift 提供了一种强类型的接口定义语言，用于定义数据类型和服务接口。开发者可以通过 Thrift IDL 定义服务接口，然后生成不同语言的代码。
• 高效的序列化机制：Thrift 提供了多种序列化协议（如二进制协议、压缩协议和 JSON 协议），可以根据需求选择合适的协议来优化性能和数据传输。
• 灵活的传输层：支持多种传输层，包括阻塞和非阻塞的 Socket 传输、HTTP 传输等。这使得 Thrift 可以适应不同的网络环境和应用需求。
• 支持同步和异步通信：Thrift 支持同步和异步的 RPC 调用，允许开发者根据应用的需求选择合适的通信模式。
• 服务扩展性：Thrift 允许服务接口的版本化和扩展，使得服务可以在不破坏现有客户端的情况下演变和扩展。

Thrift 的优点

• 高效的序列化：支持紧凑的二进制协议，数据传输效率高。
• 跨语言支持：使用 IDL 定义接口，支持多语言生成代码。
• 丰富的功能：内置数据序列化和 RPC 支持，开发分布式服务更简单。
• 灵活的传输和协议层：可根据需求选择不同的传输和协议。

应用场景

• 分布式系统：Thrift 非常适合用于构建分布式系统和微服务架构，特别是在需要不同语言之间通信的场景。
• 跨语言服务通信：在一个多语言的技术栈中，Thrift 可以用于实现不同语言的组件之间的高效通信。
• 高性能 RPC：Thrift 的高效序列化和传输协议使其成为实现高性能远程过程调用（RPC）的理想选择。
• 多平台应用：对于需要在不同平台（如移动设备、桌面应用和服务器）上运行的应用，Thrift 提供了一种统一的接口定义和通信机制。

与其他框架的比较

这些技术各有优缺点，选择时应根据具体需求和使用场景来进行权衡。Thrift 和 gRPC 适合需要完整 RPC 支持的场景，而 Protobuf 和 Avro 则主要用于高效的数据序列化。

Apache Thrift的实现逻辑

Thrift的架构

Thrift技术栈分层从下向上分别为：传输层(Transport Layer)、协议层(Protocol Layer)、处理(Processor Layer)和服务层(Server Layer)。

• 传输层(Transport Layer)：传输层负责直接从网络中读取和写入数据，它定义了具体的网络传输协议；比如说TCP/IP传输等。
• 协议层(Protocol Layer)：协议层定义了数据传输格式，负责网络传输数据的序列化和反序列化；比如说JSON、XML、二进制数据等。
• 处理层(Processor Layer)：处理层是由具体的IDL（接口描述语言）生成的，封装了具体的底层网络传输和序列化方式，并委托给用户实现的Handler进行处理。
• 服务层(Server Layer)：整合上述组件，提供具体的网络IO模型(单线程/多线程/事件驱动)，形成最终的服务。

Apache Thrift 是一个用于跨语言服务开发的框架，其核心组件主要包括以下几个部分：

• 接口定义语言（IDL）：Thrift 使用 IDL 来定义服务的接口和数据结构。开发者通过编写.thrift 文件来描述服务的接口、方法及其参数和返回类型。
• Thrift 编译器：Thrift 编译器是一个命令行工具，用于将.thrift 文件编译成目标语言的代码。编译器生成客户端和服务器端的存根代码，以及用于数据序列化和反序列化的代码。
• 协议（Protocol）：协议定义了数据的编码格式。Thrift 提供了多种协议实现，包括：
  • TBinaryProtocol：一种高效的二进制编码协议。
  • TCompactProtocol：一种更紧凑的二进制编码协议，适合对带宽敏感的场景。
  • TJSONProtocol：基于 JSON 的文本协议，便于调试和人类可读。
  • TSimpleJSONProtocol：仅支持 JSON 格式的输出，用于日志记录。
• 传输（Transport）：传输层负责数据在客户端和服务器之间的传输方式。Thrift 提供了多种传输实现，包括：
  • TSocket：基于阻塞的 TCP 传输。
  • TFramedTransport：用于无阻塞服务器的帧传输。
  • TMemoryTransport：用于内存中的数据传输，通常用于测试。
  • TZlibTransport：提供数据压缩功能。
• 服务器（Server）：服务器组件负责监听客户端请求并调用相应的服务处理方法。Thrift 提供了多种服务器模型以满足不同的并发和性能需求，包括：
  • TSimpleServer：简单的单线程服务器，适用于测试。
  • TThreadPoolServer：使用线程池的多线程服务器，适合生产环境。
  • TNonblockingServer：基于非阻塞 I/O 的服务器，适合高并发场景。
  • THsHaServer：半同步半异步服务器，结合了线程池和非阻塞 I/O。
• 服务处理器（Processor）：服务处理器负责将接收到的请求路由到具体的服务实现中。开发者需要实现由 Thrift 编译器生成的接口，以定义具体的业务逻辑。
• 客户端（Client）：客户端使用由 Thrift 编译器生成的客户端存根代码来与服务器进行交互。客户端代码负责将方法调用转换为网络请求，并处理服务器的响应。
• 异步支持：Thrift 支持异步调用模式，允许客户端在不阻塞的情况下发出请求，这在需要高并发和低延迟的应用场景中非常有用。

通过这些核心组件，Apache Thrift 提供了一个强大且灵活的框架，用于构建跨语言的分布式服务。

Apache Thrift的使用

在 Python 环境下使用 Apache Thrift 进行服务开发通常包括以下几个步骤。以下是一个简单的教程，帮助你快速入门：

安装 Apache Thrift

首先，你需要安装 Apache Thrift。可以通过包管理工具进行安装：pip install thrift

定义 Thrift 接口

创建一个 .thrift 文件，定义服务接口和数据结构。例如，创建一个名为 calculator.thrift 的文件：

namespace py tutorial

service Calculator {
  i32 add(1: i32 num1, 2: i32 num2),
  i32 subtract(1: i32 num1, 2: i32 num2),
}

生成 Python 代码

使用 Thrift 编译器生成 Python 代码。假设你的 Thrift 文件位于当前目录：

thrift --gen py calculator.thrift

这将在当前目录下生成一个 gen-py 文件夹，包含生成的 Python 代码。

实现服务器

创建一个 Python 脚本 server.py，实现服务器逻辑：

from thrift import Thrift
from thrift.protocol import TBinaryProtocol
from thrift.server import TSimpleServer
from thrift.transport import TSocket, TTransport

from gen-py.tutorial import Calculator


class CalculatorHandler:
    def add(self, num1, num2):
        print(f"Adding {num1} and {num2}")
        return num1 + num2

    def subtract(self, num1, num2):
        print(f"Subtracting {num2} from {num1}")
        return num1 - num2


if __name__ == "__main__":
    handler = CalculatorHandler()
    processor = Calculator.Processor(handler)
    transport = TSocket.TServerSocket(host='127.0.0.1', port=9090)
    tfactory = TTransport.TBufferedTransportFactory()
    pfactory = TBinaryProtocol.TBinaryProtocolFactory()

    server = TSimpleServer.TSimpleServer(processor, transport, tfactory, pfactory)
    print("Starting server...")
    server.serve()
    print("done.")

实现客户端

创建一个 Python 脚本 client.py，实现客户端逻辑：

from thrift import Thrift
from thrift.protocol import TBinaryProtocol
from thrift.transport import TSocket, TTransport

from gen-py.tutorial import Calculator


if __name__ == "__main__":
    try:
        # Make socket
        transport = TSocket.TSocket('127.0.0.1', 9090)

        # Buffering is critical. Raw sockets are very slow
        transport = TTransport.TBufferedTransport(transport)

        # Wrap in a protocol
        protocol = TBinaryProtocol.TBinaryProtocol(transport)

        # Create a client to use the protocol encoder
        client = Calculator.Client(protocol)

        # Connect!
        transport.open()

        sum_result = client.add(10, 20)
        print(f"10 + 20 = {sum_result}")

        diff_result = client.subtract(30, 10)
        print(f"30 - 10 = {diff_result}")

        # Close!
        transport.close()

    except Thrift.TException as tx:
        print(f"Thrift exception: {tx.message}")

运行服务器和客户端

• 在终端中，首先启动服务器：python server.py
• 然后在另一个终端中运行客户端：python client.py

你应该会看到客户端输出加法和减法的结果，同时服务器端会打印出接收到的请求信息。

通过以上步骤，你可以在 Python 环境中使用 Apache Thrift 实现简单的 RPC 服务。根据需要，你可以扩展服务的功能，或者使用其他传输协议和服务器类型。

参考链接：

• Apache Thrift – Home