gPRC入门指南

1，gRPC 简介

RPC 是指远程过程调用，允许一台计算机上的程序调用另一台计算机上的程序，就像对本地函数进行调用一样方便。

gRPC 是由 google 开源的一个高性能、通用的 RPC 框架，基于 HTTP/2 协议标准，同时支持大多数流行的编程语言。

gRPC 官方地址：

2，protobuf 简介

gRPC 默认使用 protobuf 协议进行数据序列化，protobuf 是 Google 开源的一套数据结构，适合高性能的数据传输场景；

protobuf 与 JSON，XML 相比，具有以下优点：

在定义上，更加简单明了，并且减少了二义性。
数据量更小：是另外两者的 1/10 到 1/3。
速度更快：序列化、反序列化的速度更快。
生成了更易使用的数据访问类。

protobuf 数据类型与 golang 的对应关系如下：

.proto Type	go Type	.proto Type	go Type
double	float64	fixed32	uint32
float	float32	fixed64	uint64
int32	int32	sfixed32	int32
int64	int64	sfixed64	int64
uint32	uint32	bool	bool
uint64	uint64	string	string
sint32	int32	bytes	[]byte
sint64	int64

gPRC 调用模型如下：

在这里插入图片描述

客户端在程序中调用某方法，发起 RPC 调用。请求信息使用 Protobuf 进行对象序列化。
服务端接收请求后，对请求进行解码，并进行业务处理后返回。响应信息使用 Protobuf 进行对象序列化。
客户端接收到服务端的响应后，对响应信息进行解码，并将解码后的信息返回给调用者。

3，protoc 安装

protoc 是 protobuf 的编译器，用来编译 .proto 文件（转化成对应语言的代码文件），其下载地址是 https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases 。

在这里插入图片描述

注：我这里使用的是 Linux 系统，下载的是 proto3 版本。

下载到 protobuf-all-3.20.3.tar.gz 包后，使用下面命令进行解压，编译，安装：

> tar -xzf protobuf-all-3.20.3.tar.gz	# 解压
> cd ./protobuf-3.20.3
> ./configure
> make									# 编译，此过程可能会比较慢
> make install							# 安装，需要 root 权限
> ldconfig								# 系统重新加载动态链接库，需要 root 权限

检查是否安装成功：

> protoc --version
————————————————————
libprotoc 3.20.3

4，protoc-gen-go 安装

针对不同的语言，还需要安装运行时的 protoc 插件，Go 语言对应的是 protoc-gen-go，当使用 protoc 时，会自动调用 protoc-gen-go。

安装方法如下：

# 需要在 go 项目目录中执行
> go get github.com/golang/protobuf/protoc-gen-go

5，使用 protobuf

1，创建 go 项目

查看 go 版本：

> go version
go version go1.19 linux/amd64

创建一个 go 项目：

> mkdir hello-protobuf
> cd ./hello-protobuf
> go mod init github.com/hello-protobuf	# 使用 Go Module 管理项目，生成 go.mod 文件

下载 protoc-gen-go：

> go get github.com/golang/protobuf/protoc-gen-go

如果无法下载，则可以更换代理地址：

go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn

安装 protoc-gen-go：

> go install github.com/golang/protobuf/protoc-gen-go

最后，将 protoc-gen-go 放在系统目录中：

> cp protoc-gen-go /usr/local/go/bin/

注意：protoc-gen-go 在 $GOPATH/bin 目录中

2，创建 .proto 文件

例如我们现在要传输用户信息，包括 name 和 age 两个字段。

创建 user.proto 文件如下：

syntax = "proto3";

// 这是一行注释

option go_package="./helloworld";

package helloworld;

message User {
	string name = 1;
	int32 age = 2;
}

其中：

syntax：声明 protobuf 的版本，如果不声明，则默认是 proto2。
- 要与 protoc 编译器的版本一致。
option go_package：定义生成的 .pb.go 文件的路径，一般跟 package 包名一致。
package：包名。
message：定义消息结构。
- 一个 proto 文件中可定义 1 个或多个 message
注释：以 // 开头。
标识号：在消息定义中，每个字段都有一个唯一的标识号。
- 标识号是 [0, 2^29 - 1] 范围内的整数
- 示例中的 1 和 2 就是标识号
结尾符号：要以分号 ; 结尾。

3，生成 .pd.go 文件

执行如下命令，生成 .pd.go 文件：

> protoc --go_out=. user.proto

--go_out 用于指定输出目录，它会加载 protoc-gen-go 程序。

4，序列化与反序列化

创建 main.go 文件：

package main

import (
	"fmt"
	"github.com/golang/protobuf/proto"
	"github.com/hello-protobuf/helloworld"
)

func main() {
	user := &helloworld.User{
		Name: "lucy",
		Age:  18,
	}

	// 序列化
	s_user, err := proto.Marshal(user)
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	// 反序列化
	newUser := &helloworld.User{}
	err = proto.Unmarshal(s_user, newUser)
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	fmt.Println(newUser)
}

执行 go 程序：

> go run main.go
——————————————————————
name:"lucy"  age:18

来看下现在的目录结构：

> tree hello-protobuf/
————————————————————————
hello-protobuf/
├── go.mod
├── go.sum
├── helloworld
│   └── user.pb.go
├── main.go
└── user.proto

5，optional 与 repeated 修饰词

例如下面定义：

message User {
	string name = 1;
	int32 age = 2;
	optional string password = 3;
	repeated string addres = 4;
}

生成的 protobuf 结构如下：

type User struct {
	Name     string   `protobuf:"bytes,1,opt,name=name,proto3" json:"name,omitempty"`
	Age      int32    `protobuf:"varint,2,opt,name=age,proto3" json:"age,omitempty"`
	Password *string  `protobuf:"bytes,3,opt,name=password,proto3,oneof" json:"password,omitempty"`
	Addres   []string `protobuf:"bytes,4,rep,name=addres,proto3" json:"addres,omitempty"`
}

optional：表示是一个可选字段
- 对于发送方，在发送消息时，可以有选择性的设置或者不设置该字段的值
- 对于接收方，如果能够识别可选字段就进行相应的处理，如果无法识别，则忽略该字段，消息中的其它字段正常处理
repeated：表示可以包含 0~N 个元素，可看作是数组

6，oneof 修饰词

oneof 表示只设置多个字段中的一个字段。

示例：

message User {
    oneof sex {
        string man = 1;
        string woman = 2;
    }
}

编译后生成的类型如下：

type User struct {
	// Types that are assignable to Sex:
	//
	//	*User_Man
	//	*User_Woman
	Sex isUser_Sex `protobuf_oneof:"sex"`
}

7，enum 与 map 类型

枚举类型，用于限定传入的字段值必须是预定义中的值。

enum 类型：

enum Sex {
    man = 0;	// 必须从 0 开始
    woman = 1;
}

message User {
    Sex sex = 1;
}

map 类型：

message Hello {
	map<string, string> names = 1;
}

8，嵌套类型

message 可以嵌套，称为嵌套类型，嵌套类型可以定义比较复杂的结构体。

嵌套有两种模式：

内部嵌套
外部嵌套（推荐使用）

内部嵌套示例：

message Hello {
	// World 在 Hello 内部
	message World {
		string name = 1;
	}

	World world = 1;
}

外部若想使用内部的 World，语法为 Hello.World

外部嵌套示例：

// World 在 Hello 外部
message World {
	string name = 1;
}

message Hello {
	World world = 1;
}

9，service 定义服务

要想将消息类型用在 RPC 这种，需要使用 service 关键字来定义 RPC 接口。

示例：

// The greeter service definition.
service Greeter {
  // Sends a greeting
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}

// The request message containing the user's name.
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// The response message containing the greetings
message HelloReply {
  string message = 1;
}

service 用于定义 RPC 服务
- Greeter 为 RPC 服务的名称
rpc 是修饰方法的关键字
SayHello 是 RPC 方法名称
- HelloRequest 是入参类型
- HelloReply 是返回值类型

6，gRPC 示例

这里的 gRPC Golang 版示例来自官网：

https://grpc.io/docs/languages/go/quickstart/

下载示例代码：

> git clone -b v1.49.0 --depth 1 https://github.com/grpc/grpc-go.git
> cd grpc-go/examples/helloworld

下文中对官方示例做了一些简化。

1，创建一个 go 项目

> mkdir hello-grpc
> cd ./hello-grpc
> go mod init github.com/hello-grpc	# 使用 Go Module 管理项目，生成 go.mod 文件

2，helloworld.proto 文件

syntax = "proto3";

option go_package = "./helloworld";

package helloworld;

service Greeter {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}

message HelloRequest {
  string name = 1;
}

message HelloReply {
  string message = 1;
}

编译 proto 文件：

> protoc --go_out=plugins=grpc:. helloworld.proto

看下当前的目录结构：

> tree hello-grpc
————————————————————————————
hello-grpc
├── go.mod
├── go.sum
├── helloworld
│   └── helloworld.pb.go
└── helloworld.proto

3，grpc_server.go 文件

package main

import (
    "context"
    "log"
    "net"

    pb "github.com/hello-grpc/helloworld"
    "google.golang.org/grpc"
)

// 定义一个类型
type GreeterServerImp struct {
}

// 实现 GreeterServer 接口中的 SayHello 方法
func (s *GreeterServerImp) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) {
    log.Printf("GreeterServerImp Received: %v", in.GetName())
    return &pb.HelloReply{Message: "Hello " + in.GetName()}, nil
}

func main() {

    s := grpc.NewServer()
    pb.RegisterGreeterServer(s, &GreeterServerImp{})

    lis, err := net.Listen("tcp", ":8888")
    if err != nil {
        log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
    }

    log.Printf("server listening at %v", lis.Addr())

    if err := s.Serve(lis); err != nil {
        log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
    }
}

4，grpc_client.go 文件

package main

import (
    "context"
    "log"
    "time"

    pb "github.com/hello-grpc/helloworld"
    "google.golang.org/grpc"
    "google.golang.org/grpc/credentials/insecure"
)

func main() {

    conn, err := grpc.Dial("localhost:8888", grpc.WithTransportCredentials(insecure.NewCredentials()))
    if err != nil {
        log.Fatalf("did not connect: %v", err)
    }
    defer conn.Close()

    c := pb.NewGreeterClient(conn)

    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
    defer cancel()

    r, err := c.SayHello(ctx, &pb.HelloRequest{Name: "world"})
    if err != nil {
        log.Fatalf("could not greet: %v", err)
    }

    log.Printf("Greeting: %s", r.GetMessage())
}

5，运行程序

运行服务端程序：

> go run grcp_server.go

运行客户端程序：

> go run grcp_client.go
—————————————————————————————————————————
2022/10/07 17:42:03 Greeting: Hello world

（本节完。）