gRPC 的概念

gRPC 是一個高性能、通用的開源 RPC 框架,是一個由 Google 主導(dǎo)開發(fā)的 RPC 框架。其以 HTTP/2 為基礎(chǔ)通信協(xié)議,支持多種語言,通過 protocol buffers 數(shù)據(jù)格式來實(shí)現(xiàn)服務(wù)之間的調(diào)用。

gRPC 使用 protocol buffers 來實(shí)現(xiàn)服務(wù)定義和數(shù)據(jù)序列化。Protocol buffers 是由 Google 開發(fā)的數(shù)據(jù)描述語言,跨平臺、跨語言支持良好,性能好、版本兼容性高。

gRPC 框架包含了服務(wù)端和客戶端兩部分。服務(wù)端實(shí)現(xiàn) gRPC 服務(wù)接口,客戶端通過 stub 來調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)。

gRPC 的優(yōu)勢

• 基于 HTTP/2 設(shè)計,性能高,可擴(kuò)展性強(qiáng)
• 支持流式傳輸,低延遲
• 支持跨語言調(diào)用
• 支持雙向流式通信
• 支持服務(wù)發(fā)現(xiàn)及負(fù)載均衡
• Protobuf 格式高效便捷

gRPC 適用場景

• 需要高性能、低延遲的服務(wù)通信
• 要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)、不同語言間的調(diào)用
• 需要流式數(shù)據(jù)處理的場景
• 微服務(wù)架構(gòu)下服務(wù)間的通信

gRPC 架構(gòu)

gRPC 基于 HTTP/2 協(xié)議設(shè)計,采用 Protocol Buffers 機(jī)制序列化結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),主要包含以下組件:

• Stub:客戶端調(diào)用 gRPC 服務(wù)的接口
• gRPC Server:實(shí)現(xiàn) gRPC 服務(wù)邏輯的服務(wù)器
• Channel:抽象連接,實(shí)現(xiàn) Socket 級別連接及 RPC 交互
• Protocol Buffers:服務(wù)接口描述語言和數(shù)據(jù)序列化機(jī)制

在服務(wù)器端通過 Protobuf 接口實(shí)現(xiàn)服務(wù),客戶端通過 Stub 完成遠(yuǎn)程調(diào)用。

gRPC 通信流程

gRPC 通信流程主要包括:

• 客戶端調(diào)用 Stub 接口
• Stub 序列化參數(shù)為 Protobuf 數(shù)據(jù)
• 數(shù)據(jù)通過 HTTP/2 協(xié)議發(fā)送給服務(wù)器
• 服務(wù)器獲取請求數(shù)據(jù)并反序列化
• 服務(wù)器處理請求并序列化返回結(jié)果
• 通過 HTTP/2 返回序列化后的數(shù)據(jù)
• 客戶端獲取響應(yīng)數(shù)據(jù)并反序列化

Protobuf 數(shù)據(jù)格式

Protocol Buffer (Protobuf) 是谷歌推出的一種輕便高效的數(shù)據(jù)序列化格式,主要用于促進(jìn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)間高效傳輸。

Protobuf 的數(shù)據(jù)格式主要特點(diǎn):

• 跨平臺、語言中立
• 版本兼容
• 體積小,serialize 后數(shù)據(jù)大小只有 XML 的 1/10 到 1/3
• 序列化/反序列化速度快

Protobuf 通過.proto 文件定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),然后使用 protoc 編譯器生成各目標(biāo)語言的數(shù)據(jù)訪問類。

gRPC 方法的定義

在 .proto 文件中可以定義服務(wù)接口和方法

service HelloService {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse);
}

方法可以指定請求參數(shù)消息類型和返回值消息類型。

gRPC 服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

Go 語言中實(shí)現(xiàn) gRPC 服務(wù)的步驟:

• 定義服務(wù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)體
• 在結(jié)構(gòu)體中實(shí)現(xiàn)服務(wù)接口方法
• 創(chuàng)建 gRPC 服務(wù)器
• 用服務(wù)器注冊服務(wù)

示例:

type HelloServiceImpl struct{}
func (p *HelloServiceImpl) SayHello(ctx context.Context, req *pb.HelloRequest) (*pb.HelloResponse, error) {
   // 方法實(shí)現(xiàn)
}
func main() {
  server := grpc.NewServer()
  pb.RegisterMessageServiceServer(server, &HelloServiceImpl{})
  server.Serve(lis)
}

gRPC 客戶端調(diào)用

Go 語言 gRPC 客戶端調(diào)用主要分為三步:

• 建立到 gRPC 服務(wù)器的連接
• 通過連接新建客戶端 stub 實(shí)例
• 使用 stub 調(diào)用遠(yuǎn)程服務(wù)方法

示例:

conn, err := grpc.Dial("localhost:50051", grpc.WithInsecure())
client := pb.NewHelloServiceClient(conn)
resp, err := client.SayHello(ctx, req) 

gRPC 高級用法

1. 流式 RPC

gRPC 支持流式 RPC 調(diào)用,分為四種類型:

• 單向流式:客戶端流式,只有請求是流
• 單向流式:服務(wù)器流式,只有響應(yīng)是流
• 雙向流式:客戶端和服務(wù)器端都可以是流

在 proto 文件中使用 stream 關(guān)鍵字定義:

rpc ClientStream(stream HelloRequest) returns (HelloResponse);
rpc ServerStream(HelloRequest) returns (stream HelloResponse); 
rpc Bidirectional(stream HelloRequest) returns (stream HelloResponse);

2. 證書和認(rèn)證

gRPC 支持 SSL/TLS 安全傳輸及各種身份認(rèn)證方式:

• SSL/TLS 傳輸級安全保障
• 支持基于證書、Token 和 AWS IAM 等認(rèn)證手段

3. 錯誤處理

gRPC 框架定義了狀態(tài)碼和錯誤模型,客戶端可以根據(jù)狀態(tài)碼判斷 RPC 調(diào)用是否成功:

• OK:調(diào)用成功
• Cancelled:調(diào)用被取消
• Unknown:未知錯誤
• InvalidArgument:參數(shù)無效
• DeadlineExceeded:超時錯誤等

4. 超時和取消

gRPC 支持請求級別的超時控制,通過 Context 指定超時時間,還可以通過 Context 取消正在執(zhí)行的 RPC。

5. gRPC 攔截器

gRPC 支持在服務(wù)器端和客戶端使用攔截器(Interceptor)攔截請求:

• 客戶端攔截器:攔截出站請求及響應(yīng)
• 服務(wù)端攔截器:攔截入站請求及響應(yīng)

主要用于日志記錄、監(jiān)控等功能。

6. gRPC 元數(shù)據(jù)

gRPC 通過自定義元數(shù)據(jù)提供請求上下文等附加信息?？梢栽谡埱蠛晚憫?yīng)中設(shè)置和獲取元數(shù)據(jù)。

7. gRPC 路由

gRPC 支持按服務(wù)方法特征進(jìn)行請求路由,路由選擇不同的后端服務(wù)。主要通過 gRPC intestine 實(shí)現(xiàn)。

8. 和 HTTP/2 的對比

gRPC 實(shí)踐案例

1. 簡單 RPC 服務(wù)端與客戶端

簡單的 gRPC Server 端和 Client 端示例,演示基本的 RPC 服務(wù)開發(fā)、注冊和調(diào)用流程。

// server
   type Server struct{}
   func (s *Server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.StringRequest) (*pb.StringReply, error) {
     return &pb.StringReply{Value: "Hello " + in.Value}, nil
   }
   func main() {
     grpcServer := grpc.NewServer()
     pb.RegisterMessageServiceServer(grpcServer, &Server{})
     grpcServer.Serve(lis) 
   }
   // client
   conn, _ := grpc.Dial("localhost:1234", grpc.WithInsecure())
   client := pb.NewStringServiceClient(conn)
   reply, _ := client.SayHello(context.Background(), &pb.StringRequest{Value: "world"})
   fmt.Println(reply.Value)

2. 帶參數(shù)驗(yàn)證的 RPC 服務(wù)

示例在 gRPC 服務(wù)中實(shí)現(xiàn)參數(shù)校驗(yàn)邏輯,如果參數(shù)名稱不符合規(guī)范,將返回錯誤。

  // server
   type Server struct{}
   func (s *Server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.StringRequest) (*pb.StringReply, error) {
       if ok := validate(in.Value); !ok {
           return nil, status.Error(codes.InvalidArgument, "Invalid parameter")
       }
       return &pb.StringReply{Value: "Hello " + in.Value}, nil 
   }
   // client
   r, err := client.SayHello(context.Background(), &pb.StringRequest{Value: "World!"})
   if err != nil {
     //錯誤處理 
   }
   

通過狀態(tài)碼和錯誤信息,客戶端可以明確判斷是什么原因?qū)е碌恼{(diào)用異常。

3. 客戶端、服務(wù)端流 RPC

示例實(shí)現(xiàn)了客戶端流式 RPC 和服務(wù)器流式 RPC?？蛻舳丝梢酝ㄟ^流方式連續(xù)發(fā)送多個請求,服務(wù)器端可以返回流式的響應(yīng)。

// server
   type Server struct { }
   func (s *Server) ClientStream
   (stream pb.StringService_ClientStreamServer) error {
       for {
           in, err := stream.Recv()
           // 處理
           stream.SendAndClose(&pb.StringReply{})
       } 
   }
   // client
   stream, _ := client.ClientStream(context.Background()) 
   for {
       stream.Send(&pb.StringRequest{}) 
   }
   reply, _ := stream.CloseAndRecv() 

4. 雙向流 RPC

下面演示了如何使用 gRPC 完成雙向流 RPC 的編碼實(shí)現(xiàn)?？蛻舳撕头?wù)器端都可以獨(dú)立地通過流發(fā)送多個請求或響應(yīng)。

// server
type Server struct{} 
func (s *Server) Bidirectional(
      stream pb.StringService_BidirectionalServer) error
   { 
    for {
        in, err := stream.Recv()
        if err != io.EOF {
         // 處理請求
         stream.Send(&pb.StringReply{})
        }
     }
   }
   // client
   stream, _ := client.Bidirectional(context.Background())
   go func() {
     for {
       stream.Send(&pb.StringRequest{})
     } 
   }()
   for {
     reply, err := stream.Recv()
     if err != nil {
       break
     } 
   }

總結(jié)

通過實(shí)踐表明,Go 語言結(jié)合 gRPC 框架可以方便高效地實(shí)現(xiàn)各類 RPC 服務(wù)。gRPC 優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)資源利用效率,支持復(fù)雜數(shù)據(jù)交互模式,整體提高了分布式服務(wù)架構(gòu)的性能。

gRPC 的優(yōu)點(diǎn)包括高效、跨平臺、流式傳輸?shù)?。但也存在需要?yīng)用 HTTP/2 特性的學(xué)習(xí)成本,以及被限制在 Protobuf 生態(tài)內(nèi)等問題。

隨著云原生技術(shù)體系的逐步完善, gRPC 在微服務(wù)和 Service Mesh 體系中的地位日益突出,它的重要性會持續(xù)提升。預(yù)計 gRPC 會越來越多地用于云原生基礎(chǔ)設(shè)施的打造。

以上就是Go語言與gRPC的完美結(jié)合實(shí)戰(zhàn)演練的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Go語言gRPC的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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