gRPC 的概念

gRPC 是一個高性能、通用的開源 RPC 框架,是一個由 Google 主導開發(fā)的 RPC 框架。其以 HTTP/2 為基礎通信協(xié)議,支持多種語言,通過 protocol buffers 數據格式來實現(xiàn)服務之間的調用。

gRPC 使用 protocol buffers 來實現(xiàn)服務定義和數據序列化。Protocol buffers 是由 Google 開發(fā)的數據描述語言,跨平臺、跨語言支持良好,性能好、版本兼容性高。

gRPC 框架包含了服務端和客戶端兩部分。服務端實現(xiàn) gRPC 服務接口,客戶端通過 stub 來調用遠程服務。

gRPC 的優(yōu)勢

• 基于 HTTP/2 設計,性能高,可擴展性強
• 支持流式傳輸,低延遲
• 支持跨語言調用
• 支持雙向流式通信
• 支持服務發(fā)現(xiàn)及負載均衡
• Protobuf 格式高效便捷

gRPC 適用場景

• 需要高性能、低延遲的服務通信
• 要實現(xiàn)異構系統(tǒng)、不同語言間的調用
• 需要流式數據處理的場景
• 微服務架構下服務間的通信

gRPC 架構

gRPC 基于 HTTP/2 協(xié)議設計,采用 Protocol Buffers 機制序列化結構化數據,主要包含以下組件:

• Stub:客戶端調用 gRPC 服務的接口
• gRPC Server:實現(xiàn) gRPC 服務邏輯的服務器
• Channel:抽象連接,實現(xiàn) Socket 級別連接及 RPC 交互
• Protocol Buffers:服務接口描述語言和數據序列化機制

在服務器端通過 Protobuf 接口實現(xiàn)服務,客戶端通過 Stub 完成遠程調用。

gRPC 通信流程

gRPC 通信流程主要包括:

• 客戶端調用 Stub 接口
• Stub 序列化參數為 Protobuf 數據
• 數據通過 HTTP/2 協(xié)議發(fā)送給服務器
• 服務器獲取請求數據并反序列化
• 服務器處理請求并序列化返回結果
• 通過 HTTP/2 返回序列化后的數據
• 客戶端獲取響應數據并反序列化

Protobuf 數據格式

Protocol Buffer (Protobuf) 是谷歌推出的一種輕便高效的數據序列化格式,主要用于促進數據在網絡間高效傳輸。

Protobuf 的數據格式主要特點:

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

Protobuf 通過.proto 文件定義數據結構,然后使用 protoc 編譯器生成各目標語言的數據訪問類。

gRPC 方法的定義

在 .proto 文件中可以定義服務接口和方法

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

方法可以指定請求參數消息類型和返回值消息類型。

gRPC 服務的實現(xiàn)

Go 語言中實現(xiàn) gRPC 服務的步驟:

• 定義服務實現(xiàn)結構體
• 在結構體中實現(xiàn)服務接口方法
• 創(chuàng)建 gRPC 服務器
• 用服務器注冊服務

示例:

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

gRPC 客戶端調用

Go 語言 gRPC 客戶端調用主要分為三步:

• 建立到 gRPC 服務器的連接
• 通過連接新建客戶端 stub 實例
• 使用 stub 調用遠程服務方法

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:服務器流式,只有響應是流
• 雙向流式:客戶端和服務器端都可以是流

在 proto 文件中使用 stream 關鍵字定義:

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

2. 證書和認證

gRPC 支持 SSL/TLS 安全傳輸及各種身份認證方式:

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

3. 錯誤處理

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

• OK:調用成功
• Cancelled:調用被取消
• Unknown:未知錯誤
• InvalidArgument:參數無效
• 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
• 服務端攔截器:攔截入站請求及響應

主要用于日志記錄、監(jiān)控等功能。

6. gRPC 元數據

gRPC 通過自定義元數據提供請求上下文等附加信息?？梢栽谡埱蠛晚憫性O置和獲取元數據。

7. gRPC 路由

gRPC 支持按服務方法特征進行請求路由,路由選擇不同的后端服務。主要通過 gRPC intestine 實現(xiàn)。

8. 和 HTTP/2 的對比

gRPC 實踐案例

1. 簡單 RPC 服務端與客戶端

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

// 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. 帶參數驗證的 RPC 服務

示例在 gRPC 服務中實現(xiàn)參數校驗邏輯,如果參數名稱不符合規(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導致的調用異常。

3. 客戶端、服務端流 RPC

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

// 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 的編碼實現(xiàn)?？蛻舳撕头掌鞫硕伎梢元毩⒌赝ㄟ^流發(fā)送多個請求或響應。

// 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

通過實踐表明,Go 語言結合 gRPC 框架可以方便高效地實現(xiàn)各類 RPC 服務。gRPC 優(yōu)化了網絡資源利用效率,支持復雜數據交互模式,整體提高了分布式服務架構的性能。

gRPC 的優(yōu)點包括高效、跨平臺、流式傳輸等。但也存在需要應用 HTTP/2 特性的學習成本,以及被限制在 Protobuf 生態(tài)內等問題。

隨著云原生技術體系的逐步完善, gRPC 在微服務和 Service Mesh 體系中的地位日益突出,它的重要性會持續(xù)提升。預計 gRPC 會越來越多地用于云原生基礎設施的打造。

以上就是Go語言與gRPC的完美結合實戰(zhàn)演練的詳細內容，更多關于Go語言gRPC的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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