gRPC 笔记（01）— gRPC 概念、特点、流程

1. gRPC 概念

gRPC 是 Google 开源的一款高性能的 RPC 框架。GitHub 上介绍如下：

gRPC is a modern, open source, high-performance remote procedure call (RPC) framework that can run anywhere.
在每个gRPC 发布版本中，字母 g 的含义都不同。比如 1.1 版本的 g 代表 good(优秀)，1.2 版本的 g 代表 green(绿色)

gRPC 能够在众多的框架中脱颖而出，是跟其高性能是密切相关的。
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服务定义是在 ProductInfo.proto 文件中声明的，服务器端和客户端都会使用该文件来生成代码。

2. gRPC 特点

2.1 接口设计

gRPC 为应用程序开发提供了一种契约优先的方式。也就是说，首先必须定义服务接口，然后才能去处理实现细节。

对一个远程服务 Service 的调用，gRPC 约定 Client 和 Server 首先需要约定好 Service 的结构。包括一系列方法的组合，每个方法定义、参数、返回体等。

对这个结构的描述，gRPC 默认是用 Protocol Buffer 去实现的。

2.2 Streaming

Streaming 在 HTTP/1.x 已经出现了，HTTP2 实现了 Streaming 的多路复用。gRPC 是基于 HTTP2 实现的。所以 gRPC 也实现了 Streaming 的多路复用，所以 gRPC 的请求有四种模式：

• Simple RPC
• Client-side Streaming RPC
• Server-side Streaming RPC
• Bidirectional Streaming RPC

也就是说同时支持单边流和双向流。

2.3 Protocol

gRPC 的协议层是基于 HTTP2 设计的，所以你如果想了解 gRPC 的话，可以先深入了解 HTTP2。

gRPC 使用 protocol buffers 作为接口定义语言 IDL(interface definition language) 来定义服务接口。

protocol buffers 是语言中立、平台无关、实现结构化数据序列化的可扩展机制。服务接口定义在 proto 文件中指定，也就是在扩展名为 .proto 的普通文本文件中。

我们要按照普通的 protocol buffers 格式来定义 gRPC 服务，并将RPC 方法参数和返回类型指定为 protocol buffers 消息。

因为服务定义是 protocol buffers 规范的扩展，所以可以借助特殊的 gRPC 插件来根据proto 文件生成代码。

2.4 Flow Control

gRPC 的协议支持流量控制，这里也是采用了 HTTP2 的 Flow Control 机制。通过上面的介绍可以看到，gRPC 的高性能很大程度上依赖了 HTTP2 的能力，所以要了解 gRPC 之前，我们需要先了解一下 HTTP 2 的特性。

gRPC 在客户端和服务器端都提供了对流的原生支持，gRPC 的关键优势就是能够同时构建传统的请求–响应风格的消息以及客户端流和服务器端流。
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2.5 HTTP2 特性

1. 二进制协议

众所周知，二进制协议比文本形式的协议，发送的数据量肯定是更小，传输效率更高的。所以 HTTP2 比 HTTP/1.x 更高效，因为二进制是不可读的，所以会损失部分可读性。

2. 多路复用的流

HTTP/1.x 一个 Stream 是需要一个 TCP 连接的，其实从性能上来说是比较浪费的。HTTP2 可以复用 TCP 连接，实现一个 TCP 连接可以处理多个 Stream，同时可以为每一个 Stream 设置优先级，可以用来告诉对端哪个流更重要。当资源有限的时候，服务器会根据优先级来选择应该先发送哪些流。

3. 头部压缩

由于 HTTP 协议是一个无状态的协议，导致了很多相同或者类似的 HTTP 请求重复发送时，带的头部信息很多时候是完全一样的。HTTP2 对头部进行压缩，可以减少数据包大小，提高协议性能。

5. 请求 Reset

在 HTTP/1.x 中，当一个含有确切值的 Content-Length 的 HTTP 消息发出之后，需要断开 TCP 连接才能中断。这样会导致需要通过三次握手来重新建立一个新的 TCP 连接，代价是比较大的。在 HTTP2 里面，我们可以通过发送 RST_STREAM 帧来终止当前消息发送，从而避免了浪费带宽和中断已有的连接。

5. 服务器推送

如果一个 Client 请求资源 A，而 Server 知道 Client 可能也会需要资源 B， 所以在 Client 发起请求前，Server 提前将 B 推送给 A 缓存起来，从而可以缩短资源 A 这个请求的响应时间。

6. Flow Control

在 HTTP2 中，每个 HTTP Stream 都有自己公示的流量窗口，对于每个 Stream 来说，Client 和 Server 都必须互相告诉对方自己能够处理的窗口大小，Stream 中的数据帧大小不得超过能处理的窗口值。
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2.6 商业化高级特性

gRPC 提供了对商业化特性的内置支持，如认证、加密、弹性(截止时间和超时)、元数据交换、压缩、负载均衡、服务发现等。

3. gRPC 调用流程

1. 客户端进程通过生成的存根调用 getProduct方法。
2. 客户端存根使用已编码的消息创建 HTTP POST 请求。在 gRPC 中，所有的请求都是 HTTP POST 请求，并且 content-type 前缀为 application/grpc。要调用的远程方法 (/ProductInfo/getProduct)是以单独的 HTTP 头信息的形式发送的。
3. HTTP 请求消息通过网络发送到服务器端。
4. 当接收到消息后，服务器端检查消息头信息，从而确定需要调用的服务方法，然后将消息传递给服务器端骨架。
5. 服务器端骨架将消息字节解析成特定语言的数据结构。
6. 借助解析后的消息，服务发起对 getProduct 方法的本地调用。

服务方法的响应经过编码后被发送回客户端。响应消息会遵循我们在客户端上所观察到的相同过程(响应→编码→线路上的 HTTP 响应)，该消息会被解包，它的值将返回给等待的客户端进程。