PRC gRPC 框架

概述

RPC主要目的在于让开发者，能够方便的调用远程服务器上的服务，而不需要关注底层的网络通信细节。其是一种进程间通信技术，允许程序在不同计算机上执行代码。

RPC技术主要用于分布式系统、微服务架构以及需要进行跨网络调用服务的应用中。

基本原理

客户端发送请求
客户端的RPC框架将调用远程计算机的过程，封装成一个请求消息，发送给服务器
服务器处理请求
服务器的RPC框架接收请求消息，解封装消息，同时调用对应的服务方法
服务端发送响应
当服务端处理完该消息后，服务器的RPC框架将结果封装成响应消息，发送给客户端
客户端接收响应
客户端接收到服务端的消息后，解封装该消息，然后将结果返回给客户端代码使用

RPC框架

gRPC：由Google开发，基于HTTP/2和Protobuf（Protocol Buffers）序列化协议，支持多种编程语言。
Apache Thrift：由Facebook开发，支持多种编程语言和传输协议。
XML-RPC：基于XML和HTTP协议，简单易用，跨语言支持好。
JSON-RPC：基于JSON和HTTP协议，易于使用和调试。

gRPC

gRPC即是Google开发的RPC框架

特点总结

高性能：基于HTTP/2协议，支持双向流、头部压缩、多路复用
跨语言支持：不同语言之间的系统支持进行通信
强类型：Protobuf作为接口定义语言和数据序列化协议
双向流：客户端与服务端双向流、适用于实时通信
负载均衡：内置多种负载均衡策略，提高系统可靠性和可拓展性

Protocol Buffers（Protobuf）

相比于XML和JSON，Protobuf序列化和反序列化的速度更快，占用空间更小

用于数据的序列化和反序列化，定义消息格式和数据结构，同时通过编译器生成相应代码

组成
.proto文件：定义数据结构和服务接口文件，其中包括消息类型和RPC服务的定义
编译器：将.proto文件编译成目标语言的代码，供应用程序使用

.proto文件解释

syntax = "proto3"：指定使用Protocol Buffers的版本3
service Greeter：定义一个名为Greeter的RPC服务，其中包含一个名为SayHello的方法
rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply)：定义一个RPC方法SayHello，它接收一个HelloRequest消息并返回一个HelloReply消息
message HelloRequest和message HelloReply：定义两个消息类型，分别包含一个字符串字段

gRPC与Reactor

应用场景分析
gRPC：构建分布式系统以及微服务架构，为其提供接口，所以只需要关注其系统逻辑，而不需要关注底层通信的细节
Reactor：主要用来解决并发I/O问题，构建高性能、低延迟的网络服务器
实现机制：
gRPC：封装底层通信细节，借助Protobuf定义使用接口以及消息格式，通过生成代码进行服务调用和消息处理，其底层是基于HTTP2进行通信
Reactor：基于事件循环和回调机制，管理IO事件的分发和处理，从而实现高效的事件驱动架构
理解
gRPC：是一种从高层构建通信框架，通过提供的接口，从而简化分布式系统中服务之间的通信。其主要目标在于提高服务
Reactor：基于底层的一种设计模式，主要是用于处理并发IO操作

思考gRPC和Reactor结合的可能性

首先Reactor构建在服务端，主要负责监听新连接的IO请求，当监听的请求发生的时候，则将其交付给其他线程处理。
gRPC则是负责处理具体业务。
所以，借助Reactor来管理大量并发连接，从而实现高效的分发事件。然后响应的I/O事件交付给gRPC框架进行处理，由gRPC框架来处理具体的业务。

构建RPC框架

步骤分析

定义通信协议
消息格式：选择一种轻量级的数据格式进行消息传递，可以选择JSON或Protobuf进行消息传递
请求和响应格式：定义好通信双方的请求和响应结构
传输方式确认
选择传输协议：TCP HTTP
套接字编程：服务端和客户端使用套接字编程，从而建立连接发送接收数据
服务端设计
远程调用方法初始化：服务器注册可供远程调用的方法，可以使用哈希表来存储方法名称与对应的函数指针或者回调函数
请求处理：服务器要能够解析客户端发送的请求，调用对应的方法并返回结果。在需要处理并发连接的时候，可以使用异步I/O来处理多个客户端连接
序列化/反序列化：将收到的请求数据进行序列化为特定的请求结构进行U存储，同时将结果序列化为响应数据返回给哭护短
客户端设计
调用远程方法：客户端封装远程方法的调用，将方法的名称以及参数打包成请求，发送给服务器，同时等待服务器响应
接收响应：客户端接收服务器响应后，进行反序列化，处理返回结果或者错误信息
异步调用（看情况选择）：客户端可以通过异步调用从而提高性能，避免同步调用导致阻塞

细节问题补充

大量并发连接处理方法：

可以使用多线程或者异步I/O来处理大量的并发连接。多线程模型可以使用功能线程池，每个线程负责处理一个客户端的连接；异步I/O则借助事件驱动机制来处理多个连接。

确保数据传输和可靠性以及完整性：

使用传输层协议（TCP）保证数据传输的可靠性以及顺序性
应用层可以使用效验机制（校验和、数据长度前缀）确保数据完整性
安全性保证：使用TLS/SSL来加密传输层的数据，从而保证通信机密性和完整性，同时还可以在应用层实现身份认证机制

实现方法注册和调用的方法

借助哈希表来存储方法名称和对应函数指针或回调函数（方法：函数）
服务器接收请求后，通过方法名称查找对应的函数，并调用该函数

如何处理参数类型的多样性和返回值

使用通用的数据格式，例如JSON和Protobuf来表示多种类型的数据
通过序列化和反序列化机制，可以将参数和返回值转换为标准格式传输

如何实现负载均衡和容错

在多台服务器上部署RPC服务时，使用功能负载均衡器分配请求
实现服务注册以及发现机制，动态的调整服务实例，从而提高系统的可用性和容错能力

性能优化方法

优化网络I/O性能，使用异步IO模型
减少序列化和反序列化的开销，选择高效且轻量化的序列化格式
使用连接池，复用客户端到服务器的连接
实现批量请求和响应，减少网络往返的次数，从而提高性能

gRPC 和 RPC对比

gRPC相比于RPC的优势；现代分布式系统中选择gRPC的原因

高性能：并非是基于HTTP1.1协议，而是基于HTTP2 协议，支持多路复用、流控制、头部压缩等功能
多语言支持：gRPC支持多种编程语言，便于不同语言的系统间通信
强类型接口：使用Protobuf作为接口定义语言，提供强类型的接口和数据验证
流式通信：支持双向流，适用于实时通信的场景
负载均衡和名称解析：内置支持多种负载均衡策略和服务发现机制

Protobuf 优势

高效：Protobuf的序列化和反序列化速度快且轻量化
强类型：通过定义.proto文件，生成强类型代码，提供编译时进行检查
拓展性强
扩语言支持

gRPC的工作机制以及如何实现同步与异步调用

工作机制：gRPC基于HTTP2协议进行通信，使用Protobuf定义接口和消息格式。客户端调用远程方法的时候，通过该框架生成的代码将方法调用转换为网络请求，发送到服务器中。服务器接收请求，调用相应方法并返回结果。
同步调用：客户端调用方法的时候等待服务器返回结果
异步调用：客户端不一直等待结果，而是通过回调进行处理