01-gRPC简介

0.1. RPC框架原理

RPC框架的目标就是让远程服务调用更加简单、透明，RPC框架负责屏蔽底层的传输方式（TCP或者UDP）、序列化方式（XML/JSON/二进制）和通信细节。服务调用者可以像调用本地接口一样调用远程的服务提供者，而不需要关心底层通信细节和调用过程。

RPC框架的调用原理图如下所示：

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0.2. 主流的RPC框架

业界主流的RPC框架整体上分为三类：

  1. 支持多语言的RPC框架：Google的gRPC和Apache（Facebook）的Thrift
  2. 只支持特定语言的RPC框架：新浪微博的Motan
  3. 支持服务治理等服务化特性的分布式服务框架，其底层内核仍然是RPC框架：阿里的Dubbo

随着微服务的发展，基于语言中立性原则构建微服务，逐渐成为一种主流模式，例如:

  • 对于后端并发处理要求高的微服务，比较适合采用Go语言构建
  • 对于前端的Web界面，则更适合Java和JavaScript

因此，基于多语言的RPC框架来构建微服务，是一种比较好的技术选择。

例如Netflix的API服务编排层和后端的微服务之间就采用gRPC进行通信。

0.3. gRPC简介

本文档介绍gRPC和protocol buffers，gRPC可以使用protocol buffers作为其接口定义语言（Interface Definition Language，IDL）和其基础消息交换格式。

在gRPC中，客户端应用程序可以直接调用不同计算机上的应用程序中的方法，就像它是本地对象一样，可以更轻松地创建分布式应用程序和服务。与许多RPC系统一样，gRPC基于定义服务的思想，指定可以使用其参数和返回类型的远程调用方法。

  • 在服务端，服务器实现此接口并运行gRPC服务器来处理客户端调用
  • 在客户端，客户端有一个存根（在某些语言中称为客户端），它提供与服务器相同的方法

gRPC的调用示例如下所示：

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gRPC客户端和服务端可以在各种环境中相互运行和通信（从Google内部的服务器到桌面应用），并且可以使用任何gRPC支持的语言编写。因此，可以使用Go，Python或Ruby轻松创建gRPC客户端与使用Java编写的gRPC服务端通信。此外，最新的Google API将具有gRPC版本的接口，可以轻松地在编写的应用程序中构建Google提供的功能和服务。

0.4. gRPC特点

  1. 语言中立，支持多种语言；
  2. 基于IDL文件定义服务，通过protoc工具生成指定语言的数据结构、服务端接口以及客户端Stub；
  3. 通信协议基于标准的HTTP/2设计，支持双向流、消息头压缩、单TCP的多路复用、服务端推送等特性，这些特性使得gRPC在移动端设备上更加省电和节省网络流量；
  4. 序列化支持PB（ProtocolBuffer）和JSON，PB是一种语言无关的高性能序列化框架，基于HTTP/2 + PB，保障了RPC调用的高性能。

0.5. 使用Protocol Buffers

默认情况下，gRPC使用protocol buffers，这是Google成熟的开源机制，用于序列化结构化数据（尽管它可以与其他数据格式，如JSON一起使用）。

使用protocol buffers的第一步是，定义要在.proto文件中序列化的数据的结构（这是一个扩展名为.proto的普通文本文件）。

protocol buffers中的数据被构造为消息，其中每个消息是包含一系列称为字段的键值的逻辑记录。这是一个简单的例子：

message Person {
  string name = 1;
  int32 id = 2;
  bool has_ponycopter = 3;
}

一旦指定了数据结构，就可以使用protocol buffers编译器protoc从原型定义生成首选语言的数据访问类:

  1. 为每个字段提供了简单的访问器，如name()和set_name()

  2. 将整个结构序列化为原始字节的方法

    例如，如果选择的语言是C++，则运行编译器，上面的例子将生成一个名为Person的类。然后，可以在应用程序中使用此类来填充，序列化和检索Person protocol buffers消息。

正如将在示例中更详细地看到的那样，可以在普通的proto文件中定义gRPC服务，并将RPC方法参数和返回类型指定为protocol buffers消息：

// 服务定义
service Greeter {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) ;
}

// 请求消息
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// 响应消息
message HelloReply {
  string message = 1;
}

gRPC还可以使用带有特殊gRPC插件的protoc来生成proto文件中的代码。如果，使用gRPC插件，将获得生成的gRPC客户端和服务端代码，以及用于填充，序列化和检索消息类型的常规protocol buffers代码。

可以在Protocol Buffers文档中找到有关protocol buffers的更多信息，并了解如何使用所选语言的快速入门来获取和安装带有gRPC插件的protoc。

0.6. protocol buffers的版本

虽然在很早之前，protocol buffers已经可供开源用户使用，但在示例中使用了一种新的protocol buffers，称为proto3，它具有略微简化的语法，一些有用的新功能，并支持更多语言。

目前提供Java，C++，Python，Objective-C，C＃，lite-runtime（Android Java），Ruby和JavaScript，都来自protocol buffers GitHub repo，以及来自golang/protobuf GitHub的Go语言生成器，还有更多语言在开发中。

可以在proto3语言指南和每种语言的参考文档中找到更多信息，参考文档还包括.proto文件格式的正式规范。

通常，虽然可以使用proto2（当前的默认protocol buffers版本），但建议将proto3与gRPC一起使用，因为它允许使用全系列的gRPC支持的语言，以及避免与proto2客户端与proto3服务端通信时的兼容性问题，反之亦然。

上次修改: 14 April 2020