Golang gRPC概述及入门示例

1、概述

1.1 什么是gRPC

RPC的全称是Remote Procedure Call，远程过程调用。RPC是一种协议，它实际是提供了一套机制，使得应用程序之间可以进行通信，而且也遵从server/client模型。使用的时候客户端调用server端提供的接口就像是调用本地的函数一样。

而gRPC又是什么呢？用官方的话来说：

A high-performance, open-source universal RPC framework

gRPC是一个高性能的、开源的通用的RPC框架。

在gRPC中，我们称调用方为client，被调用方为server。 跟其他的RPC框架一样，gRPC也是基于”服务定义“的思想。简单的来讲，就是我们通过某种方式来描述一个服务，这种描述方式是语言无关的。在这个”服务定义“的过程中，我们描述了我们提供的服务的服务名是什么，有哪些方法可以被调用，这些方法有什么样的入参，有什么样的回参。

也就是说，在定义好了这些服务、这些方法之后，gRPC会屏蔽底层的细节，client只需要直接调用定义好的方法，就能拿到预期的返回结果。对于server端来说，还需要实现我们定义的方法。同样的，gRPC也会帮我们屏蔽底层的细节，我们只需要实现所定义的方法的具体逻辑即可。

你可以发现，在上面的描述过程中，所谓的”服务定义“，就跟定义接口的语义是很接近的。我更愿意理解为这是一种”约定“，双方约定好接口，然后server实现这个接口，client调用这个接口的代理对象。至于其他的细节，交给gRPC。

此外，gRPC还是语言无关的。你可以用C++作为服务端，使用Golang、Java等作为客户端。为了实现这一点，我们在”定义服务“和在编码和解码的过程中，应该是做到语言无关的。

如下图所示就是一个典型的RPC结构图。

通过上图可以看到gRPC使用了Protocol Buffers。本文不会展开来讲Protocol Buffers（详细proto语法参见：Golang使用Protobuf），你可以把他当成一个代码生成工具以及序列化工具。这个工具可以把我们定义的方法，转换成特定语言的代码。比如你定义了一种类型的参数，他会帮你转换成Golang中的struct结构体，你定义的方法，他会帮你转换成func函数。此外，在发送请求和接受响应的时候，这个工具还会完成对应的编码和解码工作，将你即将发送的数据编码成gRPC能够传输的形式，又或者将即将接收到的数据解码为编程语言能够理解的数据格式。

1.2 使用场景

1. 低延时、高可用的分布式系统；
2. 移动端与云服务端的通讯；
3. 使用protobuf，独立于语言的协议，支持多语言之间的通讯；
4. 可以分层扩展，如：身份验证，负载均衡，日志记录，监控等；

1.3 gRPC 与 RESTful API比较

特性	gRPC	RESTful API
规范	必须.proto	可选 OpenAPI
协议	HTTP/2 任意版本的	HTTP 协议
有效载荷	Protobuf（小、二进制）	JSON（大、易读）
浏览器支持	否（需要 grpc-web）	是
流传输	客户端、服务端、双向	客户端、服务端
代码生成	是	OpenAPI + 第三方工具

2、环境配置

2.1 安装配置protocol buffers和protoc-gen-go

步骤参见：Mac下安装配置Protocol Buffers 

2.2 获取gRPC

1	go get google.golang.org/grpc

这一步安装的是gRPC的核心库。

2.3 获取protoc-gen-go-grpc

1	go install google.golang.org/grpc/cmd/protoc-gen-go-grpc@latest

安装protoc-gen-go-grpc用于.proto-->***_grpc.pb.go。

3、gRPC入门示例

在开始开发之前，先说说我们的目标。

在这个grpc-practice项目中，我希望实现一个功能，客户端可以发送消息给服务端，服务端收到消息后，返回响应给客户端。

项目结构如下：

注意： 这是整个项目所有文件生成完后的结构，所有.proto和.go文件都是在3.1及其后步骤生成的，go.mod内容如下：

+ View Code

3.1 定义服务

正如前面所说的，在开发server与client之前，我们需要先定义服务。这里直接粘贴下示例proto文件内容。

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# 文件路径grpc-practice/pkg/proto/message.proto   syntax = "proto3"; // 这部分的内容是关于最后生成的go文件是处在哪个目录哪个包中，../pb代表在当前目录的上一级pb目录中生成，message代表了生成的go文件的包名是message。 option go_package = "../pb;pb";   message MessageResponse {   string responseSomething = 1; }   message MessageRequest {   string saySomething = 1; }   service MessageSender {   rpc Send(MessageRequest) returns (MessageResponse) {} }

很容易可以看出，我们定义了一个service，称为MessageSender，这个服务中有一个rpc方法，名为Send。这个方法会发送一个MessageRequest，然后返回一个MessageResponse。

接着在grpc-practice/pkg/proto目录下执行如下命令：

1 2	protoc --go_out=.  message.proto protoc --go-grpc_out=. message.proto

这两条命令会grpc-practice/pkg/pb目录中生成message.pb.go、message_grpc.pb.go这两个文件。在这两个文件中，包含了我们定义方法的go语言实现，也包含了我们定义的请求与相应的go语言实现。

简单来讲，就是protoc-gen-go已经把你定义的语言无关的message.proto转换为了go语言的代码，以便server和client直接使用。

注意：在网上的一些教程中，有这样的生成方式：

1	protoc --go_out=plugins=grpc:. message.proto

这种生成方式，使用的就是github版本的protoc-gen-go，而目前这个项目已经由Google接管了。并且，如果使用这种生成方式的话，并不会生成上图中的xxx_grpc.pb.go与xxx.pb.go两个文件，只会生成xxx.pb.go这种文件。

3.2 服务端

3.2.1 实现服务定义的方法

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# 文件路径grpc-practice/pkg/serviceImpl/MessageSenderServerImpl.go   package serviceImpl   import (     "context"     "grpc-practice/pkg/pb"     "log" )   type MessageSenderServerImpl struct {     *pb.UnimplementedMessageSenderServer }   func (MessageSenderServerImpl) Send(context context.Context, request *pb.MessageRequest) (*pb.MessageResponse, error) {     log.Println("receive message:", request.GetSaySomething())     resp := &pb.MessageResponse{}     resp.ResponseSomething = "roger that!"     return resp, nil }

很容易可以看出，MessageSenderServerImpl实现了MessageSenderServer接口，并实现定义。也就是说，这一部分是需要我们在Server端实现这个send方法的。

3.2.2 gRPC服务端注册定义的服务并监听

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# 文件路径grpc-practice/pkg/service/main.go   package main   import (     "google.golang.org/grpc"     "grpc-practice/pkg/pb"     "grpc-practice/pkg/serviceImpl"     "log"     "net" )   func main() {     srv := grpc.NewServer()     pb.RegisterMessageSenderServer(srv,serviceImpl.MessageSenderServerImpl{})     listener, err := net.Listen("tcp", ":8002")     if err != nil {         log.Fatalf("failed to listen: %v", err)     }       err = srv.Serve(listener)     if err != nil {         log.Fatalf("failed to serve: %v", err)     } }

很容易可以看出，我们在这一部分创建了一个grpcServer，然后注册了我们的Service，在注册函数的第二个参数中，我们传进去了一个MessageSenderServerImpl实例。

监听过程跟golang的web服务器是很像的，也是创建Handler，然后对端口进行监听，监听8002端口的TCP连接，然后启动服务器。

至此，服务端开发完毕。

3.3 客户端

在客户端中，我们应该先与server端建立连接，然后才能够调用各种方法。

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# 文件路径grpc-practice/pkg/client/main.go   package main   import (     "context"     "google.golang.org/grpc"     "grpc-practice/pkg/pb"     "log" )   func main() {     conn, err := grpc.Dial("127.0.0.1:8002",grpc.WithInsecure())     if err != nil {         log.Fatalf("did not connect: %v", err)     }     defer conn.Close()       client := pb.NewMessageSenderClient(conn)     resp, err := client.Send(context.Background(), &pb.MessageRequest{SaySomething: "hello world!"})     if err != nil {         log.Fatalf("could not greet: %v", err)     }     log.Println("receive message:", resp.GetResponseSomething()) }

以上代码，就是跟本地的8002端口建立连接。然后，本地创建了一个client，然后直接调用我们之前定义好的Send方法，就可以实现我们需要的逻辑了,调用server段的方法和调用本地方法一样方便。

server端和client端都跑起来，你会看到这样的画面：

 

 至此，gRPC示例成功。

4、gPRC 生成代码为什么会有 UnimplementedMessageSenderServer和 mustEmbedUnimplementedMessageSenderServer{}

这里先粘一下message_grpc.pb.go文件内容：

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# 文件路径grpc-practice/pkg/pb/message_grpc.pb.go   // Code generated by protoc-gen-go-grpc. DO NOT EDIT. // versions: // - protoc-gen-go-grpc v1.2.0 // - protoc             v3.20.1 // source: message.proto   package pb   import (     context "context"     grpc "google.golang.org/grpc"     codes "google.golang.org/grpc/codes"     status "google.golang.org/grpc/status" )   // This is a compile-time assertion to ensure that this generated file // is compatible with the grpc package it is being compiled against. // Requires gRPC-Go v1.32.0 or later. const _ = grpc.SupportPackageIsVersion7   // MessageSenderClient is the client API for MessageSender service. // // For semantics around ctx use and closing/ending streaming RPCs, please refer to https://pkg.go.dev/google.golang.org/grpc/?tab=doc#ClientConn.NewStream. type MessageSenderClient interface {     Send(ctx context.Context, in *MessageRequest, opts ...grpc.CallOption) (*MessageResponse, error) }   type messageSenderClient struct {     cc grpc.ClientConnInterface }   func NewMessageSenderClient(cc grpc.ClientConnInterface) MessageSenderClient {     return &messageSenderClient{cc} }   func (c *messageSenderClient) Send(ctx context.Context, in *MessageRequest, opts ...grpc.CallOption) (*MessageResponse, error) {     out := new(MessageResponse)     err := c.cc.Invoke(ctx, "/MessageSender/Send", in, out, opts...)     if err != nil {         return nil, err     }     return out, nil }   // MessageSenderServer is the server API for MessageSender service. // All implementations must embed UnimplementedMessageSenderServer // for forward compatibility type MessageSenderServer interface {     Send(context.Context, *MessageRequest) (*MessageResponse, error)     mustEmbedUnimplementedMessageSenderServer() }   // UnimplementedMessageSenderServer must be embedded to have forward compatible implementations. type UnimplementedMessageSenderServer struct { }   func (UnimplementedMessageSenderServer) Send(context.Context, *MessageRequest) (*MessageResponse, error) {     return nil, status.Errorf(codes.Unimplemented, "method Send not implemented") } func (UnimplementedMessageSenderServer) mustEmbedUnimplementedMessageSenderServer() {}   // UnsafeMessageSenderServer may be embedded to opt out of forward compatibility for this service. // Use of this interface is not recommended, as added methods to MessageSenderServer will // result in compilation errors. type UnsafeMessageSenderServer interface {     mustEmbedUnimplementedMessageSenderServer() }   func RegisterMessageSenderServer(s grpc.ServiceRegistrar, srv MessageSenderServer) {     s.RegisterService(&MessageSender_ServiceDesc, srv) }   func _MessageSender_Send_Handler(srv interface{}, ctx context.Context, dec func(interface{}) error, interceptor grpc.UnaryServerInterceptor) (interface{}, error) {     in := new(MessageRequest)     if err := dec(in); err != nil {         return nil, err     }     if interceptor == nil {         return srv.(MessageSenderServer).Send(ctx, in)     }     info := &grpc.UnaryServerInfo{         Server:     srv,         FullMethod: "/MessageSender/Send",     }     handler := func(ctx context.Context, req interface{}) (interface{}, error) {         return srv.(MessageSenderServer).Send(ctx, req.(*MessageRequest))     }     return interceptor(ctx, in, info, handler) }   // MessageSender_ServiceDesc is the grpc.ServiceDesc for MessageSender service. // It's only intended for direct use with grpc.RegisterService, // and not to be introspected or modified (even as a copy) var MessageSender_ServiceDesc = grpc.ServiceDesc{     ServiceName: "MessageSender",     HandlerType: (*MessageSenderServer)(nil),     Methods: []grpc.MethodDesc{         {             MethodName: "Send",             Handler:    _MessageSender_Send_Handler,         },     },     Streams:  []grpc.StreamDesc{},     Metadata: "message.proto", }

 通过UnsafeMessageSenderServer接口注释可以这个是为了向前兼容，具体是怎么做呢？

其实是这样子： 

因为在 protoc 帮我们生成的 .pb.go 文件中定义了 UnimplementedXxxServer 结构体，并且 *UnimplementedXxxServer 实现了 XxxServer 这个接口。所以我们写一个 XxxServerImpl，嵌入 *UnimplementedXxxServer 类型，也就实现了 XxxServer 这个接口。

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type MessageSenderServerImpl struct {     *pb.UnimplementedMessageSenderServer }   func (MessageSenderServerImpl) Send(context context.Context, request *pb.MessageRequest) (*pb.MessageResponse, error) {     ...... }

如果以后 .proto 协议中的 service 有变更，增加、删除函数或者修改原来的函数，重新生成 .pb.go 文件后，XxxServer 这个接口也相应的变化了，由于protoc 帮我们重新生成了 UnimplementedXxxServer，它一定是实现了 XxxServer 这个接口的，所以我们的 XxxServerImpl 也是实现了 XxxServer 这个接口的。只不过在调用我们重写的 rpc 方法时，调用的可能就是嵌入类型 *pb.UnimplementedMessageSenderServer它的 Send了。（这涉及到 golang 的嵌入和组合：现有一个 Struct ，嵌入了一个其他类型，用外部类型调用某方法，如果外部类型包含了符合要求的接口实现，它的方法将会被使用。否则，通过方法提升，内部类型的接口实现可以直接被外部类型使用。）

5、总结

简单的来讲，我们在*.proto文件中定义了方法，然后在server端实现定义的rpc方法的具体逻辑，在client端调用这个方法。

对于其他的部分，由proto buffer负责对Golang中存储的数据结构与rpc传输中的数据进行转换，grpc负责封装所有的逻辑。

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/258879142

参考：https://blog.csdn.net/canon_in_d_major/article/details/108135724