go语言｜ grpc原理介绍（三）

了解 gRPC 通信模式中的消息流

gRPC 支持四种通信模式，分别是简单 RPC、服务端流式 RPC、客户端流式 RPC 和双向流式 RPC。

简单 RPC

在gRPC中，一个简单的RPC调用遵循请求-响应模型，通常涉及以下几个关键步骤和组件：

请求头（Request Header）: 客户端（Client）发起请求时，首先发送一个请求头，其中包含元数据，如目标服务、方法等。
长度前缀消息（Length-Prefixed Message）:在请求头后面，客户端发送实际的RPC消息。这个消息一般会有一个长度前缀，以便服务端（Server）可以准确地解析它。
数据帧（Data Frames）: 一个消息可能会分成多个数据帧进行传输，这取决于消息的大小和底层传输协议的限制。
流结束标志（EOS, End Of Stream）:客户端在发送完所有数据帧后会设置一个EOS标志。这标志着客户端对该请求的“半关闭”状态，意味着客户端将不再发送更多数据，但仍然可以接收来自服务端的响应。
响应头（Response Header）: 服务端在收到并解析完整的请求消息后，首先发送一个响应头。
响应消息（Response Message）: 随后，服务端发送实际的响应消息，该消息也是一个长度前缀的格式。
Trailers: 最后，服务端通过发送一个带有状态详细信息的Trailers头来结束通信。

服务端流式 RPC

从 client 端的角度来看，简单 RPC 和服务端流式 RPC 具有相同的请求消息流。在这两种情况下，我们都会发送一条请求消息。主要区别在于 server 端。server 端会发送多条消息，而不是向 client 端发送一条响应消息。server 端一直等待，直到收到完整的请求消息，之后发送响应头和多个带长度前缀的消息。一旦 server 端发送带有状态详细信息的 Trailers 标头，通信就会结束。

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客户端流式 RPC

在客户端流式 RPC 中，client 端向 server 端发送多条消息，server 端发送一条响应消息作为回复。client 端首先通过发送请求头帧建立与 server 端的连接。建立连接后，client 端会向 server 端发送多个长度前缀消息作为数据帧。最后，client 端通过在最后一个数据帧中发送一个 EOS 标志来半关闭连接。同时，server 端读取从 client 端接收到的消息。一旦接收到所有消息，server 端就会发送响应消息以及 Trailers 标头并关闭连接。
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双向流式 RPC

在此模式中，client 端通过发送请求头帧来建立连接。一旦建立连接，client 端和 server 端都可以直接发送多个长度前缀消息，而无需等待对方完成。双方都可以自主结束连接，这意味着他们不能再发送任何消息。

gRPC 实现架构

如下图所示，gRPC 采用分层架构实现。

在这里插入图片描述
在gRPC的架构中，核心组件分为以下几层：

gRPC Core 层: 这是gRPC架构中的底层，负责网络操作的所有底层细节。它提供了一组核心API和功能，如流控制、安全认证、以及其他低级网络操作。
语言绑定（Language Bindings）: gRPC原生支持C/C++、Go和Java，但也提供了多种流行编程语言的语言绑定，包括Python，Ruby、PHP等。这些绑定通常是对gRPC Core层的C API的高级包装，使得在特定语言中使用gRPC更加方便。
应用层（Application Layer）: 这一层位于语言绑定之上，处理应用逻辑和数据编码逻辑。开发人员通常使用IDL（接口定义语言）编译器，如Protocol Buffers编译器，为特定的数据结构生成源代码。这些生成的代码会被集成到应用层逻辑中，用于序列化和反序列化消息。

通过这种层次结构，gRPC实现了从底层网络操作到高级应用逻辑的完全抽象，允许开发人员集中精力在RPC逻辑的实现上，而无需担心底层的网络细节。这种架构不仅使得代码更易于管理和扩展，还支持跨语言和跨平台的通信，大大提高了开发效率。

Q&A

gRPC Metadata 是通过什么传输？

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在gRPC中，Metadata是通过HTTP/2 headers和trailers来传输的。Metadata是键值对的集合，用于传递与请求或响应相关的附加信息。这些信息可能包括诸如认证令牌、自定义消息头、请求ID等。

请求头（Request Headers）: 在一个gRPC调用开始时，客户端会发送HTTP/2 headers，其中可以包括初始化该调用所需的Metadata。例如，这里可能包含身份验证相关的令牌。
响应头（Response Headers）: 与之类似，服务端在响应开始时也会发送HTTP/2 headers，这些也可以携带Metadata。这通常用于传递关于请求状态或其他重要信息的指示。
Trailers: 在请求或响应完成时，可以通过HTTP/2 trailers发送额外的Metadata。这常用于携带状态信息，例如gRPC的状态码和错误消息。

在一个典型的gRPC调用中，客户端会首先发送包含Metadata的HTTP/2 headers，然后发送编码后的RPC message。服务端在接收到这些信息后，会解析Metadata和RPC message，并根据这些执行相应的操作，然后返回响应和响应的Metadata。

调用 grpc.Dial 会真正的去连接服务端吗？

会，但是是异步连接的，连接状态为正在连接。但如果你设置了 grpc.WithBlock 选项，就会阻塞等待（等待握手成功）。另外你需要注意，当未设置 grpc.WithBlock 时，ctx 超时控制对其无任何效果。

调用 ClientConn 不 Close 会导致泄露吗？

会，除非你的客户端不是常驻进程，那么在应用结束时会被动地回收资源。但如果是常驻进程，你又真的忘记执行 Close 语句，会造成的泄露。如下图：

不控制超时调用的话，会出现什么问题？

短时间内不会出现问题，但是会不断积蓄泄露，积蓄到最后当然就是服务无法提供响应了。如下图：
在这里插入图片描述

为什么默认的拦截器不可以传多个？

func chainUnaryClientInterceptors(cc *ClientConn) {
    interceptors := cc.dopts.chainUnaryInts
    if cc.dopts.unaryInt != nil {
        interceptors = append([]UnaryClientInterceptor{cc.dopts.unaryInt}, interceptors...)
    }
    var chainedInt UnaryClientInterceptor
    if len(interceptors) == 0 {
        chainedInt = nil
    } else if len(interceptors) == 1 {
        chainedInt = interceptors[0]
    } else {
        chainedInt = func(ctx context.Context, method string, req, reply interface{}, cc *ClientConn, invoker UnaryInvoker, opts ...CallOption) error {
            return interceptors[0](ctx, method, req, reply, cc, getChainUnaryInvoker(interceptors, 0, invoker), opts...)
        }
    }
    cc.dopts.unaryInt = chainedInt
}

当存在多个拦截器时，取的就是第一个拦截器。因此结论是允许传多个，但并没有用。

真的需要用到多个拦截器的话，怎么办？

可以使用 go-grpc-middleware 提供的 grpc.UnaryInterceptor 和 grpc.StreamInterceptor 链式方法，方便快捷省心。

频繁创建 ClientConn 有什么问题？

这个问题我们可以反向验证一下，假设不共用 ClientConn 看看会怎么样？如下:

func BenchmarkSearch(b *testing.B) {
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        conn, err := GetClientConn()
        if err != nil {
            b.Errorf("GetClientConn err: %v", err)
        }
        _, err = Search(context.Background(), conn)
        if err != nil {
            b.Errorf("Search err: %v", err)
        }
    }
}

输出结果

    ... connection error: desc = "transport: Error while dialing dial tcp :10001: socket: too many open files"
    ... connection error: desc = "transport: Error while dialing dial tcp :10001: socket: too many open files"
    ... connection error: desc = "transport: Error while dialing dial tcp :10001: socket: too many open files"
    ... connection error: desc = "transport: Error while dialing dial tcp :10001: socket: too many open files"
FAIL
exit status 1

当你的应用场景是存在高频次同时生成/调用 ClientConn 时，可能会导致系统的文件句柄占用过多。这种情况下你可以变更应用程序生成/调用 ClientConn 的模式，又或是池化它，这块可以参考 grpc-go-pool 项目。

客户端请求失败后会默认重试吗？

会不断地进行重试，直到上下文取消。而重试时间方面采用 backoff 算法作为的重连机制，默认的最大重试时间间隔是 120s。

为什么要用 HTTP/2 作为传输协议？

许多客户端要通过 HTTP 代理来访问网络，gRPC 全部用 HTTP/2 实现，等到代理开始支持 HTTP/2 就能透明转发 gRPC 的数据。不光如此，负责负载均衡、访问控制等等的反向代理都能无缝兼容 gRPC，比起自己设计 wire protocol 的 Thrift，这样做科学不少。

总结

gRPC 是一个高性能的远程过程调用（RPC）框架，它主要依赖于两个关键技术：Protocol Buffers和HTTP/2。

Protocol Buffers:这是一个高效的数据序列化协议，用于编码和解码消息。由于其二进制格式和强类型定义，它通常比传统的JSON或XML更高效，具有更小的数据尺寸和更快的序列化/反序列化速度。这种优化的数据表达方式在网络传输中起到了至关重要的作用，尤其是在需要低延迟和高吞吐量的场景中。
HTTP/2: 相较于其前身HTTP/1.x，HTTP/2提供了多路复用（Multiplexing）功能，使得多个请求和响应可以在单一的TCP连接上并行传输。这减少了网络延迟，并允许更高效的资源利用。此外，HTTP/2还支持其他高级特性，如头部压缩、优先级设置等，进一步优化了网络性能。

结合这两个高效的协议，gRPC能够提供低延迟、高吞吐量和高可扩展性，使其成为一个理想的选择用于构建分布式系统和微服务架构。同时，多路复用和高效的数据序列化也使得gRPC非常适用于移动应用、IoT设备以及其他网络受限的场景。