什么是gRPC？

Google远程过程调用（gRPC）是一款高性能开源框架，用于通过HTTP/2实现API。它旨在帮助开发人员更轻松地构建分布式应用程序，尤其适用于代码可能在不同计算机上运行的情况。

Google远程过程调用（gRPC）是一种高性能开源框架，用于通过HTTP/2实现API。它旨在帮助开发者更轻松地构建分布式应用程序，尤其适用于代码可能在不同计算机上运行的情况。

gRPC最初由Google开发，用于实现远程过程调用（RPC）。如今，gRPC是云原生计算基金会的孵化项目，这意味着它已用于生产环境，并得到活跃贡献者群体的支持。

为什么要创建gRPC？

要了解Google为何开发gRPC，我们先简要回顾一下API设计的发展历程。

RPC是设计和构建API的早期方式之一。借助RPC，您可以像编写在本地计算机上运行的代码一样进行编码，但实际上调用的可能是另一台计算机（通常位于本地网络中）上运行的服务。

在实践中，开发人员可以直接执行操作（如 SendUserMessages、addEntry 等），无需考虑网络细节。RPC 消息轻量且高效，但与底层系统紧密耦合，因此难以集成和更改，也更容易泄露系统的详细信息。

引入REST API架构后，它通过提供一种使用通用HTTP方法（如GET、POST、PUT和DELETE）访问数据和资源的统一方式，解决了其中一些难题。虽然REST简化了数据访问，但API返回的元数据往往超出实际需要。REST API还需要更多网络相关信息（例如请求的发送位置），因此不如RPC轻量、高效。

gRPC 有哪些优势？

gRPC采用较新的技术，对传统RPC方法进行了改进，使其具备互操作性并提高效率。如今，在为微服务架构开发API时，gRPC是一个颇具吸引力的选择。

gRPC的一些优势包括：

• 性能：gRPC使用HTTP/2作为传输协议，并默认使用Protocol Buffers，因此性能可能优于REST和JSON通信。
• 流式传输：gRPC支持为事件驱动型架构提供数据流式传输，例如服务器端流式传输、客户端流式传输，以及可同时发送客户端请求和服务器响应的双向流式传输。
• 互操作性：gRPC支持多种编程语言，并内置代码生成功能，包括C++、Java、Python、PHP、Go、Ruby、C#、Node.js等。
• 安全性：gRPC提供可插拔的身份验证、跟踪、负载均衡和运行状况检查，有助于提升安全性和韧性。
• 云原生：gRPC非常适合基于容器的部署，并兼容现代云技术，例如Kubernetes和Docker。

总体而言，gRPC提供了一个高性能且灵活的框架，非常适合高度分布式微服务架构中的服务间通信。

了解gRPC：基本概念

gRPC的优势和益处主要源于采用了两项技术：

• 用于构建消息结构的Protocol Buffers
• 使用HTTP/2作为传输层

使用Protocol Buffers构建消息结构

gRPC使用Protocol Buffers（或称Protobuf）而非XML或JSON来定义服务和消息。它是一种与语言无关的机制，用于序列化服务之间传递的结构化消息。

与REST API的OpenAPI规范概念类似，gRPC中的API契约通过.proto文本文件实现，开发者可在其中定义所需的数据结构。随后，protoc编译器会自动将.proto文本文件编译为任何受支持的语言。运行时，消息会经过压缩并以二进制格式发送。

这带来了两项主要优势：

• gRPC采用二进制格式表示数据，可减小消息大小，因此占用的CPU资源更少。
• 明确定义架构，确保客户端与服务器之间顺畅交换消息，从而减少错误。

以HTTP/2作为传输层

传统上，REST API使用HTTP/1.1作为传输层。虽然REST API也可以通过HTTP/2传输，但gRPC仅使用HTTP/2，因此具备一些关键优势。其中一项优势是能够以二进制格式传输数据。此外，HTTP/2支持并行处理多个请求，而不必逐个处理。通信也是双向的，这意味着单个连接可以同时发送请求和响应。

总体而言，这可以提升性能并降低网络利用率，在繁忙的微服务架构中尤其有价值。不过，它也存在一些限制。现代Web浏览器通常不支持HTTP/2，因此可能需要使用NGINX等反向代理来交付应用。

gRPC 与 REST 对比

目前，REST是广泛采用的API设计风格，因此可作为与gRPC进行比较的实用参照。REST和gRPC都是为Web应用和微服务构建API的有效方法，两者并无绝对优劣之分。不过，了解它们的主要区别有助于根据具体需求选择合适的工具。

gRPC与REST之间的一些主要区别可归为以下几类：

• 协议
• 数据格式
• 流式传输
• API设计
• 性能
• 错误处理
• 语言支持

协议

虽然REST API可以利用HTTP/2，但RESTful服务传统上使用基于文本的HTTP/1.1作为传输层。gRPC仅使用HTTP/2，这种二进制协议效率更高，并支持标头压缩以及在单个TCP连接上进行多路复用等功能。

数据格式

REST API通常使用JSON作为发送和接收数据的数据格式。JSON基于文本，易于读写，并受到广泛支持。gRPC API使用Protobuf，其二进制格式可减小有效负载并加快交互速度。不过，Protobuf本身不易直接读取。

流式传输

REST API支持请求-响应模型，但对流式传输的支持有限。相比之下，gRPC API通过HTTP/2传输，并支持多种通信模式，包括一元调用（请求-响应）、服务器流式传输、客户端流式传输和双向流式传输。

API设计

REST是一种以资源为中心的模型，支持GET、POST、PUT和DELETE等标准HTTP方法。每个请求都必须包含处理该请求所需的全部信息。此外，API契约通常使用OpenAPI规范编写，而客户端和服务器端的编码则作为单独的步骤进行。相比之下，gRPC是一种以服务为中心的模型，其消息和服务在.proto文件中定义。该文件可用于为API客户端和服务器端生成代码。

性能

REST通过HTTP/1.1传输基于文本的数据，因此速度可能较慢。每个请求都需要进行TCP握手，这可能会带来一定延迟。gRPC支持通过HTTP/2使用多个流，因此多个客户端可以同时发送多个请求，而无需建立新的TCP连接。它还可利用HTTP/2的标头压缩等功能。

错误处理

REST使用标准HTTP状态码处理错误。相比之下，gRPC可以更精细地定义错误状态码，并确保其一致性。默认情况下，gRPC模型的功能较为有限，但通常会使用功能更丰富的Google开发的错误模型进行扩展。

语言支持

几乎所有编程语言都广泛支持REST，但REST不提供内置的代码生成功能，具体实现完全由开发者负责。借助protoc编译器，gRPC可为多种编程语言生成原生代码。

是否应使用gRPC替代REST？

总之，选择gRPC还是REST取决于需要实现的目标。gRPC为分布式应用中的服务通信提供了一种高效且高性能的方式。不过，Web浏览器和其他客户端无法直接读取gRPC，因此需要通过API网关或NGINX等反向代理与前端客户端交互。对于事件驱动型微服务架构中的内部API，gRPC是一个理想选择。

相比之下，REST应用广泛，几乎支持所有语言。由于使用JSON或XML交换数据，因此人和机器都可以读取。此外，REST入门学习成本低得多，并且受到许多Web浏览器的支持，非常适合公开API。

gRPC微服务架构

gRPC是微服务架构中广受认可的通信方案之一。这不仅得益于其性能，还得益于灵活的语言支持。开发人员可以轻松构建和生成以其首选语言运行的gRPC客户端和服务器。由于gRPC以二进制格式描述API契约，因此无论使用何种语言构建，微服务都可以相互通信。

一种常见的基于gRPC的微服务架构是在微服务前部署API网关，并通过gRPC处理所有内部通信。API网关处理通过HTTP/1.1传入的请求，并将其作为基于HTTP/2的gRPC请求代理到微服务。

gRPC安全问题

随着gRPC的采用日益广泛，开发人员和安全运营团队需要确保部署有效的安全解决方案。由于gRPC消息采用二进制格式，依赖ASCII通信的设备和工具可能会出现问题。

gRPC API也容易受到多种常见的API安全威胁。访问控制、加密和运行时保护等标准API安全实践，在基于gRPC的架构中同样重要。

gRPC安全建议

保障gRPC应用和API的安全需要采用整体方法。保护gRPC的建议做法包括：

• 架构验证：通过验证gRPC消息中的每个字段是否具有正确的类型和预期内容，阻止恶意利用。
• 数据掩码：对信用卡号和社会保障号码等敏感数据进行掩码处理，或阻止其离开系统。
• 速率限制：严格限制请求的大小和数量，防止资源耗尽型DoS攻击。
• 访问控制：在允许客户端访问服务之前，强制执行身份验证和授权。
• 加密：使用传输层安全协议（TLS）保护传输中的消息。

最后，应确认所使用的API网关、Web应用防火墙（WAF）及其他API管理和安全工具能够在生产环境中保护gRPC应用和API。这些工具应能够导入每项服务的.proto文件，并利用该文件为gRPC应用和API实施安全防护。

总结

gRPC日益受到开发者以及众多大型企业的青睐，例如Netflix和Lyft都将其作为微服务架构中的一种常用替代方案。不过，gRPC并不能取代REST API，也并非天然优于其他API构建方式。如果主要为内部微服务环境构建API，并且需要高效的实时通信，gRPC只是一个可考虑的替代方案。

展望未来，凭借性能优势和开发便捷性，gRPC可能会继续在云原生应用中得到更广泛的采用。与此同时，需要公开提供API的开发者仍会在应用中使用REST。由于具备向后兼容性，并与现有API基础设施和运维体系深度集成，REST也将继续用于云原生环境。