Go语言与gRPC的完美结合实战演练
gRPC 的概念
gRPC 是一个高性能、通用的开源 RPC 框架,是一个由 Google 主导开发的 RPC 框架。其以 HTTP/2 为基础通信协议,支持多种语言,通过 protocol buffers 数据格式来实现服务之间的调用。
gRPC 使用 protocol buffers 来实现服务定义和数据序列化。Protocol buffers 是由 Google 开发的数据描述语言,跨平台、跨语言支持良好,性能好、版本兼容性高。
gRPC 框架包含了服务端和客户端两部分。服务端实现 gRPC 服务接口,客户端通过 stub 来调用远程服务。
gRPC 的优势
- 基于 HTTP/2 设计,性能高,可扩展性强
- 支持流式传输,低延迟
- 支持跨语言调用
- 支持双向流式通信
- 支持服务发现及负载均衡
- Protobuf 格式高效便捷
gRPC 适用场景
- 需要高性能、低延迟的服务通信
- 要实现异构系统、不同语言间的调用
- 需要流式数据处理的场景
- 微服务架构下服务间的通信
gRPC 架构
gRPC 基于 HTTP/2 协议设计,采用 Protocol Buffers 机制序列化结构化数据,主要包含以下组件:
- Stub:客户端调用 gRPC 服务的接口
- gRPC Server:实现 gRPC 服务逻辑的服务器
- Channel:抽象连接,实现 Socket 级别连接及 RPC 交互
- Protocol Buffers:服务接口描述语言和数据序列化机制
在服务器端通过 Protobuf 接口实现服务,客户端通过 Stub 完成远程调用。
gRPC 通信流程
gRPC 通信流程主要包括:
- 客户端调用 Stub 接口
- Stub 序列化参数为 Protobuf 数据
- 数据通过 HTTP/2 协议发送给服务器
- 服务器获取请求数据并反序列化
- 服务器处理请求并序列化返回结果
- 通过 HTTP/2 返回序列化后的数据
- 客户端获取响应数据并反序列化
Protobuf 数据格式
Protocol Buffer (Protobuf) 是谷歌推出的一种轻便高效的数据序列化格式,主要用于促进数据在网络间高效传输。
Protobuf 的数据格式主要特点:
- 跨平台、语言中立
- 版本兼容
- 体积小,serialize 后数据大小只有 XML 的 1/10 到 1/3
- 序列化/反序列化速度快
Protobuf 通过.proto 文件定义数据结构,然后使用 protoc 编译器生成各目标语言的数据访问类。
gRPC 方法的定义
在 .proto 文件中可以定义服务接口和方法
service HelloService {
rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse);
}方法可以指定请求参数消息类型和返回值消息类型。
gRPC 服务的实现
Go 语言中实现 gRPC 服务的步骤:
- 定义服务实现结构体
- 在结构体中实现服务接口方法
- 创建 gRPC 服务器
- 用服务器注册服务
示例:
type HelloServiceImpl struct{}
func (p *HelloServiceImpl) SayHello(ctx context.Context, req *pb.HelloRequest) (*pb.HelloResponse, error) {
// 方法实现
}
func main() {
server := grpc.NewServer()
pb.RegisterMessageServiceServer(server, &HelloServiceImpl{})
server.Serve(lis)
}gRPC 客户端调用
Go 语言 gRPC 客户端调用主要分为三步:
- 建立到 gRPC 服务器的连接
- 通过连接新建客户端 stub 实例
- 使用 stub 调用远程服务方法
示例:
conn, err := grpc.Dial("localhost:50051", grpc.WithInsecure())
client := pb.NewHelloServiceClient(conn)
resp, err := client.SayHello(ctx, req) gRPC 高级用法
1. 流式 RPC
gRPC 支持流式 RPC 调用,分为四种类型:
- 单向流式:客户端流式,只有请求是流
- 单向流式:服务器流式,只有响应是流
- 双向流式:客户端和服务器端都可以是流
在 proto 文件中使用 stream 关键字定义:
rpc ClientStream(stream HelloRequest) returns (HelloResponse); rpc ServerStream(HelloRequest) returns (stream HelloResponse); rpc Bidirectional(stream HelloRequest) returns (stream HelloResponse);
2. 证书和认证
gRPC 支持 SSL/TLS 安全传输及各种身份认证方式:
- SSL/TLS 传输级安全保障
- 支持基于证书、Token 和 AWS IAM 等认证手段
3. 错误处理
gRPC 框架定义了状态码和错误模型,客户端可以根据状态码判断 RPC 调用是否成功:
- OK:调用成功
- Cancelled:调用被取消
- Unknown:未知错误
- InvalidArgument:参数无效
- DeadlineExceeded:超时错误等
4. 超时和取消
gRPC 支持请求级别的超时控制,通过 Context 指定超时时间,还可以通过 Context 取消正在执行的 RPC。
5. gRPC 拦截器
gRPC 支持在服务器端和客户端使用拦截器(Interceptor)拦截请求:
- 客户端拦截器:拦截出站请求及响应
- 服务端拦截器:拦截入站请求及响应
主要用于日志记录、监控等功能。
6. gRPC 元数据
gRPC 通过自定义元数据提供请求上下文等附加信息。可以在请求和响应中设置和获取元数据。
7. gRPC 路由
gRPC 支持按服务方法特征进行请求路由,路由选择不同的后端服务。主要通过 gRPC intestine 实现。
8. 和 HTTP/2 的对比
| 功能点 | gRPC | HTTP/2 |
|---|---|---|
| 连接方式 | persistent connection | persistent connection |
| 数据格式 | Protobuf | JSON |
| 数据压缩 | 支持 | 不支持 |
| 流式传输 | 支持 | 不支持 |
| IDL 接口定义 | 支持 | 不支持 |
gRPC 实践案例
1. 简单 RPC 服务端与客户端
简单的 gRPC Server 端和 Client 端示例,演示基本的 RPC 服务开发、注册和调用流程。
// 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. 带参数验证的 RPC 服务
示例在 gRPC 服务中实现参数校验逻辑,如果参数名称不符合规范,将返回错误。
// 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 {
//错误处理
}
通过状态码和错误信息,客户端可以明确判断是什么原因导致的调用异常。
3. 客户端、服务端流 RPC
示例实现了客户端流式 RPC 和服务器流式 RPC。客户端可以通过流方式连续发送多个请求,服务器端可以返回流式的响应。
// server
type Server struct { }
func (s *Server) ClientStream
(stream pb.StringService_ClientStreamServer) error {
for {
in, err := stream.Recv()
// 处理
stream.SendAndClose(&pb.StringReply{})
}
}
// client
stream, _ := client.ClientStream(context.Background())
for {
stream.Send(&pb.StringRequest{})
}
reply, _ := stream.CloseAndRecv() 4. 双向流 RPC
下面演示了如何使用 gRPC 完成双向流 RPC 的编码实现。客户端和服务器端都可以独立地通过流发送多个请求或响应。
// server
type Server struct{}
func (s *Server) Bidirectional(
stream pb.StringService_BidirectionalServer) error
{
for {
in, err := stream.Recv()
if err != io.EOF {
// 处理请求
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
}
}总结
通过实践表明,Go 语言结合 gRPC 框架可以方便高效地实现各类 RPC 服务。gRPC 优化了网络资源利用效率,支持复杂数据交互模式,整体提高了分布式服务架构的性能。
gRPC 的优点包括高效、跨平台、流式传输等。但也存在需要应用 HTTP/2 特性的学习成本,以及被限制在 Protobuf 生态内等问题。
随着云原生技术体系的逐步完善, gRPC 在微服务和 Service Mesh 体系中的地位日益突出,它的重要性会持续提升。预计 gRPC 会越来越多地用于云原生基础设施的打造。
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