gRPC 及其在微服務通訊中的角色

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gRPC

gRPC（gRPC遠程過程調用）是由Google開發的一個現代、開源、高性能的RPC（遠程過程調用）框架。它旨在促進分布式系統之間的高效通信，特別適用於微服務架構。以下是關於gRPC及其在微服務通信中的作用的解釋：

什麼是gRPC？

gRPC是一種協議，可以使客戶端和服務器應用程序透明通信，更容易構建分布式系統。它使用HTTP/2作為傳輸協議，Protocol Buffers（Protobuf）作為接口定義語言（IDL），並提供身份驗證、負載平衡等功能。

以下是gRPC的一些特點：

與語言無關。gRPC支持多種編程語言，包括Java、Python、Go、C++等。
高效通信。它使用Protobuf進行二進制序列化，比基於文本的格式如JSON更快更節省空間。
基於HTTP/2。gRPC利用HTTP/2，實現多路徑傳輸、流式傳輸、降低延遲等功能。
強類型。服務和消息使用Protobuf定義，確保類型安全性並減少錯誤。
流式支持。 gRPC支持四種類型的流式傳輸：一元、伺服器流、客戶端流和雙向流。

gRPC的運作方式

1. 定義服務和消息

使用Protobuf，您可以定義服務接口（方法）和要交換的消息結構。

ProtoBuf

service Greeter {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse);
}

message HelloRequest {
  string name = 1;
}

message HelloResponse {
  string message = 1;
}

2. 生成程式碼

Protobuf編譯器（protoc）會根據您選擇的編程語言生成客戶端和伺服器端的程式碼。

ProtoBuf

service Greeter {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse);
}

message HelloRequest {
  string name = 1;
}

message HelloResponse {
  string message = 1;
}

3. 實現伺服器

為定義的服務實現伺服器端邏輯。

4. 建立客戶端

使用生成的客戶端程式碼調用伺服器方法。

gRPC在微服務通信中的作用

微服務架構涉及將應用程序拆分為更小、獨立的服務，這些服務通過網絡通信。由於其效率和靈活性，gRPC在此背景下發揮著至關重要的作用。

1. 高性能

gRPC使用Protobuf的二進制序列化，比基於文本的格式如JSON或XML更快速更緊湊。
HTTP/2通過啟用多路複用和標頭壓縮減少延遲時間並提高吞吐量。

2. 嚴格的契約定義

Protobuf強制執行服務之間的嚴格契約，降低通信錯誤的可能性。
通過版本控制管理服務定義的更改，確保向後兼容性。

3. 流媒體功能

gRPC支持雙向流式傳輸，非常適合實時通信，如聊天應用或實時數據傳輸。
服務端和客戶端流式傳輸可有效處理大型數據集或連續數據流。

4. 互通性

gRPC是與語言無關的，允許不同語言編寫的微服務無縫通信。
這在混合微服務環境中特別有用。

5. 內建功能

gRPC提供內建支持身份驗證、加密（通過TLS）和負載平衡等功能，減少對其他庫或工具的需求。

6. 可擴展性

gRPC的輕量級特性和高效通信使其適用於大型規模的微服務部署。
它與容器編排平台（如Kubernetes）很好地集成。

gRPC在微服務中的應用案例

服務間通信。gRPC非常適合在性能關鍵場景下的微服務間通信。
實時系統。其流媒體功能使其適用於遊戲、物聯網或實時分析等實時應用程式。
混合語言環境。當微服務使用不同語言編寫時，gRPC確保無縫通信。
雲原生應用程式。gRPC與Kubernetes和服務網格（例如Istio）等雲原生技術很好地集成。

gRPC 的優點

效率。二進制序列化和HTTP/2使gRPC更快且更節省資源。
類型安全。Protobuf確保強類型，減少運行時錯誤。
跨語言支持。支援多種程式語言。
流式處理。支援進階的流式處理模式，用於即時通訊。

gRPC 的挑戰

複雜性。設置gRPC可能比REST更複雜，因為需要Protobuf定義和代碼生成。
工具支援。相較於REST，調試和測試gRPC服務可能更困難，因為諸如Postman之類的工具並非為gRPC原生設計。
瀏覽器支援。瀏覽器不原生支援gRPC，需要像gRPC-Web這樣的工具用於基於Web的客戶端。

為何使用 Spring Boot 搭配 gRPC？

Spring Boot 是一個用於構建Java應用程式的流行框架，將其與gRPC結合可讓開發人員創建高效、可擴展和互操作的服務。借助Spring Boot的自動配置和依賴注入，整合gRPC變得簡單明了。

構建應用程式的步驟

我們將構建一個名為Greeter的簡單gRPC服務，允許客戶端向服務器發送名稱並收到“Hello, {name}!”的回應。以下是我們的做法：

使用 Protocol Buffers 定義 gRPC 服務。
從 .proto 檔案生成 Java 類別。
在 Spring Boot 中實現 gRPC 伺服器。
在 Spring Boot 中實現 gRPC 客戶端。
添加一個 REST 控制器以調用 gRPC 客戶端進行測試。
運行應用程式並測試通訊。

1. 定義 gRPC 服務（.proto 檔案）

第一步是使用 Protocol Buffers 定義 gRPC 服務。在 src/main/proto 目錄中創建一個名為 greeter.proto 的檔案：

ProtoBuf

syntax = "proto3";

option java_multiple_files = true;
option java_package = "com.example.grpc";
option java_outer_classname = "GreeterProto";
service Greeter {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse);
}
message HelloRequest {
  string name = 1;
}
message HelloResponse {
  string message = 1;
}

此檔案定義：

具有 SayHello RPC 方法的 Greeter 服務。
包含一個 name 欄位的 HelloRequest 訊息。
包含一個 message 欄位的 HelloResponse 訊息。

2. 添加相依性

要在 Spring Boot 中使用 gRPC，請將以下相依性添加到您的 pom.xml 中：

XML

<dependencies>
    <!-- Spring Boot Starter -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
    </dependency>
<!-- Spring Boot Web for REST Controller -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <!-- gRPC dependencies -->
    <dependency>
        <groupId>net.devh</groupId>
        <artifactId>grpc-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>2.14.0.RELEASE</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.grpc</groupId>
        <artifactId>grpc-netty-shaded</artifactId>
        <version>1.54.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.grpc</groupId>
        <artifactId>grpc-protobuf</artifactId>
        <version>1.54.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.grpc</groupId>
        <artifactId>grpc-stub</artifactId>
        <version>1.54.0</version>
    </dependency>
    <!-- Protobuf Java Format -->
    <dependency>
        <groupId>com.google.protobuf</groupId>
        <artifactId>protobuf-java</artifactId>
        <version>3.22.2</version>
    </dependency>
</dependencies>
<build>
    <plugins>
        <!-- Protobuf Compiler Plugin -->
        <plugin>
            <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
            <version>0.6.1</version>
            <configuration>
                <protocArtifact>com.google.protobuf:protoc:3.22.2:exe:${os.detected.classifier}</protocArtifact>
                <pluginId>grpc-java</pluginId>
                <pluginArtifact>io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.54.0:exe:${os.detected.classifier}</pluginArtifact>
            </configuration>
            <executions>
                <execution>
                    <goals>
                        <goal>compile</goal>
                        <goal>compile-custom</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

這些相依性包括：

Spring Boot Starter 用於基本應用程式設置。
Spring Boot Web 用於 REST 控制器支援。
用於伺服器和客戶端實現的 gRPC 函式庫。
用於序列化和反序列化的 Protobuf。

3. 生成 Java 類別

運行以下 Maven 命令從 .proto 檔案生成 Java 類別：

Plain Text

mvn clean compile

這將在 target/generated-sources 目錄中生成 GreeterGrpc 和相關類。

4. 實現 gRPC 伺服器

接下來，在 Spring Boot 中實現 gRPC 伺服器。創建一個名為 GreeterService 的類：

Java

package com.example.grpc.server;

import com.example.grpc.GreeterGrpc;
import com.example.grpc.GreeterProto.HelloRequest;
import com.example.grpc.GreeterProto.HelloResponse;
import io.grpc.stub.StreamObserver;
import net.devh.boot.grpc.server.service.GrpcService;
@GrpcService
public class GreeterService extends GreeterGrpc.GreeterImplBase {
    @Override
    public void sayHello(HelloRequest request, StreamObserver responseObserver) {
        String name = request.getName();
        String message = "Hello, " + name + "!";
        HelloResponse response = HelloResponse.newBuilder().setMessage(message).build();
        // 發送回應
        responseObserver.onNext(response);
        responseObserver.onCompleted();
    }
}

此類擴展生成的 GreeterGrpc.GreeterImplBase 並實現 sayHello 方法以處理傳入請求。

5. 實現 gRPC 客戶端

現在，在 Spring Boot 中實現 gRPC 客戶端。創建一個名為 GreeterClient 的類：

Java

package com.example.grpc.client;
import com.example.grpc.GreeterGrpc;
import com.example.grpc.GreeterProto.HelloRequest;
import com.example.grpc.GreeterProto.HelloResponse;
import io.grpc.ManagedChannel;
import io.grpc.ManagedChannelBuilder;
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class GreeterClient {
    private final GreeterGrpc.GreeterBlockingStub blockingStub;
    public GreeterClient() {
        ManagedChannel channel = ManagedChannelBuilder.forAddress("localhost", 9090)
                .usePlaintext()
                .build();
        this.blockingStub = GreeterGrpc.newBlockingStub(channel);
    }
    public String sayHello(String name) {
        HelloRequest request = HelloRequest.newBuilder().setName(name).build();
        HelloResponse response = blockingStub.sayHello(request);
        return response.getMessage();
    }
}

此客戶端連接到 gRPC 伺服器並向 SayHello 方法發送請求。

6. 添加用於測試的 REST 控制器

為了更容易測試 gRPC 客戶端，我們將添加一個 REST 控制器來公開一個端點以調用 GreeterClient。創建一個名為 GreeterController 的類：

Java

package com.example.grpc.controller;
import com.example.grpc.client.GreeterClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class GreeterController {

    private final GreeterClient greeterClient;

    @Autowired
    public GreeterController(GreeterClient greeterClient) {
        this.greeterClient = greeterClient;
    }

    @GetMapping("/greet")
    public String greet(@RequestParam String name) {
        return greeterClient.sayHello(name);
    }
}

此控制器公開一個 /greet 端點，接受一個 name 參數並返回來自 gRPC 伺服器的回應。

7. 創建 Spring Boot 應用程式

最後，創建一個 Spring Boot 應用程式來運行伺服器和客戶端：

Java

package com.example.grpc;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication
public class GrpcApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GrpcApplication.class, args);
    }
}

8. 配置伺服器端口

將以下配置添加到 application.properties 中：

Plain Text

# gRPC 伺服器端口
grpc.server.port=9090

# Spring Boot 伺服器端口
server.port=8080

9. 運行應用程式

啟動 Spring Boot 應用程式。
gRPC 伺服器將在端口 9090 上啟動。
REST 控制器將在端口 8080 上提供。

您可以通過向 /greet 端點發送 GET 請求來測試應用程序：

Plain Text

curl http://localhost:8080/greet?name=World

響應將是：

Plain Text

"Hello, World!"

為 Spring Boot 選擇正確的 gRPC 库

在構建需要 gRPC 整合的 Spring Boot 應用程序時，開發人員通常需要在幾個庫之間進行選擇。最常討論的選項是 net.devh.grpc、org.lognet.grpc 和 org.springframework.grpc。

這些庫各自具有自己的優勢、劣勢和使用案例。讓我們探索這些庫之間的區別、它們的功能以及您應該為您的項目使用哪一個。

1. net.devh.grpc（grpc-spring-boot-starter）

net.devh.grpc，也被稱為 grpc-spring-boot-starter，是一個廣泛使用的庫，用於將 gRPC 與 Spring Boot 集成。它受到積極維護，並為在 Spring Boot 應用程序中構建 gRPC 伺服器和客戶端提供了一套強大的功能。

主要功能

自動配置。簡化了 gRPC 伺服器和客戶端的設置。
Spring 整合。支持依賴注入和其他 Spring 功能。
Spring 安全。輕鬆與 Spring Security 集成以進行安全通信。
健康檢查。通過 Spring Boot Actuator 提供健康檢查。
同步和異步通信。支持這兩種通信方式。

為什麼使用它？

積極維護。該庫正在積極維護和更新。
全面文檔。有大型社區支持的詳細文檔。
適用於生產環境。在生產環境中被廣泛使用。

什麼時候使用它？

如果您正在構建一個新的Spring Boot應用程序，並且需要可靠的、功能豐富的gRPC集成。
如果您想要與Spring Boot的功能（如依賴注入、安全性和健康檢查）無縫集成。

2. org.lognet.grpc（grpc-spring-boot-starter）

org.lognet.grpc是另一個用於將gRPC與Spring Boot集成的庫。然而，與后者相比，它的維護活動較少，並且缺少一些高級功能。

主要功能

基本gRPC設置。為gRPC服務器和客戶端提供基本支持。
Spring Boot集成。與Spring Boot合作，但功能較少。

為什麼使用它？

歷史使用。它是早期用於gRPC和Spring Boot集成的庫之一。
簡單易用。適用於簡單的用例。

什麼時候使用它？

如果您正在為已經使用此庫的舊項目工作。
由於維護有限且功能較少，不建議用於新項目。

3. org.springframework.grpc（Spring gRPC）

org.springframework.grpc 是一個實驗性或由社區驅動的努力，旨在將 gRPC 整合到 Spring 中。這不是官方的 Spring 項目，可能不像 net.devh.grpc 那樣成熟或功能豐富。

主要功能

基本的 gRPC 整合。為 gRPC 服務器和客戶端提供基本支持。
與 Spring 生態系統的對齊。設計與 Spring 生態系統密切對齊。

為什麼使用它？

實驗性用途。適合進行實驗或為該項目做出貢獻。
Spring 對齊。如果您更喜歡使用與 Spring 緊密對齊的東西。

何時使用它？

僅當您在探索或為該項目做出貢獻時。
由於其實驗性質，不建議用於生產環境。

應該使用哪個？

對於新項目

使用 net.devh.grpc（grpc-spring-boot-starter）。這是與 Spring Boot 整合 gRPC 的最成熟、積極維護和功能豐富的選項。其與 Spring Boot 功能的無縫整合使其成為新項目的最佳選擇。

對於現有項目

如果您已經在使用org.lognet.grpc，請考慮遷移到net.devh.grpc以獲得更好的支持和功能。雖然org.lognet.grpc可能適用於舊項目，但缺乏net.devh.grpc的積極維護和高級功能。

用於實驗用途

如果您正在探索或參與Spring gRPC集成，可以考慮使用org.springframework.grpc。但由於其實驗性質，不建議用於生產環境。

關鍵考慮因素

社區支持。net.devh.grpc擁有更大的社區和更好的文檔，使之更容易尋找幫助和資源。
生產就緒性。net.devh.grpc在生產環境中被廣泛使用，被認為是穩定可靠的。
使用便捷性。net.devh.grpc提供自動配置和與Spring Boot的無縫集成，降低了設置的複雜性。

結論

gRPC是一個強大的微服務通信工具，提供高性能、強類型和諸如流式處理等高級功能。儘管與REST相比，它需要更多的初始設置，但其效率和可擴展性使其成為現代分佈式系統的優秀選擇。

隨著微服務架構變得越來越複雜，gRPC 在促進服務之間無縫通信方面扮演著越來越重要的角色。在本文中，我們使用 Spring Boot 3 構建了一個簡單的 gRPC 客戶端和服務器應用程序，使用 Protocol Buffers 定義了一個 gRPC 服務，生成了 Java 類，實現了服務器和客戶端，並添加了一個 REST 控制器，以便進行輕鬆測試。這個示例展示了使用 gRPC 構建高性能、可擴展和互操作的服務的功能和簡單性。您可以通過更複雜的服務、流式傳輸或錯誤處理進一步擴展它。祝您編碼愉快！

GitHub 存儲庫: grpc-client-and-server-with-spring-boot。

Source:
https://dzone.com/articles/understanding-grpc-and-its-role-in-microservices-c