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gRPC

一:什么是RPC

简介
RPC:Remote Procedure Call,远程过程调用。简单来说就是两个进程之间的数据交互。正常服务端的接口服务是提供给用户端(在Web开发中就是浏览器)或者自身调用的,也就是本地过程调用。和本地过程调用相对的就是:假如两个服务端不在一个进程内怎么进行数据交互?使用RPC。尤其是现在微服务的大量实践,服务与服务之间的调用不可避免,RPC更显得尤为重要。

gRPC 是一款高性能、开源的 RPC 框架,产自 Google,基于 ProtoBuf 序列化协议进行开发,支持多种语言(Golang、Python、Java等),本篇只介绍 Golang 的 gRPC 使用。因为 gRPC 对 HTTP/2 协议的支持使其在 Android、IOS 等客户端后端服务的开发领域具有良好的前景。gRPC 提供了一种简单的方法来定义服务,同时客户端可以充分利用 HTTP/2 stream 的特性,从而有助于节省带宽、降低 TCP 的连接次数、节省CPU的使用等。

原理

计算机的世界中不管使用哪种技术,核心都是对数据的操作。RPC不过是将数据的操作垮了一个维度而已。解决的问题本质上只是数据在不同进程间的传输。说的再多一些,就要了解网络模型的知识,七层也好,四层五层也罢。这个不是本文的重点。
我们所说的RPC一般是指在传输层使用TCP协议进行的数据交互,也有很多基于HTTP的成熟框架。

上图描述了一个RPC的完整调用流程:

  1. :client向client stub发起方法调用请求。
  2. :client stub接收到请求后,将方法名,请求参数等信息进行编码序列化。
  3. :client stub通过配置的ip和端口使用socket通过网络向远程服务器server发起请求。
  4. :远程服务器server接收到请求,解码反序列化请求信息。
  5. :server将请求信息交给server stub,server stub找到对应的本地真实方法实现。
  6. :本地方法处理调用请求并将返回的数据交给server stub。
  7. :server stub 将数据编码序列化交给操作系统内核,使用socket将数据返回。
  8. :client端socket接收到远程服务器的返回信息。
  9. :client stub将信息进行解码反序列化。
  10. :client收到远程服务器返回的信息。

上图中有一个stub(存根)的概念。stub负责接收本地方法调用,并将它们委托给各自的具体实现对象。server端stub又被称为skeleton(骨架)。可以理解为代理类。而实际上基于Java的RPC框架stub基本上也都是使用动态代理。我们所说的client端和server端在RPC中一般也都是相对的概念。

而所谓的RPC框架也就是封装了上述流程中2-9的过程,让开发者调用远程方法就像调用本地方法一样。

二:常用的RPC框架选型

  • Dubbo:阿里开源的基于TCP的RPC框架,基本上是国内生产环境应用最广的开发框架了。使用zookeeper做服务的注册与发现,使用Netty做网络通信。遗憾的是不能跨语言,目前只支持Java。
  • Thrift:Facebook开源的跨语言的RPC框架,通过IDL来定义RPC的接口和数据类型,使用thrift编译器生成不同语言的实现。据说是目前性能最好的RPC框架,只是暂没使用过。
  • gRPC:这个是我们今天要聊的重点。gRPC是Google的开源产品,是跨语言的通用型RPC框架,使用Go语言编写。 Java语言的应用同样使用了Netty做网络通信,Go采用了Goroutine做网络通信。序列化方式采用了Google自己开源的Protobuf。请求的调用和返回使用HTTP2的Stream。
  • SpringCloud:SpringCloud并不能算一个RPC框架,它是Spring家族中一个微服务治理的解决方案,是一系列框架的集合。但在这个方案中,微服务之间的通信使用基于HTTP的Restful API,使用Eureka或Consul做服务注册与发现,使用声明式客户端Feign做服务的远程调用。这一系列的功能整合起来构成了一套完整的远程服务调用。

如何选择:

如果公司项目使用Java并不牵扯到跨语言,且规模并没有大到难以治理,我推荐Dubbo。如果项目规模大,服务调用错综复杂,我推荐SpringCloud。

如果牵扯到跨语言,我推荐gRPC,这也是目前我司的选择。即使Thrift性能是gRPC的2倍,但没办法,它有个好爹,现在我们的开发环境考虑最多的还是生态,不得不向Google爸爸臣服。

三:gRPC原理

一个RPC框架必须有两个基础的组成部分:数据的序列化和进程数据通信的交互方式。

对于序列化gRPC采用了自家公司开源的Protobuf。什么是Protobuf?先看一句网络上 大部分的解释:

Google Protocol Buffer(简称 Protobuf)是一种轻便高效的结构化数据存储格式,平台无关、语言无关、可扩展,可用于通讯协议和数据存储等领域。

上句有几个关键点:它是一种数据存储格式,跨语言,跨平台,用于通讯协议和数据存储。

这么看和我们熟悉的JSON类似,但其实着重点有些本质的区别。JSON主要是用于数据的传输,因为它轻量级,可读性好,解析简单。Protobuf主要是用于跨语言的IDL,它除了和JSON、XML一样能定义结构体之外,还可以使用自描述格式定于出接口的特性,并可以使用针对不同语言的protocol编译器产生不同语言的stub类。所以天然的适用于跨语言的RPC框架中。

而关于进程间的通讯,无疑是Socket。Java方面gRPC同样使用了成熟的开源框架Netty。使用Netty Channel作为数据通道。传输协议使用了HTTP2。

通过以上的分析,我们可以将一个完整的gRPC流程总结为以下几步:

  • 通过.proto文件定义传输的接口和消息体。
  • 通过protocol编译器生成server端和client端的stub程序。
  • 将请求封装成HTTP2的Stream。
  • 通过Channel作为数据通信通道使用Socket进行数据传输。

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