gRPC系列：RPC 框架原理是？gRPC 是什么？gRPC设计原则

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-07-03 02:56 10阅读 0赞

# 1. RPC 入门 #

## 1.1 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：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZseTkxMDkwNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

整理成序列图后的效果是:

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZseTkxMDkwNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][] RPC 框架--时序图

## 1.2 业界主流的 RPC 框架 ##

业界主流的 RPC 框架整体上分为三类：

*  支持多语言的 RPC 框架，比较成熟的有 Google 的 gRPC、Apache（Facebook）的 Thrift；
 *  只支持特定语言的 RPC 框架，例如新浪微博的 Motan；
 *  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, 例如阿里的 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，而对于前端的 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，API 服务编排层和后端的微服务之间就采用 gRPC 进行通信。

# 2. gRPC #

> gRPC是一个高性能、开源和通用的 RPC 框架，**支持多语言。**
> 
> gRPC 基于 HTTP/2 标准设计，**带来诸如双向流、流控、头部压缩、单 TCP 连接上的多复用请求**等特性。这些特性使得其在移动设备上表现更好，更省电和节省空间占用。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZseTkxMDkwNQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][] gRPC 调用模型

> 1、客户端（gRPC Stub）调用 A 方法，发起 RPC 调用。
> 
> 2、对请求信息使用 Protobuf 进行**对象序列化压缩（IDL）**。
> 
> 3、服务端（gRPC Server）接收到请求后，解码请求体，进行业务逻辑处理并返回。
> 
> 4、对响应结果使用 Protobuf 进行**对象序列化压缩（IDL）**。
> 
> 5、客户端接受到服务端响应，解码请求体。**回调被调用的 A 方法，唤醒正在等待响应（阻塞）的客户端调用并返回响应结果**。

*  **一个RPC框架大致需要动态代理、序列化、网络请求、网络请求接受(netty实现)、动态加载、反射这些知识点。**现在开源及各公司自己造的RPC框架层出不穷，唯有掌握原理是一劳永逸的。

# gRPC 是什么？ #

在 gRPC 里*客户端*应用可以像调用本地对象一样直接调用另一台不同的机器上*服务端*应用的方法，使得您能够更容易地创建分布式应用和服务。与许多 RPC 系统类似，gRPC 也是基于以下理念：定义一个*服务*，指定其能够被远程调用的方法（包含参数和返回类型）。在服务端实现这个接口，并运行一个 gRPC 服务器来处理客户端调用。**在客户端拥有一个*存根*能够像服务端一样的方法**。

## gRPC 特点 ##

>  *  语言中立，支持多种语言；
>  *  基于 IDL ( 接口定义语言（Interface Define Language）)文件定义服务，通过 proto3 工具生成指定语言的数据结构、服务端接口以及客户端 Stub；
>  *  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；
>  *  序列化支持 PB（Protocol Buffer）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。

# gRPC原则和诉求 #

**服务而非对象、消息而非引用** —— 促进微服务的系统间粗粒度消息交互设计理念，同时避免分布式对象的陷阱和分布式计算的谬误。

**普遍并且简单** —— 该基础框架应该在任何流行的开发平台上适用，并且易于被个人在自己的平台上构建。它在CPU和内存有限的设备上也应该切实可行。

**免费并且开源** —— 所有人可免费使用基本特性。以友好的许可协议开源方式发布所有交付件。

**互通性** —— 该数据传输协议(Wire Protocol)必须遵循普通互联网基础框架。

**通用并且高性能** —— 该框架应该适用于绝大多数用例场景，相比针对特定用例的框架，该框架只会牺牲一点性能。

**分层的** —— 该框架的关键是必须能够独立演进。对数据传输格式(Wire Format)的修改不应该影响应用层。

**负载无关的** —— **不同的服务需要使用不同的消息类型和编码，例如protocol buffers、JSON、XML和Thrift，协议上和实现上必须满足这样的诉求**。类似地，对负载压缩的诉求也因应用场景和负载类型不同而不同，协议上应该支持可插拔的压缩机制。

**流** —— 存储系统依赖于流和流控来传递大数据集。像语音转文本或股票代码等其它服务，依靠流表达时间相关的消息序列。

**阻塞式和非阻塞式** —— 支持异步和同步处理在客户端和服务端间交互的消息序列。这是在某些平台上缩放和处理流的关键。

**取消和超时** —— 有的操作可能会用时很长，客户端运行正常时，可以通过取消操作让服务端回收资源。当任务因果链被追踪时，取消可以级联。客户端可能会被告知调用超时，此时服务就可以根据客户端的需求来调整自己的行为。

**Lameducking** —— 服务端必须支持优雅关闭，优雅关闭时拒绝新请求，但继续处理正在运行中的请求。

**流控** —— 在客户端和服务端之间，计算能力和网络容量往往是不平衡的。流控可以更好的缓冲管理，以及保护系统免受来自异常活跃对端的拒绝服务(DOS)攻击。

**可插拔的** —— 数据传输协议(Wire Protocol)只是功能完备API基础框架的一部分。大型分布式系统需要安全、健康检查、负载均衡和故障恢复、监控、跟踪、日志等。实现上应该提供扩展点，以允许插入这些特性和默认实现。

**API扩展** ——可能的话，在服务间协作的扩展应该最好使用接口扩展，而不是协议扩展。这种类型的扩展可以包括健康检查、服务内省、负载监测和负载均衡分配。

**元数据交换** —— 常见的横切关注点，如认证或跟踪，依赖数据交换，但这不是服务公共接口中的一部分。部署依赖于他们将这些特性以不同速度演进到服务暴露的个别API的能力。

**标准化状态码** —— 客户端通常以有限的方式响应API调用返回的错误。应该限制状态代码名字空间，使得这些错误处理决定更清晰。如果需要更丰富的特定域的状态，可以使用元数据交换机制来提供。

# gRPC的简单例子 #

> 业务流程：Client端通过远程RPC调用Server的获取时间的接口，从而将服务器时间获取到本地并显示。

## 1. 编写.proto的服务定义文件 ##

syntax = "proto3”;   // 语法版本
    
    // stub选项
    option java_package = "com.fly.grpc.api”;
    option java_outer_classname = “RPCDateServiceApi”;
    option java_multiple_files = true;
    
    // 定义包名
    package com.hansonwang99.grpc.api;
    
    // 服务接口定义，服务端和客户端都要遵守该接口进行通信
    service RPCDateService {
    rpc getDate (RPCDateRequest) returns (RPCDateResponse) {}
    }
    
    // 定义消息（请求）
    message RPCDateRequest {
    string userName = 1;
    }
    
    // 定义消息（响应）
    message RPCDateResponse {
    string serverDate = 1;
    }

*  **执行`mvn compile`命令来自动生成代码Stub**

mvn编译完成以后，在`target/generated-sources`目录下就能看到根据上面`.proto`文件自动转化生成的`Java代码Stub`

## 2. gRPC服务端 ##

实现gRPC服务接口

// 获取时间
    public class RPCDateServiceImpl extends RPCDateServiceGrpc.RPCDateServiceImplBase{
     @Override
     public void getDate(RPCDateRequest request, StreamObserver<RPCDateResponse> responseObserver) {
         RPCDateResponse rpcDateResponse = null;
         Date now=new Date();
         SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("今天是"+"yyyy年MM月dd日 E kk点mm分”);
         String nowTime = simpleDateFormat.format( now );
         try {
             rpcDateResponse = RPCDateResponse
                     .newBuilder()
                     .setServerDate( "Welcome " + request.getUserName()  + ", " + nowTime )
                     .build();
         } catch (Exception e) {
             responseObserver.onError(e);
         } finally {
             responseObserver.onNext( rpcDateResponse );
         }
         responseObserver.onCompleted();
     }
    }

### **gRPC服务端启动类** ###

public class GRPCServer {
     private static final int port = 9999;
     public static void main( String[] args ) throws Exception {
         Server server = ServerBuilder.
                 forPort(port)
                 .addService( new RPCDateServiceImpl() )
                 .build().start();
         System.out.println( "grpc服务端启动成功, 端口=" + port );
         server.awaitTermination();
     }
    }

## 3. gRPC客户端 ##

### **gRPC客户端启动类** ###

public class GRPCClient {
     private static final String host = “localhost”;
     private static final int serverPort = 9999;
    
     public static void main( String[] args ) throws Exception {
         ManagedChannel managedChannel = ManagedChannelBuilder.forAddress( host, serverPort ).usePlaintext().build();
         try {
             RPCDateServiceGrpc.RPCDateServiceBlockingStub rpcDateService = RPCDateServiceGrpc.newBlockingStub( managedChannel );
             RPCDateRequest  rpcDateRequest = RPCDateRequest
                     .newBuilder()
                     .setUserName(“hansonwang99”)
                     .build();
             RPCDateResponse rpcDateResponse = rpcDateService.getDate( rpcDateRequest );
             System.out.println( rpcDateResponse.getServerDate() );
         } finally {
             managedChannel.shutdown();
         }
     }
    }

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