【引子】
在英語裡，thrift是個名詞，表示的是“節儉、節約”，給個例句會印象更深些：
Farmers know a lot about value and thrift。（譯：農場主深諳價值與節儉之道。）
然而，這篇文章並非是一篇英語學習教程，而是要和大家介紹計算機技術裡一款著名的通訊框架 – thrift框架。
好，現在有請thrift登場。
【thrift是什麼】
thrift的全名叫做Apache thrift，是一款軟體開發RPC框架，可以很高效地實現跨語言的RPC服務。
如果你還不瞭解RPC是什麼，趕快看看這裡。
如果想參觀參觀thrift的官方網站，請點選這裡。
【thrift生於何地】
thrift最初生於Facebook，並茁壯成長，在2007年由Facebook正式開源出來，2008年由Apache軟體基金會開始負責專案孵化直至今日。
【還有哪些RPC框架】
protobuf、Avro、MessagePack等，如果你有興趣，可以搜尋一下他們，也有利於你更好的瞭解RPC這個領域的發展情況。
【下載thrift】
目前的最新版本是thrift-0.9.1
【安裝thrift】
首先建議你安裝如下這些軟體包：
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automake libtool flex bison pkgconfig gcc-c++ boost-devel libevent-devel zlib-devel python-devel ruby-devel |
然後從官網下載thrift原始碼包，並進行編譯連結：
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./configure –-prefix=/your/program/path/ --enable-libtool-lock make make install |
安裝完成後，你會看到thrift其實包含了三部分：一個bin程式、一坨標頭檔案和若干庫檔案
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#小知識 ls使用-F選項的話，檔案列表中會用符號表示檔案屬性， #如*表示可執行檔案，@表示軟連線，/表示資料夾 [rocrocket@li218-69 thrift]$ ls -1F bin thrift* [rocrocket@li218-69 thrift]$ ls -1F lib libthrift-0.9.1.so* libthrift.a libthrift.la* libthriftnb-0.9.1.so* libthriftnb.a libthriftnb.la* libthriftnb.so@ libthrift.so@ libthriftz-0.9.1.so* libthriftz.a libthriftz.la* libthriftz.so@ pkgconfig/ [rocrocket@li218-69 thrift]$ ls -1F include/thrift/ async/ concurrency/ config.h cxxfunctional.h processor/ protocol/ qt/ server/ TApplicationException.h TDispatchProcessor.h thrift-config.h Thrift.h TLogging.h TProcessor.h transport/ TReflectionLocal.h |
【為什麼需要thrift】
如果你之前沒有接觸過RPC框架的話，可能理解起來會比較困難。為了照顧這些新使用者的感受，我嘗試著用一種好理解的思路來解釋：
研發工程師小吳接到了一個新任務，給“托福考試成績資料庫”增加一個“成績查詢”的功能，客戶端提供“使用者ID”向伺服器端發起查詢請求，伺服器端接到查詢請求後從資料庫中取回此使用者ID對應的姓名和成績，並返回給客戶端。
就是這樣一個簡單的Client-Server通訊過程，其實就形成了一個典型的RPC場景。伺服器端提供“成績查詢服務”，客戶端會通過約定的方法來查詢成績。
小吳設計的方法呼叫和資料傳輸是這樣的：
thrift example
通過上圖可以看到，伺服器端處於監聽狀態（等待請求的到來），客戶端發起一個名為Search的動作，引數是使用者ID，而這個動作的返回是一個結構體struct UserGradeInfo，其中包含了使用者的名字（UserName)和使用者的成績（UserGrade）。
設計做完了，小吳要開始編碼了。如果按照“手工作坊”的思路，小吳至少需要完成如下幾個方面：
（1）“客戶端向伺服器端傳送資料”的程式碼
（2）“客戶端接收伺服器端查詢結果”的程式碼
（3）“伺服器端接收客戶端資料”的程式碼
（4）“伺服器端向客戶端傳送查詢結果”的程式碼
（5）如果客戶端會大批量發起查詢，那可能還需要考慮改成多執行緒模型或非同步模型
（6）而且還有可能因為某種原因，要求客戶端和伺服器端使用不同的語言進行開發
照此思路，小吳至少要3周時間來開發和自測。（時間很長，對吧）
但，自從thrift出現後（更準確的說，是自從RPC開發框架出現後），上述工作量被大大簡化了。我們只要呼叫一個thrift工具就可以自動生成上述的所有程式碼，即便伺服器端和客戶端使用不同的語言，thrift也照樣支援。
至此，我相信你應該大概理解thrift能幫我們做什麼了吧。
【thrift到底怎麼用】
依然拿上面的“成績資料庫”的例子來說，thrift的使用可以被分為四步：
第1步： 明確要互動的資料格式（如上例中的UserGradeInfo）和具體的方法（如上例中的Search），定義出thrift介面描述檔案（英文叫做Inteface Description File）；
第2步： 呼叫thrift工具，依據thrift介面檔案，生成RPC程式碼；
第3步： 你的伺服器端程式引用thrift生成的RPC程式碼，並實現其中的Search動作的邏輯，然後啟動監聽，等待客戶端發來請求。
第4步： 客戶端同樣引入並呼叫RPC程式碼來與伺服器端通訊；
（如果你覺得這樣描述太空虛，別急，稍後會有完整的例子）
【thrift介面描述檔案怎麼編寫】
如果你是學院派，那麼我推薦你研究thrift IDL（Interface Definition Language）規範，在這裡。雖然有些晦澀，但你可以從中瞭解到一個介面檔案可以如何來寫。
在編寫介面檔案時，需要對你要傳輸的資料設定資料型別，比如UserName是字串型，UserGrade是整型等。因為thrift是支援眾多開發語言的，所以thrift提供了一套自己的資料型別編寫規範，只有用這套獨立於任何語言的型別規範來編寫介面檔案，thrift才能把它轉換成你指定的那種開發語言的程式碼。
thrift中的型別包括基礎型別、結構、容器、異常、服務等幾個部分。（官網中有專門介紹資料型別的頁面，在這裡）
【型別 之 基礎型別】
基礎型別，其實非常簡單和明確：
（1）bool：布林型別（true或false）
（2）byte：8位有符號整數
（3）i16：16位有符號整數
（4）i32：32位有符號整數
（5）i64：64位有符號整數
（6）double：64位浮點數
（7）string：文字字串，使用UTF-8編碼
（有些細心的同學會詢問“為什麼不支援無符號整數型別呢？”，這是因為在很多開發語言中並沒有原生的無符號整型。）
【型別 之 容器】
thrift容器包括了各種語言中最常用的容器，共三種：
（1）list容器：一個元素可重複的有序列表。會被轉換成C++中的vector，Java中的ArrayList，指令碼語言中的陣列等。
（2）set容器：一個元素不可重複的無序集合。會轉換成C++中的set，Java中的HashSet、Python中的Set等。（熟悉PHP的同學可能會問“PHP並不支援set型別，怎麼辦”，在PHP語言中，thrift會將set容器轉換成List。）
（3）map容器：一個含有多個key:value鍵值對的結構。會被轉換成C++中的map，Java中的HashMap，PHP中的關聯陣列，Python/Ruby中的dictionary等。
對於上述三種容器，其元素的型別原則上可以是任何一種thrift型別。但是值得注意的是，map的key型別需要是基礎型別，因為很多開發語言並不支援map的key型別為複雜資料型別。
【型別 之 結構體】
結構體型別，在形式上和C/C++中的結構體型別非常相似，就是一坨型別的組合，比如上文圖中的UserGradeInfo便是一個thrift結構體型別。
thrift介面檔案中的結構體型別，都會被轉換成一個獨立的類（Class）。類的屬性便是結構體中的各個型別，而類的方法便是對這些型別進行處理的相關函式。
我們來看一個結構體定義的例子：
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struct UserGradeInfo { 1: required string UserName = "Anonymous"; 2: required i16 UserGrade = 0; } |
可以看到，結構體中每一個域都有一個正整數識別符號，這個識別符號並不要求連續，但一旦定義，不建議再進行修改。
另外，每個域前都會有required或optional的限定，前者表示是必填域，後者則表示是可選域。域是可以有預設值的，比如上例中的“Anonymous”和0。
（1）如果一個域設定了required，但是在實際構造結構體時又沒有給這個域賦值，那麼thrift會認為這是一個異常。
（2）如果一個域設定為optional且在構造結構體時沒有給這個域賦值，那麼在使用這個結構體時，就會忽略掉這個optional的域。
【型別 之 異常】
除了使用exception來替代struct以外，“異常”這個型別，在語法上和剛才介紹過的結構體的用法是完全一致的。但是從語義上講，exception和struct卻大相徑庭。exception是在遠端呼叫發生異常時用來丟擲異常用的。
【型別 之 服務】
服務的定義，與物件導向技術中定義一個介面很類似，而這些介面其實就是純虛擬函式。thrift編譯工具會根據服務的定義來產生相應的方法和函式。
每個服務，都包括了若干個函式，每個函式包括了若干引數和一個返回值（返回值可以是void）。
（小技巧：返回值為void的函式，你可以在函式名前加上oneway識別符號，將此函式以非同步模式執行，這樣在呼叫此函式後，函式會立即返回。）
對於返回void的函式，thrift仍然會確保函式返回，這樣就表示這個函式已被正確執行，且伺服器端已有返回資訊了。但是如果給void的函式前加上oneway，那麼此函式的返回只能表示資料已經進入傳輸層，並不能表示伺服器端已經收到並返回了資料。
【我們來看一個thrift介面描述檔案的例子吧】
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# 例子 - thrift介面描述檔案 # # 編寫這個檔案是為了教會你如何寫thrift介面描述檔案。 # 第一個你應該掌握的知識點就是.thrift檔案 # 支援shell的註釋方式，那就是用#符號。 /** * 我們首先來複習一下thrift的常用資料型別，如下所示： * * bool 布林型，1個位元組 * byte 有符號整數，1個位元組 * i16 有符號16位整型 * i32 有符號32位整型 * i64 有符號64位整型 * double 64位浮點數值 * string 字串型別 * binary 二進位制資料型別（位元組陣列） * list 單型別有序列表，允許有重複元素 * set 單型別無需集合，不允許有重複元素 * map<t1,t2> Map型（key:value） * * 你發現了麼，.thrift檔案還支援C語言的多行註釋形式。 */ // 不賣關子了，其實我們還支援C語言的單行註釋形式呢 ^_^ /** * .thrift檔案可以引用其他.thrift檔案，這樣就可以方便地把一些公共結構和服務囊括進來。 * 在引用其他.thrift檔案時，既可以直接引用當前資料夾下的檔案，也可以引用其他路徑下的 * 檔案，但後者需要在thrift編譯工具編譯時加上-I選項來設定路徑。 * * 如果希望訪問被包含的.thrift檔案中的內容，則需要使用.thrift檔案的檔名作為字首， * 比如shared.SharedObject。我們在本例中引用了檔案shared.thrift。 */ include "shared.thrift" /** * Thrift支援對.thrift檔案中的型別設定namespace，這樣可以有效避免名字衝突。 * 這種機制在C++中也叫做namespace，而在Java中叫做Package。 * thrift支援針對不同的語言設定不同的namespace，比如下面的例子。 * thrift會在生成不同語言程式碼時，進行相應的設定。 */ namespace cpp tutorial namespace go tutorial namespace java tutorial namespace php tutorial namespace perl tutorial /** * thrift還可以使用typedef來給型別起別名。 */ typedef i32 MyInteger /** * Thrift也支援定義常量。 * 對於結構複雜的常量，支援使用JSON形式來表示。 */ const i32 MY_NUM = 9853 const map<string,string> MY_MAP = {'hello':'world', 'goodnight':'moon'} /** * 你還可以定義列舉型別, 其被指定為32位整型。域的值是可以自定義的，而且 * 當不提供域的值時，預設會從1開始編號並遞增。 */ enum Operation { ADD = 1, SUBTRACT = 2, MULTIPLY = 3, DIVIDE = 4 } /** * 結構體則是一個複雜的資料型別。它由多個域組成，每個域會對應一個整數識別符號， * 每一行的格式為：一個冒號，一個型別，一個域名稱和一個（非必填的）預設值。 * * 每個域都可以設定為optional或required來表示是否為必填域，以便thrift決定是否 * 在資料傳輸時要包含這個域。不指定時，預設為required。 */ struct Work { 1: i32 num1 = 0, 2: i32 num2, 3: Operation op, 4: optional string comment, } /** * 在語法上，異常的定義方式和結構體是完全一樣的。在發生問題時，可以丟擲異常。 */ exception InvalidOperation { 1: i32 what, 2: string why } /** * 啊哈，我們現在到了最Cool的環節，即定義服務。 * （一個服務可以使用extends來繼承另一個服務。） */ service Calculator extends shared.SharedService { /** * 服務中方法的定義非常類似於C語言的語法。它會包括一個返回值， * 一個引數列表以及一個可以丟擲的異常列表（可選） * 可以提前告訴大家的是，定義引數列表的方法、定義異常列表的方法， * 和定義結構體的方法都是相似的，可以從下面的例子中看出。 * 除了最後一個方法，其他的方法最後都要有一個逗號，大家可不要忽略這個細節。 */ void ping(), i32 add(1:i32 num1, 2:i32 num2), /** * 在異常列表前，需要加throws關鍵字。 */ i32 calculate(1:i32 logid, 2:Work w) throws (1:InvalidOperation ouch), /** * 如下的這個方法有一個oneway修飾符，還記得他的作用麼 * 這表示這個方法在呼叫後會立即返回，不會等待遠端的回覆。 * 要注意的是，oneway只能修飾void返回型別。 * oneway在英語裡就是“單向”的意思，還是很形象滴。 */ oneway void zip() } /** * 在你使用thrift編譯工具編譯此檔案後， * 會在當前目錄產生一個“gen-<你選擇的開發語言>” * 資料夾，比如你選擇的是C++語言，則會產生gen-cpp資料夾， * 裡面放著的便是thrift幫你生成好的程式碼， * 程式碼並不那麼晦澀，你可以開啟看一看。 */ |
【使用thrift編譯工具】
在我們編寫好thrift介面描述檔案之後，thrift編譯工具就要派上用場了，它的作用就是根據thrift介面描述檔案來生成相應開發語言的RPC程式碼，以便使用者可以在自己的程式中呼叫。
thrift編譯工具的名稱就是thrift，其最常見的使用方式是這樣的：
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thrift --gen ${開發語言} ${thrift介面描述檔案} # 執行了上述命令之後，就會在當前資料夾下生成一個以“gen-${開發語言}”命名的資料夾， # 裡面便是自動生成的程式碼。 |
【thrift會自動生成哪些程式碼呢】
在編譯之後，thrift會生成這些檔案：（我們以mytime.thrift為例）
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$ cd gen-cpp $ ls -1 mytime_types.* mytime_types.cpp mytime_types.h # 和資料型別有關的內容，會命名為 # ${thrift_file_name}_types.h/${thrift_file_name}_types.cpp。 # 比如你使用typedef定義了型別別名， # 或者你定義了一個struct型別，都會在這兩個檔案中記錄。 # 對於struct型別，有必要多說一下，thrift會針對每一個struct型別 # 生成一個對應的類，類中會包括一個建構函式、一個解構函式、 # 域變數定義、用於設定域值的__set_XXX()方法、 # 過載比較符（==，!=，<）、設定讀寫此結構體的方法read/write， # 以及一個用於表示域是否設定了值的_${struct name}__isset結構體。 # 另外，還會有一個獨立定義的swap方法用來進行兩個結構體的值交換。 $ ls -1 mytime_constants.* mytime_constants.cpp mytime_constants.h # 和常量有關的內容，會命名為 # ${thrift_file_name}_constants.h/${thrift_file_name}_constants.cpp。 # 在.h標頭檔案中會有一個${thrift_file_name}Constants類， # 其中會包括一個顯式的建構函式，以及常量的域。 # 而在cpp檔案中則會在相應的建構函式中對這個常量進行賦值。 $ ls -1 myservice* myservice.cpp myservice.h myservice_server.skeleton.cpp # 針對每一個service會產生一套對應的檔案，命名為 # ${service_name}.cpp/${service_name}.h/${service_name}_server.skeleton.cpp， # 在${service_name}.h中會看到有若干個類，他們都是以服務名作為字首的， # 其中包括${service_name}If、${service_name}IfFactory、 # ${service_name}IfSingletonFactory、${service_name}Null、 # ${service_name}Client、${service_name}Processor、 # ${service_name}ProcessorFactory、${service_name}Multiface。 # 另外，thrift還會針對服務中的每一個具體的方法分別產生四個對應的類，即 # ${service_name}_${method}_args、${service_name}_${method}_pargs、 # ${service_name}_${method}_result、${service_name}_${method}_presult。 # 另外，${service_name}_server.skeleton.cpp是一個server的模板例子。 |
【一起用thrift來做個專案！】
從我的學習經驗來看，框架的學習路線是“瞭解應用場景 -> 瞭解用法 -> 看例子 -> 深入使用者 -> 自己寫例子”。我相信，如果你能和我一起走完這個例子，一定會消除對thrift的恐懼，愛上這款RPC框架的。
我們的例子很簡單，就是一個“時間問答”機器人，英文叫做WhatTime，客戶會向伺服器端詢問現在幾點啦，伺服器端會把現在的時間回答給客戶端。就像這樣：
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客戶端：請問，現在幾點啦？ 伺服器端：現在是上午10點01分。 |
我們會在伺服器端使用C++來實現，而在客戶端會使用C++語言來實現一版，還會使用最近很流行的Go語言實現一版。(Go語言可是未來可能撼動IT界的語言之一哦)
thrift介面描述檔案WhatTime.thrift：
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namespace cpp roctime service TimeService { i32 TellMeTime() } |
需要經過thrift編譯工具編譯：
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$ thrift --gen cpp WhatTime.thrift $ ls -1F gen-cpp/ WhatTime.thrift $ cd gen-cpp/ $ ls -1 TimeService.cpp TimeService.h TimeService_server.skeleton.cpp WhatTime_constants.cpp WhatTime_constants.h WhatTime_types.cpp WhatTime_types.h |
然後，我們把server的樣例檔案重新命名一下：
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$ mv TimeService_server.skeleton.cpp server.cpp |
我們將server.cpp中的TellMeTime方法做一些修改，加入報告時間的邏輯：
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int32_t TellMeTime() { // Your implementation goes here time_t now_time = time(NULL); return now_time; } |
好了，server.cpp完工，我們對server.cpp進行編譯連結：
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g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c TimeService.cpp g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c WhatTime_constants.cpp g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c WhatTime_types.cpp g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c server.cpp g++ -L /home/roc/program/thrift/lib/ TimeService.o WhatTime_constants.o WhatTime_types.o server.o -o server -lthrift |
如果提示找不到thrift動態連結庫，那就需要把thrift的lib路徑（如/home/roc/program/thrift/lib）加入到ld.so.conf中，然後執行ldconfig命令在重新將動態連結庫裝載到cache中。
然後就可以直接執行./server了，可以看到9090埠開啟，已經開始服務了。
下面，我們繼續編寫客戶端的程式碼。thrift並沒有給出客戶端的程式碼樣例，所以需要自己來開發。
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#include "TimeService.h" #include <thrift/transport/TSocket.h> #include <thrift/transport/TBufferTransports.h> #include <thrift/protocol/TBinaryProtocol.h> #include <iostream> using namespace std; using namespace apache::thrift; using namespace apache::thrift::protocol; using namespace apache::thrift::transport; using namespace roctime; int main(int argc, char *argv[]) { boost::shared_ptr<TSocket> socket(new TSocket("localhost", 9090)); boost::shared_ptr<TTransport> transport(new TBufferedTransport(socket)); boost::shared_ptr<TProtocol> protocol(new TBinaryProtocol(transport)); time_t mytime = 0; TimeServiceClient client(protocol); transport->open(); mytime = client.TellMeTime(); cout << "Now is " << ctime(&mytime) << endl; transport->close(); return 0; } |
開發完成後，我們對client進行編譯連結：
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g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c TimeService.cpp g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c WhatTime_constants.cpp g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c WhatTime_types.cpp g++ -I /home/roc/program/thrift/include -c client.cpp g++ -L /home/roc/program/thrift/lib/ TimeService.o WhatTime_constants.o WhatTime_types.o client.o -o client -lthrift |
好了，伺服器端程式server和客戶端程式client都生成好了，可以試著執行這個例子：
在一個終端執行伺服器端程式：
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$ ./server |
在另一個終端開啟客戶端程式：
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$ ./client Now is Fri Nov 1 12:14:06 2013 |
順利的話，你應該可以看到執行server的終端視窗會輸出“Now is Fri Nov 1 12:14:06 2013”啦！RPC通訊成功了！
至此，C++版本的客戶端和伺服器端都已經實現了。是不是並沒有那麼的難呢！下面，我們來看看Go語言的客戶端如何實現。
【Go語言版客戶端】
首先通過thrift來生成go的程式碼：
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$ thrift -gen go WhatTime.thrift |
會生成gen-go資料夾，進入其中，可以看到這裡面有什麼東東：
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$ cd gen-go/ $ ls -1F WhatTime/ |
在gen-go資料夾中，我們作如下的操作：
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#有人會問為什麼要搞個src資料夾呢，稍後你就會知道答案 $ mkdir src #將thrift自動生成的WhatTime資料夾移動到src中 $ mv WhatTime src/ #將當初原始碼安裝thrift時的資料夾（也就是tar.gz解包後的資料夾）中的lib/go/thrift拷貝到src中。 #拷貝過來的thrift資料夾中全都是.go檔案，這些便是thrift支援go語言的庫檔案，用於我們稍後編譯連結所用。 $ cp -r /path/to/source/thrift/lib/go/thrift/ . #都完成後，我們看看gen-go/src資料夾中的目錄結構 $ ls -1F thrift/ WhatTime/ #設定GOPATH全域性變數，以便Go語言能查詢到所需的包 #當我們設定了GOPATH之後，Go語言會預設在$GOPATH/src下來查詢相應的包， #這下你應該明白為什麼當初要建立這個src資料夾了吧。 #（畫外音：除了上述方法，Go語言還支援使用相對路徑來引用一個包。） export GOPATH="$GOPATH:/path/to/gen-go" #除此之外，你還要確保Go語言已經正確安裝，且PATH和GOROOT也已正確設定。 export PATH="/path/to/go_dir/bin:${PATH}" export GOROOT=""/path/to/go_dir" |
下一步，我們需要對$GOPATH/src/WhatTime中的constants.go、time_service.go和ttypes.go三個檔案做一下小的修改：
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我們將import區域中的 "git.apache.org/thrift.git/lib/go/thrift" 修改為 "thrift" 作如上修改的原因，其一是我們已經在本地準備好了支援thrift的go語言包， 其二是因為這樣可以避免在無法連線到網際網路的情況下，程式編譯失效。 |
說實話，Go語言的準備工作確實有些繁瑣，希望你還有耐心看最關鍵的內容，那就是編寫client.go的程式碼！
我們在src的同級目錄中來編寫，client.go的程式碼如下：
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package main import ( "fmt" "time" "thrift" "WhatTime" ) func handleClient(client *WhatTime.TimeServiceClient) (err error) { t,_ := client.TellMeTime() fmt.Println(time.Unix(int64(t), 0).String()) return nil } func runClient(transportFactory thrift.TTransportFactory, protocolFactory thrift.TProtocolFactory, addr string) error { var transport thrift.TTransport transport, err := thrift.NewTSocket(addr) if err != nil { fmt.Println("Error opening socket:", err) return err } transport = transportFactory.GetTransport(transport) defer transport.Close() if err := transport.Open(); err != nil { return err } return handleClient(WhatTime.NewTimeServiceClientFactory(transport, protocolFactory)) } func main() { var protocolFactory thrift.TProtocolFactory protocolFactory = thrift.NewTBinaryProtocolFactoryDefault() var transportFactory thrift.TTransportFactory transportFactory = thrift.NewTBufferedTransportFactory(1024) addr := "localhost:9090" if err := runClient(transportFactory, protocolFactory, addr); err != nil { fmt.Println("error running client:", err) } } |
然後進行編譯連結和執行：
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$ go build client.go $ ./client 2013-11-01 12:37:31 +0800 CST |
至此，我們的Go語言版本也大功告成了！
【結語】
如果你耐心地看到了這裡，說明你完成了thrift的入門。但是“紙上得來終覺淺，自己動手才是真”。
後面還會有Thrift進階篇，敬請期待。