gRPC 介绍和简单实现

gRPC介绍

　　gRPC是Google公司基于Protobuf开发的跨语言的开源RPC框架。gRPC基于HTTP/2协议设计，可以基于一个HTTP/2链接提供多个服务，对于移动设备更加友好。本节将讲述gRPC的简单用法。

gRPC的技术栈：

 　　最底层为TCP或Unix Socket协议，在此之上是HTTP/2协议的实现，然后在HTTP/2协议之上又构建了针对Go语言的gRPC核心库。应用程序通过gRPC插件生产的Stub代码和gRPC核心库通信，也可以直接和gRPC核心库通信。

 如果从Protobuf的角度看，gRPC只不过是一个针对service接口生成代码的生成器。我们在本章的第二节(《Go 语言高级编程》)中手工实现了一个简单的Protobuf代码生成器插件，只不过当时生成的代码是适配标准库的RPC框架的。现在我们将学习gRPC的用法。

创建在项目的proto/hello.proto文件，定义HelloService接口：

syntax = "proto3";

package proto;

// 服务传递的参数
message String {
    string value = 1;
}

// 区别于RPC服务，gRPC可以在proto文件中定义服务方法接口，从而生成给客户端和服务端两个用的接口
service HelloService {
    rpc Hello (String) returns (String);
}

进入proto目录下使用如下命令生成相应的接口go文件：protoc --go_out=plugins=grpc:. hello.proto, 这条命令会调用protoc-gen-go 内置的gRPC插件生成相应的文件。我们可以简单分析哈生成的go文件中有什么？

....

// 用于数据传输的结构体
type String struct {
	Value                string   `protobuf:"bytes,1,opt,name=value,proto3" json:"value,omitempty"`
	XXX_NoUnkeyedLiteral struct{} `json:"-"`
	XXX_unrecognized     []byte   `json:"-"`
	XXX_sizecache        int32    `json:"-"`
}

// 获取参数的方法
func (m *String) GetValue() string {
	if m != nil {
		return m.Value
	}
	return ""
}


// 注册类型
func init() {
	proto.RegisterType((*String)(nil), "proto.String")
}

// 上下文
// Reference imports to suppress errors if they are not otherwise used.
var _ context.Context
var _ grpc.ClientConn

...
// 客户端接口约束
type HelloServiceClient interface {
	Hello(ctx context.Context, in *String, opts ...grpc.CallOption) (*String, error)
}

type helloServiceClient struct {
	cc *grpc.ClientConn
}

func NewHelloServiceClient(cc *grpc.ClientConn) HelloServiceClient {
	return &helloServiceClient{cc}
}

func (c *helloServiceClient) Hello(ctx context.Context, in *String, opts ...grpc.CallOption) (*String, error) {
	out := new(String)
	err := c.cc.Invoke(ctx, "/proto.HelloService/Hello", in, out, opts...)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return out, nil
}
...

// HelloServiceServer is the server API for HelloService service.服务端
type HelloServiceServer interface {
	Hello(context.Context, *String) (*String, error)
}

// UnimplementedHelloServiceServer can be embedded to have forward compatible implementations.
type UnimplementedHelloServiceServer struct {
}

func (*UnimplementedHelloServiceServer) Hello(ctx context.Context, req *String) (*String, error) {
	return nil, status.Errorf(codes.Unimplemented, "method Hello not implemented")
}

// 注册服务端函数
func RegisterHelloServiceServer(s *grpc.Server, srv HelloServiceServer) {
	s.RegisterService(&_HelloService_serviceDesc, srv)
}

接着我们可以编写服务端代码：service.go

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"gRPC_demo/proto"
	"google.golang.org/grpc" // 要么 go get google.golang.org/grpc， 要么go mod tidy
	"log"
	"net"
)

type HelloServiceImp struct {
}

func (p *HelloServiceImp) Hello(ctx context.Context, arg *proto.String) (*proto.String, error) {
	reply := &proto.String{Value: "hello: " + arg.GetValue()}
	return reply, nil
}

/*
和启动标准RPC服务流程类似
首先是通过grpc.NewServer()构造一个gRPC服务对象，然后通过gRPC插件生成的RegisterHelloServiceServer函数注册我们实现的HelloServiceImpl服务。
然后通过grpcServer.Serve(lis)在一个监听端口上提供gRPC服务。*/
func main() {
	// 创建服务初始化
	grpcServer := grpc.NewServer()
	// 调用接口文件生成的服务端要实现的函数，完成服务注册
	proto.RegisterHelloServiceServer(grpcServer, new(HelloServiceImp))

	fmt.Println("service starting....")
	lis, err := net.Listen("tcp",":1234")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	grpcServer.Serve(lis)
}　

gRPC通过context.Context参数，为每个方法调用提供了上下文支持。客户端在调用方法的时候，可以通过可选的grpc.CallOption类型的参数提供额外的上下文信息。紧接着就是客户端代码：client.go

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"gRPC_demo/proto"
	"google.golang.org/grpc"
	"log"
)

func main() {
	conn, err := grpc.Dial("localhost:1234", grpc.WithInsecure())
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer conn.Close()

	client := proto.NewHelloServiceClient(conn)
	reply, err := client.Hello(context.Background(), &proto.String{Value:"Wang"})
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	fmt.Println(reply.GetValue())
}

其中grpc.Dial负责和gRPC服务建立链接，然后NewHelloServiceClient函数基于已经建立的链接构造HelloServiceClient对象。返回的client其实是一个HelloServiceClient接口对象，通过接口定义的方法就可以调用服务端对应的gRPC服务提供的方法。

gRPC和标准库的RPC框架有一个区别，gRPC生成的接口并不支持异步调用。不过我们可以在多个Goroutine之间安全地共享gRPC底层的HTTP/2链接，因此可以通过在另一个Goroutine阻塞调用的方式模拟异步调用。

gRPC流

　　RPC是远程函数调用，因此每次调用的函数参数和返回值不能太大，否则将严重影响每次调用的响应时间。因此传统的RPC方法调用对于上传和下载较大数据量场景并不适合。同时传统RPC模式也不适用于对时间不确定的订阅和发布模式。为此，gRPC框架针对服务器端和客户端分别提供了流特性。

服务端或客户端的单向流是双向流的特例，我们在HelloService增加一个支持双向流的Channel方法，hello_str.proto：

syntax = "proto3";

package proto;

// 服务传递的参数
message String {
  string value = 1;
}

// 区别于RPC服务，gRPC可以在proto文件中定义服务方法接口，从而生成给客户端和服务端两个用的接口
// 关键字stream指定启用流特性，参数部分是接收客户端参数的流，返回值是返回给客户端的流。
service HelloService {
  rpc Hello (String) returns (String);
  rpc Channel (stream String) returns (stream String);
}

完成好proto文件后，我们使用如下命令生成go文件：protoc --go_out=plugins=grpc:. hello_str.proto， 紧接着我们分析生成的go文件：

// 服务传递的参数
type String struct {
	Value                string   `protobuf:"bytes,1,opt,name=value,proto3" json:"value,omitempty"`
	XXX_NoUnkeyedLiteral struct{} `json:"-"`
	XXX_unrecognized     []byte   `json:"-"`
	XXX_sizecache        int32    `json:"-"`
}

...
// 为客户端接口添加了Channel方法
type HelloServiceClient interface {
	Hello(ctx context.Context, in *String, opts ...grpc.CallOption) (*String, error)
	Channel(ctx context.Context, opts ...grpc.CallOption) (HelloService_ChannelClient, error)
}

type helloServiceClient struct {
	cc *grpc.ClientConn
}

// 返回一个grpc连接对象
func NewHelloServiceClient(cc *grpc.ClientConn) HelloServiceClient {
	return &helloServiceClient{cc}
}

// 客户端实现hello
func (c *helloServiceClient) Hello(ctx context.Context, in *String, opts ...grpc.CallOption) (*String, error) {
	out := new(String)
	err := c.cc.Invoke(ctx, "/proto.HelloService/Hello", in, out, opts...)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return out, nil
}

// 客户端实现channel
func (c *helloServiceClient) Channel(ctx context.Context, opts ...grpc.CallOption) (HelloService_ChannelClient, error) {
	stream, err := c.cc.NewStream(ctx, &_HelloService_serviceDesc.Streams[0], "/proto.HelloService/Channel", opts...)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	x := &helloServiceChannelClient{stream}
	return x, nil
}

// 新增的结构体，用以标识流
type HelloService_ChannelClient interface {
	Send(*String) error
	Recv() (*String, error)
	grpc.ClientStream
}

type helloServiceChannelClient struct {
	grpc.ClientStream
}

// 新结构体的收发函数实现
func (x *helloServiceChannelClient) Send(m *String) error {
	return x.ClientStream.SendMsg(m)
}

func (x *helloServiceChannelClient) Recv() (*String, error) {
	m := new(String)
	if err := x.ClientStream.RecvMsg(m); err != nil {
		return nil, err
	}
	return m, nil
}

// HelloServiceServer is the server API for HelloService service.
type HelloServiceServer interface {
	Hello(context.Context, *String) (*String, error)  
        // 传递的HelloService_ChannelServer是一个新的结构体，可以用于和客户端和向通信，而客户端调用Channel方法后返回的HelloService_ChannelServer用于和服务端通信
	Channel(HelloService_ChannelServer) error
}

// UnimplementedHelloServiceServer can be embedded to have forward compatible implementations.
type UnimplementedHelloServiceServer struct {
}

func (*UnimplementedHelloServiceServer) Hello(ctx context.Context, req *String) (*String, error) {
	return nil, status.Errorf(codes.Unimplemented, "method Hello not implemented")
}
func (*UnimplementedHelloServiceServer) Channel(srv HelloService_ChannelServer) error {
	return status.Errorf(codes.Unimplemented, "method Channel not implemented")
}

func RegisterHelloServiceServer(s *grpc.Server, srv HelloServiceServer) {
	s.RegisterService(&_HelloService_serviceDesc, srv)
}

 下面我们实现服务端代码：str_service.go文件:

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"gRPC_demo/proto"
	"google.golang.org/grpc" // 要么 go get google.golang.org/grpc， 要么go mod tidy
	"io"
	"log"
	"net"
)

type HelloServiceImps struct {
}

func (p *HelloServiceImps) Hello(ctx context.Context, arg *proto.StringX) (*proto.StringX, error) {
	reply := &proto.StringX{Value: "hello: " + arg.GetValue()}
	return reply, nil
}

// 服务端使用Channel对来进行收发消息，如果遇到io.EOF表示客户端发送完毕
func (p *HelloServiceImps) Channel(stream proto.HelloServiceStr_ChannelServer) error {
	for {
		args, err := stream.Recv()
		if err != nil {
			if err == io.EOF {
				return nil
			}
			return err
		}

		reply := &proto.StringX{Value: "hello:" + args.GetValue()}
		err = stream.Send(reply)
		if err != nil {
			return err
		}
	}
}
/*
和启动标准RPC服务流程类似
首先是通过grpc.NewServer()构造一个gRPC服务对象，然后通过gRPC插件生成的RegisterHelloServiceServer函数注册我们实现的HelloServiceImpl服务。
然后通过grpcServer.Serve(lis)在一个监听端口上提供gRPC服务。*/
func main() {
	// 创建服务初始化
	grpcServer := grpc.NewServer()
	// 调用接口文件生成的服务端要实现的函数，完成服务注册
	proto.RegisterHelloServiceStrServer(grpcServer, new(HelloServiceImps))

	fmt.Println("service starting....")
	lis, err := net.Listen("tcp",":1234")
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	grpcServer.Serve(lis)
}

　客户端代码：str_client.go文件：

package main

import (
	"context"
	"fmt"
	"gRPC_demo/proto"
	"google.golang.org/grpc"
	"io"
	"log"
	"time"
)

func main() {
	conn, err := grpc.Dial("localhost:1234", grpc.WithInsecure())
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	defer conn.Close()

	client := proto.NewHelloServiceStrClient(conn)
	stream, err := client.Channel(context.Background())
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	go func() {
		for {
			if err := stream.Send(&proto.StringX{Value:"hi li"}); err != nil {
				log.Fatal(err)
			}
			time.Sleep(time.Second)
		}
	}()
	for {
		reply, err := stream.Recv()
		if err != nil {
			if err == io.EOF {
				break
			}
			log.Fatal(err)
		}
		fmt.Println(reply.GetValue())
	}
}