gRPC: no pakalpojuma definīcijas līdz vadu formātam

gRPC ir augstas veiktspējas atvērtā koda attālās procedūras izsaukuma (RPC) sistēma, kas pārveido mikropakalpojumu saziņu, izmantojot protokolu buferus stingrām pakalpojumu definīcijām un HTTP/2 efektīvai binārai pārraidei. Sākotnēji Google izstrādātais un tagad CNCF pabeigts projekts, gRPC ir kļuvis par modernu sadalīto sistēmu mugurkaulu, nodrošinot visu, sākot no iekšējiem pakalpojumu tīkliem un beidzot ar publiski pieejamām API tādos uzņēmumos kā Netflix, Dropbox un Cisco.

Komandām, kas veido sarežģītas platformas, piemēram, Mewayz 207 moduļu biznesa operētājsistēmu, kas apkalpo vairāk nekā 138 000 lietotāju, ir svarīgi izprast gRPC ceļu no .proto faila līdz baitiem uz vada, lai izveidotu sistēmas, kuras mērogojas, nezaudējot uzticamību vai izstrādātāja produktivitāti.

Kas ir gRPC un kāpēc tas ir svarīgi mūsdienu arhitektūrai?

gRPC apzīmē "gRPC Remote Procedure Call" — rekursīvs saīsinājums, kas norāda uz tā vienreizējo fokusu: attālināto pakalpojumu izsaukumi šķiet tikpat dabiski kā vietējo funkciju zvani. Atšķirībā no REST API, kas paļaujas uz JSON, izmantojot HTTP/1.1, gRPC izmanto protokolu buferus (protobuf) gan kā interfeisa definīcijas valodu (IDL), gan serializācijas formātu, kas savienots pārī ar HTTP/2 kā transporta protokolu.

Šī kombinācija sniedz izmērāmas priekšrocības. Protobuf ziņojumi parasti ir 3–10 reizes mazāki nekā to JSON ekvivalenti, un serializācija ir 20–100 reizes ātrāka. HTTP/2 multipleksēšana novērš tiešās līnijas bloķēšanu, ļaujot simtiem vienlaicīgu RPC, izmantojot vienu TCP savienojumu. Platformām, kas pārvalda desmitiem savstarpēji saistītu moduļu, šie veiktspējas uzlabojumi ievērojami palielinās.

Ietvars atbalsta četrus saziņas modeļus: unāro (viens pieprasījums, viena atbilde), servera straumēšanu, klienta straumēšanu un divvirzienu straumēšanu. Šī elastība padara gRPC piemērotu visam, sākot no vienkāršām CRUD darbībām līdz reāllaika datu plūsmām un ilgstošām notikumu straumēm.

Kā pakalpojuma definīcija kļūst par izpildāmu kodu?

GRPC dzīves cikls sākas ar failu .proto — līgumu, kas definē jūsu pakalpojumus, metodes un ziņojumu veidus valodas agnostiskā shēmā. Lūk, kā šis ceļojums izskatās soli pa solim:

1. Shēmas autorēšana: jūs definējat pakalpojumu saskarnes un ziņojumu struktūras protokola buferu v3 sintaksē, norādot lauku veidus, skaitļus un RPC metodes parakstus ar skaidriem pieprasījumu un atbilžu veidiem.
2. Koda ģenerēšana: protoc kompilators apvienojumā ar valodai raksturīgiem gRPC spraudņiem ģenerē klientu apakšgrupas un servera bāzes klases jūsu mērķa valodā — Go, Python, Java, Rust, C++ vai jebkurā no 12+ atbalstītajām valodām.
3. Servera ieviešana: izstrādātāji ievieš ģenerēto servera saskarni, aizpildot biznesa loģiku, kamēr ietvars apstrādā savienojumu pārvaldību, pavedienu izveidošanu un protokola informāciju.
4. Klienta izsaukšana: ģenerētie klientu elementi nodrošina tipam drošu metožu izsaukumu ar iebūvētu atbalstu termiņiem, metadatu izplatīšanai, atcelšanai un automātiskas atkārtotas mēģinājuma politikām.
5. Pārraide ar vadu: zvana laikā pieprasījuma ziņojumi tiek serializēti kompaktā binārā protobuf kodējumā, ierāmēti ar 5 baitu gRPC galveni (saspiešanas karodziņš + ziņojuma garums) un pārsūtīti, izmantojot HTTP/2 DATA kadrus.

Galvenais ieskats: gRPC lielākā priekšrocība nav neapstrādāts ātrums — tas ir izpildāms līgums. Fails .proto vienlaikus kalpo kā dokumentācija, validācijas slānis un koda ģenerators, novēršot visas integrācijas kļūdu kategorijas, kas nomoka brīvi ievadītas REST API. Ja jūsu platformā ir 207 moduļi, kuriem ir jāsazinās droši, šis līgums kļūst par jūsu visvērtīgāko arhitektūras īpašumu.

Kas notiek pa vadu gRPC zvana laikā?

Izprotot vadu formātu, tiek novērsta gRPC atkļūdošana un veiktspējas regulēšana. Kad klients izsauc RPC, HTTP/2 tiek izvērsta šāda secība:

Klients atver (vai atkārtoti izmanto) HTTP/2 savienojumu un nosūta HEADERS rāmi, kurā ir ietverts metodes ceļš (/package.Service/Method), satura veids (application/grpc), taimauts un visi pielāgotie metadati. Tam seko viens vai vairāki DATU kadri, kas satur serializētu protobuf lietderīgo slodzi, un katram ir pievienots 5 baitu prefikss ar ziņojumu kadrējumu.

Serveris apstrādā pieprasījumu un atgriež savu HEADERS rāmi, kam seko atbildes DATA kadri, izmantojot to pašu kadrēšanas protokolu. Zvans beidzas ar HEADERS rāmi, kas satur beigu metadatus, tostarp kritisko grpc-status kodu un neobligāto grpc-message, lai iegūtu detalizētu informāciju par kļūdu.

Šis dizains nodrošina jaudīgas iespējas: multipleksēšana ļauj pārslēgt RPC bez savienojuma strīdiem, plūsmas vadība neļauj ātriem ražotājiem pārņemt lēnus patērētājus, un galvenes saspiešana (HPACK) samazina atkārtotu metadatu modeļu izmantošanu, kas bieži sastopama mikropakalpojumu saziņā.

Kā komandām stratēģiski jāpieiet gRPC pieņemšanai?

GRPC pieņemšana nav lēmums "visu vai neko". Veiksmīgas komandas parasti iet pragmatisku ceļu. Sāciet ar iekšējo pakalpojumu savstarpējo saziņu, kur abi galapunkti ir jūsu kontrolē un veiktspējas priekšrocības ir visizteiktākās. Izmantojiet gRPC-Gateway vai Envoy pārkodēšanu, lai atklātu REST galapunktus ārējiem patērētājiem, kuri sagaida JSON API. Ieguldiet laikus centralizētā protoreģistrā — tādi rīki kā Buf nodrošina izkliedēšanu, pārrāvuma izmaiņu noteikšanu un pārvaldīta koda ģenerēšanu, kas novērš shēmu novirzīšanos starp komandām.

Pievērsiet īpašu uzmanību novērojamībai. gRPC pārtvērēji (starpprogrammatūra) ir tīri integrēti ar OpenTelemetry izplatītai izsekošana, un standarta statusa kodi ir labi saistīti ar uzraudzības informācijas paneļiem. Slodzes līdzsvarošanai dodiet priekšroku klienta puses vai starpniekservera L7 balansēšanai, nevis tradicionālajām L4 pieejām, jo HTTP/2 pastāvīgie savienojumi var radīt nevienmērīgu trafika sadalījumu aiz vienkāršiem TCP slodzes balansētājiem.

Bieži uzdotie jautājumi

Vai grRPC var pilnībā aizstāt REST API?

Ne visos scenārijos. gRPC izceļas iekšējā pakalpojumu savstarpējā saziņā, kur svarīga ir veiktspēja, tipa drošība un straumēšana. Tomēr REST joprojām ir vēlams publiskām API, ko izmanto pārlūkprogrammas, trešo pušu integrācijas un vides, kurās cilvēka lasāmās slodzes vienkāršo atkļūdošanu. Daudzās ražošanas arhitektūrās iekšēji tiek izmantots grRPC, vienlaikus pakļaujot REST vai GraphQL ārēji, izmantojot API vārtejas.

Kā gRPC apstrādā atpakaļejošu saderību, kad pakalpojumi attīstās?

Protokolu buferi ir paredzēti shēmas evolūcijai. Varat pievienot jaunus laukus ar unikāliem lauku numuriem, nepārkāpjot esošos klientus — nezināmie lauki tiek klusi ignorēti. Tomēr nekad nedrīkst atkārtoti izmantot lauku numurus, mainīt lauku veidus vai noņemt laukus, no kuriem ir atkarīgi citi pakalpojumi. Tādi rīki kā Buf pārrāvuma izmaiņu detektors automatizē šīs drošības pārbaudes CI cauruļvados, uztverot nesaderīgas izmaiņas, pirms tās nonāk ražošanā.

Kādas ir lielākās problēmas, ieviešot gRPC plašā mērogā?

Trīs visizplatītākās problēmas ir bināro lietderīgo slodžu atkļūdošana (kas tiek atrisināta ar tādiem rīkiem kā grpcurl un gRPC-Web DevTools), pārlūkprogrammas nesaderība ar HTTP/2 reklāmkadri (ko risina gRPC-Web vai Connect protokols) un slodzes līdzsvarošanas sarežģītība ar pastāvīgiem HTTP/2 savienojumiem. Katram no tiem ir izstrādāti risinājumi, taču komandām ir jāplāno mācīšanās, it īpaši, ja pāriet no arhitektūras, kuras pamatā ir tikai REST.

Lai izveidotu platformu ar desmitiem savstarpēji saistītu pakalpojumu, ir nepieciešama ātra, tipam droša un evolūcijai izstrādāta sakaru infrastruktūra. Neatkarīgi no tā, vai plānojat iekšējās API vai mērogojat esošu mikropakalpojumu tīklu, gRPC nodrošina pamatu uzticamai pakalpojumu komunikācijai.

Vai esat gatavs racionalizēt savu uzņēmējdarbību? Mewayz apvieno 207 integrētus moduļus vienā biznesa operētājsistēmā — no projektu pārvaldības līdz rēķinu izrakstīšanai, CRM līdz HR — sākot no tikai USD 19 mēnesī. Sāciet savu bezmaksas izmēģinājuma versiju vietnē app.mewayz.com un uzziniet, kā platforma "viss vienā" novērš integrācijas problēmas, kuru risināšanai tika izveidots grRPC.