从零构建高性能C++ RPC框架（手把手教你实现C++远程过程调用系统）

什么是RPC？

RPC（Remote Procedure Call）是一种协议，它让程序员可以像调用本地函数一样调用另一台机器上的服务。整个过程对开发者是透明的：你只需知道函数名和参数，无需关心网络传输、序列化等底层细节。

一个典型的RPC调用流程如下：

1. 客户端调用本地 stub（存根）函数；
2. stub 将函数名和参数打包（序列化）并通过网络发送给服务端；
3. 服务端接收请求，解析（反序列化）后调用实际函数；
4. 服务端将结果返回给客户端；
5. 客户端 stub 接收结果并返回给调用者。

我们的目标：实现一个简易C++ RPC框架

我们将使用以下技术栈：

• Socket 编程：用于网络通信；
• JSON 序列化：使用 nlohmann/json 简化参数打包；
• 函数注册表：通过 std::map 存储可调用函数；
• 多线程：服务端使用 std::thread 处理并发请求。

第一步：定义消息格式

我们使用 JSON 作为消息格式，结构如下：

{  "method": "add",  "params": [10, 20],  "id": "req_123"}

响应格式：

{  "result": 30,  "error": null,  "id": "req_123"}

第二步：服务端实现

首先，我们需要一个函数注册机制。使用 std::map 将函数名映射到可调用对象：

#include <unordered_map>#include <functional>#include <string>#include <nlohmann/json.hpp>using json = nlohmann::json;// 函数签名：接收 json 参数，返回 json 结果using RpcHandler = std::function<json(const json&)>;class RpcServer {public:    void registerMethod(const std::string& name, RpcHandler handler) {        methods_[name] = handler;    }    // 启动服务器（简化版）    void start(int port);private:    std::unordered_map<std::string, RpcHandler> methods_;};

接下来实现一个简单的加法函数并注册：

json addHandler(const json& params) {    int a = params[0];    int b = params[1];    return json{ {"result", a + b} };}// 注册RpcServer server;server.registerMethod("add", addHandler);

第三步：客户端实现

客户端需要封装调用逻辑，隐藏网络细节：

class RpcClient {public:    RpcClient(const std::string& host, int port);    json call(const std::string& method, const json& params) {        json request = {            {"method", method},            {"params", params},            {"id", generateId()}        };        // 发送 request 到服务器        sendRequest(request.dump());        // 接收响应        std::string responseStr = receiveResponse();        json response = json::parse(responseStr);        if (response.contains("error") && !response["error"].is_null()) {            throw std::runtime_error("RPC error: " + response["error"].get<std::string>());        }        return response["result"];    }private:    std::string generateId();    void sendRequest(const std::string& data);    std::string receiveResponse();};

第四步：整合与测试

现在我们可以写一个完整的测试程序：

// 服务端 mainint main() {    RpcServer server;    server.registerMethod("add", [](const json& p) {        return json{{"result", p[0].get<int>() + p[1].get<int>()}};    });    server.start(8080);    return 0;}// 客户端调用int main() {    RpcClient client("127.0.0.1", 8080);    json result = client.call("add", json::array({10, 20}));    std::cout << "Result: " << result.get<int>() << std::endl; // 输出 30    return 0;}

优化方向

这个简易框架已经能工作，但生产级系统还需考虑：

• 使用 Protobuf 或 MessagePack 替代 JSON 提升性能；
• 支持异步调用和超时控制；
• 连接池与负载均衡；
• 服务发现与注册中心集成。

总结

通过本教程，你已经掌握了如何从零实现一个基于 C++ RPC框架实现 的基础系统。这不仅加深了你对 C++远程过程调用 机制的理解，也为构建更复杂的 高性能C++网络通信 系统打下了坚实基础。虽然我们实现的是简化版，但核心思想与 gRPC、Thrift 等工业级框架一致。

希望这篇教程能激发你对分布式系统底层原理的兴趣。下一步，你可以尝试为这个框架添加更多特性，比如 TLS 加密、流式传输或 IDL 支持，从而打造属于你自己的 自定义RPC系统！