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概述

gRPC 一开始由 google 开发，是一款语言中立、平台中立、开源的远程过程调用(RPC)系统。

在 gRPC 里客户端应用可以像调用本地对象一样直接调用另一台不同的机器上服务端应用的方法，使得您能够更容易地创建分布式应用和服务。与许多 RPC 系统类似，gRPC 也是基于以下理念：定义一个服务，指定其能够被远程调用的方法（包含参数和返回类型）。在服务端实现这个接口，并运行一个 gRPC 服务器来处理客户端调用。在客户端拥有一个存根能够像服务端一样的方法。

特性

• 基于HTTP/2 
  HTTP/2 提供了连接多路复用、双向流、服务器推送、请求优先级、首部压缩等机制。可以节省带宽、降低TCP链接次数、节省CPU，帮助移动设备延长电池寿命等。gRPC 的协议设计上使用了HTTP2 现有的语义，请求和响应的数据使用HTTP Body 发送，其他的控制信息则用Header 表示。
• IDL使用ProtoBuf 
  gRPC使用ProtoBuf来定义服务，ProtoBuf是由Google开发的一种数据序列化协议（类似于XML、JSON、hessian）。ProtoBuf能够将数据进行序列化，并广泛应用在数据存储、通信协议等方面。压缩和传输效率高，语法简单，表达力强。
• 多语言支持（C, C++, Python, PHP, Nodejs, C#, Objective-C、Golang、Java） 
  gRPC支持多种语言，并能够基于语言自动生成客户端和服务端功能库。目前已提供了C版本grpc、Java版本grpc-java 和 Go版本grpc-go，其它语言的版本正在积极开发中，其中，grpc支持C、C++、Node.js、Python、Ruby、Objective-C、PHP和C#等语言，grpc-java已经支持Android开发。

gRPC已经应用在Google的云服务和对外提供的API中，其主要应用场景如下： 
- 低延迟、高扩展性、分布式的系统 
- 同云服务器进行通信的移动应用客户端 
- 设计语言独立、高效、精确的新协议 
- 便于各方面扩展的分层设计，如认证、负载均衡、日志记录、监控等

HTTP2.0 特性

HTTP/2，也就是超文本传输协议第2版，不论是1还是2，HTTP的基本语义是不变的，比如方法语义（GET/PUST/PUT/DELETE），状态码（200/404/500等），Range Request，Cacheing，Authentication、URL路径， 不同的主要是下面几点：

多路复用 (Multiplexing)

在 HTTP/1.1 协议中 「浏览器客户端在同一时间，针对同一域名下的请求有一定数量限制。超过限制数目的请求会被阻塞」。

HTTP/2 的多路复用(Multiplexing) 则允许同时通过单一的 HTTP/2 连接发起多重的请求-响应消息。 
因此 HTTP/2 可以很容易的去实现多流并行而不用依赖建立多个 TCP 连接，HTTP/2 把 HTTP 协议通信的基本单位缩小为一个一个的帧，这些帧对应着逻辑流中的消息。并行地在同一个 TCP 连接上双向交换消息。

 

二进制帧

HTTP/2 传输的数据是二进制的。相比 HTTP/1.1 的纯文本数据，二进制数据一个显而易见的好处是：更小的传输体积。这就意味着更低的负载。二进制的帧也更易于解析而且不易出错，纯文本帧在解析的时候还要考虑处理空格、大小写、空行和换行等问题，而二进制帧就不存在这个问题。

首部压缩（Header Compression）

HTTP是无状态协议。简而言之，这意味着每个请求必须要携带服务器需要的所有细节，而不是让服务器保存住之前请求的元数据。因为http2没有改变这个范式，所以它也需要这样（携带所有细节），因此 HTTP 请求的头部需要包含用于标识身份的数据比如 cookies，而这些数据的量也在随着时间增长。每一个请求的头部都包含这些大量的重复数据，无疑是一种很大的负担。对请求头部进行压缩，将会大大减轻这种负担，尤其对移动端来说，性能提高非常明显。

HTTP/2 使用的压缩方式是 HPACK。 http://http2.github.io/http2-spec/compression.html

HTTP2.0在客户端和服务器端使用“首部表”来跟踪和存储之前发送的键-值对，对于相同的数据，不再通过每次请求和响应发送；通信期间几乎不会改变的通用键-值对（用户代理、可接受的媒体类型，等等）只需发送一次。

如果首部发生变化了，那么只需要发送变化了数据在Headers帧里面，新增或修改的首部帧会被追加到“首部表”。首部表在 HTTP2.0的连接存续期内始终存在,由客户端和服务器共同渐进地更新。

服务端推送（Server Push）

HTTP/2 的服务器推送所作的工作就是，服务器在收到客户端对某个资源的请求时，会判断客户端十有八九还要请求其他的什么资源，然后一同把这些资源都发送给客户端，即便客户端还没有明确表示它需要这些资源。

客户端可以选择把额外的资源放入缓存中（所以这个特点也叫 Cache push），也可以选择发送一个 RST_STREAM frame 拒绝任何它不想要的资源。

主动重置链接

Length的HTTP消息被送出之后，我们就很难中断它了。当然，通常我们可以断开整个TCP链接（但也不总是可以这样），但这样导致的代价就是需要重新通过三次握手建立一个新的TCP连接。

HTTP/2 引入了一个 RST_STREAM frame 来让客户端在已有的连接中发送重置请求，从而中断或者放弃响应。当浏览器进行页面跳转或者用户取消下载时，它可以防止建立新连接，避免浪费所有带宽。

 

gRPC优缺点：

优点：

protobuf二进制消息，性能好/效率高（空间和时间效率都很不错） 
proto文件生成目标代码，简单易用 
序列化反序列化直接对应程序中的数据类，不需要解析后在进行映射(XML,JSON都是这种方式) 
支持向前兼容（新加字段采用默认值）和向后兼容（忽略新加字段），简化升级 
支持多种语言（可以把proto文件看做IDL文件） 
Netty等一些框架集成

缺点：

1）GRPC尚未提供连接池，需要自行实现 
2）尚未提供“服务发现”、“负载均衡”机制 
3）因为基于HTTP2，绝大部多数HTTP Server、Nginx都尚不支持，即Nginx不能将GRPC请求作为HTTP请求来负载均衡，而是作为普通的TCP请求。（nginx1.9版本已支持） 
4） Protobuf二进制可读性差（貌似提供了Text_Fromat功能） 
默认不具备动态特性（可以通过动态定义生成消息类型或者动态编译支持）

 

grpc坑：

来自https://news.ycombinator.com/item?id=12345223的网友： 
http2只允许单个链接传输10亿流数据。原因在于： 
htt2使用31位整形标示流，服务端使用奇数，客户端使用偶数，所以总共10亿可用。

针对第一个方案的不足，此方案将LB的功能集成到服务消费方进程里，也被称为软负载或者客户端负载方案。服务提供方启动时，首先将服务地址注册到服务注册表，同时定期报心跳到服务注册表以表明服务的存活状态，相当于健康检查，服务消费方要访问某个服务时，它通过内置的LB组件向服务注册表查询，同时缓存并定期刷新目标服务地址列表，然后以某种负载均衡策略选择一个目标服务地址，最后向目标服务发起请求。LB和服务发现能力被分散到每一个服务消费者的进程内部，同时服务消费方和服务提供方之间是直接调用，没有额外开销，性能比较好。该方案主要问题：

• 1、开发成本，该方案将服务调用方集成到客户端的进程里头，如果有多种不同的语言栈，就要配合开发多种不同的客户端，有一定的研发和维护成本；
• 2、另外生产环境中，后续如果要对客户库进行升级，势必要求服务调用方修改代码并重新发布，升级较复杂。

根据gRPC官方提供的设计思路，基于进程内LB方案（即第2个案，阿里开源的服务框架 Dubbo 也是采用类似机制），结合分布式一致的组件（如Zookeeper、Consul、Etcd），可找到gRPC服务发现和负载均衡的可行解决方案。接下来以GO语言为例，简单介绍下基于Etcd3的关键代码实现：