Go 中的 gRPC 入门详解

2024-01-01 10:05:16

Go GRPC 入门
GRPC

Go GRPC 入门

1，安装包

grpc

golang-grpc 包提供了 gRPC 相关的代码库，通过这个库我们可以创建 gRPC 服务或客户端，首先需要安装他。

go get -u google.golang.org/grpc

协议插件

要玩 gRPC，自然离不开 proto 文件，需要安装两个包，用于支持 protobuf 文件的处理。

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

注：GOPATH/bin 下有个 protoc-gen-go.exe 文件，然而这个只是 protoc 的插件，他本身不是 protoc 工具。。。

Protocol Buffers

Protocol Buffers 是一个与编程语言无关、与平台无关的可拓展机制，用于序列化结构数据，是一种数据交换格式，gRPC 使用 protoc 作为协议处理工具。

学习 Go 的 gRPC 时，有个坑，很多文章里面都没有说到要安装这个，执行命令提示不存在 protoc 命令。

首先到 https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases 下载相应的包，例如笔者下载的是 protoc-3.15.6-win64.zip。

解压后，复制里面的 bin\protoc.exe 文件，复制到 GOPATH\bin 命令，跟 protoc-gen-go.exe 放一起。

测试

以上都妥当后，我们在一个新的目录，创建一个 test.proto 文件，其内容示例如下如下：

注：protoc-3.15.6-win64\include\google\protobuf 目录也有很多示例。

syntax = "proto3";

// 包名
package  test;

// 指定输出 go 语言的源码到哪个目录以及文件名称
// 最终在 test.proto 目录生成 test.pb.go
// 也可以只填写 "./"
option go_package = "./;test";

// 如果要输出其它语言的话
// option csharp_package="MyTest";

service Tester{
  rpc MyTest(Request) returns (Response){}
}

// 函数参数
message  Request{
  string  jsonStr = 1;
}

// 函数返回值
message  Response{
  string  backJson = 1;
}

然后在 proto 所在目录，执行命令将 proto 转换为相应的编程语言文件。

protoc --go_out=plugins=grpc:. *.proto

会发现在当前目录输出了 test.pb.go 文件。

2，gRPC 服务端

创建一个 go 程序，把 test.pb.go 复制放到在 main.go 目录，在 main.go 引入 grpc：

import (
	"context"
	"fmt"
	"google.golang.org/grpc"
        // test.pb.go 默认包名是 package 为 main，不需要在这里引入
	"google.golang.org/grpc/reflection"
	"log"
	"net"
)

在 test.pb.go 中，生成了两个个 Tester 的接口，我们来看一下这两个接口的定义：

type TesterServer interface {
	MyTest(context.Context, *Request) (*Response, error)
}

type TesterClient interface {
	MyTest(ctx context.Context, in *Request, opts ...grpc.CallOption) (*Response, error)
}

要实现 proto 中的服务，则需要我们实现 TesterServer 接口，要编写客户端，则需要实现 TesterClient 。

这里我们先实现 Server。

// 用于实现 Tester 服务
type MyGrpcServer struct{}

func (myserver *MyGrpcServer) MyTest(context context.Context, request *Request) (*Response, error) {
	fmt.Println("收到一个 grpc 请求，请求参数：", request)
	response := Response{BackJson: `{"Code":666}`}
	return &response, nil
}

接着我们创建 gRPC 服务。

func main() {
	// 创建 Tcp 连接
	listener, err := net.Listen("tcp", ":8028")
	if err != nil {
		log.Fatalf("监听失败: %v", err)
	}

	// 创建gRPC服务
	grpcServer := grpc.NewServer()

	// Tester 注册服务实现者
	// 此函数在 test.pb.go 中，自动生成
	RegisterTesterServer(grpcServer, &MyGrpcServer{})

	// 在 gRPC 服务上注册反射服务
	// func Register(s *grpc.Server)
	reflection.Register(grpcServer)

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

3，gRPC 客户端

创建一个新的 go 项目，把 test.pb.go 复制放到 main.go 同级目录，main.go 的代码：

package main

import (
	"bufio"
	"context"
	"google.golang.org/grpc"
	"log"
	"os"
)

func main() {
	conn, err := grpc.Dial("127.0.0.1:8028", grpc.WithInsecure())
	if err != nil {
		log.Fatal("连接 gPRC 服务失败,", err)
	}

	defer conn.Close()

	// 创建 gRPC 客户端
	grpcClient := NewTesterClient(conn)

	// 创建请求参数
	request := Request{
		JsonStr: `{"Code":666}`,
	}

	reader := bufio.NewReader(os.Stdin)

	for {
		// 发送请求，调用 MyTest 接口
		response, err := grpcClient.MyTest(context.Background(), &request)
		if err != nil {
			log.Fatal("发送请求失败，原因是:", err)
		}
		log.Println(response)

		reader.ReadLine()
	}
}

4，编译运行

由于创建的时候，test.pb.go 使用的包名是 main，所以在编译时，需要把多个 go 文件一起编译：

go build .\main.go .\test.pb.go

然后分别启动 server 和 client，在 client 每按下一次回车键，便发送一次 gRPC 消息。

到这里，我们学习了一个完整的 gRPC 从创建协议到创建服务和客户端的过程，下面将接着学习一些相关的知识，了解一些细节。

5，其它

proto.Marshal 可以对请求的参数进行序列化，如：

	// 创建请求参数
	request := Request{
		JsonStr: `{"Code":666}`,
	}

	out,err:= proto.Marshal(&request)
	if err != nil {
		log.Fatalln("Failed to encode address book:", err)
	}
	if err := ioutil.WriteFile("E:/log.txt", out, 0644); err != nil {
		log.Fatalln("Failed to write address book:", err)
	}

而 proto.Unmarshal 则可以反序列化。

我们还可以自定义如何序列化反序列化消息，代码示例：

b, err := MarshalOptions{Deterministic: true}.Marshal(m)

感兴趣的读者可访问 https://pkg.go.dev/google.golang.org/protobuf/proto#MarshalOptions

GRPC

Protobuf buffer

Protobuf buffer 是一种数据格式，而 Protobuf 是 gRPC 协议，这里需要区分一下。

protobuf buffer 是 Google 用于序列化结构话数据的开源机制，要定义一个 protobuf buffer，需要使用 message 定义。

message Person {
  string name = 1;
  int32 id = 2;
  bool has_ponycopter = 3;
}

开源看到，每个字段都有一个数字， = 1 这个不是赋值，而是编号。一个 message 中，每个字段都有唯一的编号，这些数字用于标识二进制格式的字段(数据传输时会被压缩等)，当编号范围是 1-15 时，存储编号需要一个字节，也就是说 message 中的字段尽量不超过 15 个，1-15 编号用来定义频繁出现的消息元素。当然，也可以使用16-2047 之间的数字作为编号，此时存储编号需要两个字节。

详细的说可以参考官方文档：

https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview

字段类型

字段类型就不详细列表了，读者可以参考官方文档，这里列一下常用的数据类型：

double、float、int32、int64、bool、string、bytes、枚举。

由于 gRPC 需要考虑兼容 C 语言、C#、Java、Go 语言等，所以 gRPC 中的类型不等同于编程语言中的相关类型。这些类型都是 gRPC 中定义的，并且如果要转换为编程语言中的类型，需要一些转换机制，而这有时会十分麻烦。

字段规则

每个字段都可以指定一个规则，在定义字段类型的开头使用规则标识。

有以下三种规则：

required：格式正确的消息必须恰好具有此字段之一，即必填字段。
optional：格式正确的消息可以包含零个或一个此字段（但不能超过一个，即值是可选的。
repeated：在格式正确的消息中，此字段可以重复任意次（包括零次），重复值的顺序将保留，表示该字段可以包含0~N个元素。

由于历史原因，repeated标量数字类型的字段编码效率不高。新代码应使用特殊选项[packed=true]来获得更有效的编码。例如：

repeated int32 samples = 4 [packed=true];

在可选字段中 optional 中，我们可以为其设置一个默认值，当传递消息时如果没有填写此字段，则使用其默认值：

optional int32 result_per_page = 3 [default = 10];

Protobuf

接下来将介绍 gRPC 的协议格式(protobuf)，下面是官方文档的一个示例：

syntax = "proto3";
package tutorial;

import "google/protobuf/timestamp.proto";

syntax 指明协议的版本；

package 指明该 .proto 的名称；

import 关键字可以在当前 .proto 中引入其它 .proto 文件，gRPC 基本数据类型中不包含时间格式，可以引入 timestamp.proto。

不同编程语言引入包/库的方式是不同的，C++ 和 C# 都是使用命名空间区分代码位置；Java 以目录、公共类严格区别包名；go 则是以一个 .go 文件任意设置 package 名称。

前面提到了 protoc，可以将协议文件转为为具体的代码。

为了兼容各种编程语言，我们协议设置 _package，这样可以支持生成不同语言代码时设置包/库名称。

例如：

option go_package = "Test";					// ...
option csharp_package = "MyGrpc.Protos";	// 生成命名空间 namespace MyGrpc.Protos{}
option java_paclage = "MyJava.Protos";		// ...

gRPC 四种服务方法

protobuf 中除了可以定义 message，也可以定义流式接口。

gRPC使您可以定义四种服务方法：

一元 RPC，客户端向服务器发送单个请求并获得单个响应，就像普通的函数调用一样。前面我们提到的都是一元 gRPC。
```
rpc SayHello(HelloRequest) returns (HelloResponse);
```
服务器流式RPC，客户端在其中向服务器发送请求，并获取流以读取回一系列消息。客户端从返回的流中读取，直到没有更多消息为止。gRPC保证在单个RPC调用中对消息进行排序。

客户端 -> 服务端 -> 返回流 -> 客户端 -> 接收流
```
rpc LotsOfReplies(HelloRequest) returns (stream HelloResponse);
```
客户端流式RPC，客户端在其中编写消息序列，然后再次使用提供的流将其发送到服务器。客户端写完消息后，它将等待服务器读取消息并返回其响应。gRPC再次保证了在单个RPC调用中的消息顺序。

客户端 -> 发送流 -> 服务端 -> 接收流 ->
```
rpc LotsOfGreetings(stream HelloRequest) returns (HelloResponse);
```
双向流式RPC，双方都使用读写流发送一系列消息。这两个流独立运行，因此客户端和服务器可以按照自己喜欢的顺序进行读写：例如，服务器可以在写响应之前等待接收所有客户端消息，或者可以先读取消息再写入消息，或读写的其他组合。每个流中的消息顺序都会保留。
```
rpc BidiHello(stream HelloRequest) returns (stream HelloResponse);
```

编译 proto

前面我们用 protoc 来编译 .proto 文件为 go 语言，为了支持编译为 go，需要安装 protoc-gen-go 插件，C# 可以安装 protoc-gen-zsharp 插件。

需要注意的是，转换 .proto 为编程语言，不一定要安装 protoc。

例如 C# 只需要把 .proto 文件放到项目中，通过包管理器安装一个库，就会自动转换为相应的代码。

回归正题，聊一下 protoc 编译 .proto 文件的命令。

protoc 常用的参数如下：

 --proto_path=.		#指定proto文件的路径，填写 . 表示就在当前目录下
 --go_out=.			#表示编译后的文件存放路径；如果编译的是 csharp，则 --csharp_out
 --go_opt={xxx.proto}={xxx.proto的路径}	
 # 示例：--go_opt=Mprotos/bar.proto=example.com/project/protos/foo

最简单的编译命令：

protoc --go_out=.  *.proto

--{xxx}_out 指令是必须的，因为要输出具体的编程语言代码。

这个输出文件的路径是执行命令的路径，如果我们不在 .proto 文件目录下执行命令，则输出的代码便不是相同位置了。为了解决这个问题，我们可以使用：

--go_opt=paths=source_relative

这样在别的地方执行命令，生成的代码会跟 .proto 文件放在相同的位置。

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