grpc教程grpc的底层原理

Posted 2021-07-09 b站lishinho杂货铺

grpc构建在两个快速高效的协议之上，也就是protocol buffers和http/2。

protocol buffers是一个语言中立，平台无关的数据序列化协议。当序列化完成后，该协议会生成二进制载荷，这种载荷波json载荷更小，并且是强类型的。

HTTP/2是http的第二个主版本，完全多路复用意味着http/2可以在tcp连接上并行发送多个数据请求。

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通过网络实现rpc流程

以下是grpc调用时一个简单的流程：

1.客户端进程通过protoc生成的编码的stub，并调用具体方法。

2.客户端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，要调用的远程方法是以单独的HTTP头信息发送的。

3.HTTP请求通过网络发送到服务器端。

4.服务端接收到消息后检查头信息，从而确定需要调用的服务方法，然后将消息传递给服务器处理。

5.服务器将消息字节解析成特定语言的数据结构。

6.服务器骨架对解析后的方法进行本地调用。

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使用protocol buffers编码

使用protocol buffers编码消费

grpc使用proto文件编写服务定义，使用protocol buffers定义服务。proto语法有proto2和proto3版本，它们之间还是有区别的。

比如制定变量规则，在 proto3 中，可以给变量指定以下两个规则：

singular：0或者1个，但不能多于1个。

repeated：任意数量（包括0）当构建 message 的时候，build 数据的时候，会检测设置的数据跟规则是否匹配。

在proto2中，规则为：

required：必须有一个

optional：0或者1个

repeated：任意数量（包括0）

例子：

// 指定使用proto3，如果不指定的话，编译器会使用proto2去编译syntax = "proto3"; //[proto2|proto3]
message SearchRequests { // 定义SearchRequests的成员变量，需要指定：变量类型、变量名、变量Tag string query = 1; int32 page_number = 2; int32 result_per_page = 3;}

在创建消息实例的过程时，对应的字节内容会包含一个用于字段的标识符，随后是其编码的值。在字段的标识符也被称为标签(tag)。

标签由两个值构成：字段索引和线路类型。

字段索引就是在proto文件中定义消息时，为每个消息字段所设置的唯一数字。线路类型是基于字段类型，也就是能够为字段输入值的数据类型。线路类型会提供信息来确定值，会占3位。

protocol buffers支持各种字段类型，有些字段类型有不同的编码机制。比如int32,int64,uint32,uint64,sint32(高效编码负数),sint64(高效编码负数)

基于长度前缀的消息分帧

消息分帧会构建消息和通信，以便于目标受众很容易提取信息，对于grpc使用了长度前缀分帧的消息分帧技术。

长度前缀分帧是指在写入消息本身前，根据消息的proto定义写入长度信息来表明每条信息的大小。在grpc中每条消息有额外的4字节用来设置其大小，也就意味着grpc通信可以处理大小不超过4GB的所有消息。

所以一旦更改了proto消息中的字段类型，其实会影响整个消息队列的，客户端接收到的消息不仅仅是单个字段不可用，而是整个消息都因错乱而解析不了。

因此使用grpc时，一定要保持协议一致。

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基于http/2的grpc

在http/2中客户端和服务器所有通信都是通过一个tcp连接完成的，这个连接可以传送任意数量的双向字节流。

一些基本概念：

流：在一个建立的连接上的双向字节流，一个流可以携带一条或多条消息。

帧：http/2中最小的通信单元，每一帧都包含一个帧头，它至少要标记该帧所属的流。

消息：完整的帧序列，映射为一条逻辑上的http消息。由一帧或多帧组成。这样的话，允许消息进行多路复用，客户端和服务端能将消息分解成独立的帧，交叉发送它们，然后在另一端进行重新组合。

http/2的基本解释（此处来源网络）：

HTTP/2主要是为了解决现HTTP 1.1性能不好的问题才出现的。当初Google为了提高HTTP性能，做出了SPDY，它就是HTTP/2的前身，后来也发展成为HTTP/2的标准。

HTTP/2兼容HTTP 1.1，例如HTTP Method，Status code，URI以及大部分Header Fields。

HTTP/2通过以下方法减少延迟，用来改进页面加载的速度，

1. HTTP Header的压缩采用的是HPack算法。

2. HTTP/2的Server Push，非常重要的一个特性。

3. 请求的pipeline。

4. 修复在HTTP 1.x的队头阻塞问题。

5. 在单个TCP连接里多工复用请求。

HTTP/2支持HTTP 1.1里的大部分use case，例如桌面浏览器、移动浏览器、Web API、Web Server、代理服务器、反向代理服务器、防火墙和CDN等。