跨语言的GRPC协议

GRPC 首先满足二进制和跨语言这两条，二进制说明压缩效率高，跨语言说明更灵活。但是又是二进制，又是跨语言，这就相当于两个人沟通，你不但说方言，还说缩略语，人家怎么听懂呢？所以，最好双方弄一个协议约定文件，里面规定好双方沟通的专业术语，这样沟通就顺畅多了。

对于 GRPC 来讲，二进制序列化协议是 Protocol Buffers。首先，需要定义一个协议文件.proto。

Protocol Buffers 是一款压缩效率极高的序列化协议，有很多设计精巧的序列化方法。

对于 int 类型 32 位的，一般都需要 4 个 Byte 进行存储。在 Protocol Buffers 中，使用的是变长整数的形式。对于每一个 Byte 的 8 位，最高位都有特殊的含义。

如果该位为 1，表示这个数字没完，后续的 Byte 也属于这个数字；如果该位为 0，则这个数字到此结束。其他的 7 个 Bit 才是用来表示数字的内容。因此，小于 128 的数字都可以用一个 Byte 表示；大于 128 的数字，比如 130，会用两个字节来表示。

对于每一个字段，使用的是 TLV（Tag，Length，Value）的存储办法。

其中 Tag = (field_num << 3) | wire_type。field_num 就是在 proto 文件中，给每个字段指定唯一的数字标识，而 wire_type 用于标识后面的数据类型。

例如，对于 string author = 3，在这里 field_num 为 3，string 的 wire_type 为 2，于是 (field_num << 3) | wire_type = (11000) | 10 = 11010 = 26；接下来是 Length，最后是 Value 为“liuchao”，如果使用 UTF-8 编码，长度为 7 个字符，因而 Length 为 7。

在灵活性方面，这种基于协议文件的二进制压缩协议往往存在更新不方便的问题。例如，客户端和服务器因为需求的改变需要添加或者删除字段。

这一点上，Protocol Buffers 考虑了兼容性。在上面的协议文件中，每一个字段都有修饰符。比如：

• required：这个值不能为空，一定要有这么一个字段出现；
• optional：可选字段，可以设置，也可以不设置，如果不设置，则使用默认值；
• repeated：可以重复 0 到多次。

由于基于 HTTP 2.0，GRPC 和其他的 RPC 不同，可以定义四种服务方法。

第一种，也是最常用的方式是单向 RPC，即客户端发送一个请求给服务端，从服务端获取一个应答，就像一次普通的函数调用。

rpc SayHello(HelloRequest) returns (HelloResponse){}

第二种方式是服务端流式 RPC，即服务端返回的不是一个结果，而是一批。客户端发送一个请求给服务端，可获取一个数据流用来读取一系列消息。客户端从返回的数据流里一直读取，直到没有更多消息为止。

rpc LotsOfReplies(HelloRequest) returns (stream HelloResponse){}

第三种方式为客户端流式 RPC，也即客户端的请求不是一个，而是一批。客户端用提供的一个数据流写入并发送一系列消息给服务端。一旦客户端完成消息写入，就等待服务端读取这些消息并返回应答。

rpc LotsOfGreetings(stream HelloRequest) returns (HelloResponse) {}

第四种方式为双向流式 RPC，即两边都可以分别通过一个读写数据流来发送一系列消息。这两个数据流操作是相互独立的，所以客户端和服务端能按其希望的任意顺序读写，服务端可以在写应答前等待所有的客户端消息，或者它可以先读一个消息再写一个消息，或者读写相结合的其他方式。每个数据流里消息的顺序会被保持。

rpc BidiHello(stream HelloRequest) returns (stream HelloResponse){}

如果基于 HTTP  2.0，客户端和服务器之间的交互方式要丰富得多，不仅可以单方向远程调用，还可以实现当服务端状态改变的时候，主动通知客户端。

GRPC 支持比较好的负载均衡器 Envoy。其实 Envoy 不仅仅是负载均衡器，它还是一个高性能的 C++ 写的 Proxy 转发器，可以配置非常灵活的转发规则。

无论是静态的，还是动态的，在配置里面往往会配置四个东西。

第一个是 listener。Envoy 既然是 Proxy，专门做转发，就得监听一个端口，接入请求，然后才能够根据策略转发，这个监听的端口就称为 listener。

第二个是 endpoint，是目标的 IP 地址和端口。这个是 Proxy 最终将请求转发到的地方。

第三个是 cluster。一个 cluster 是具有完全相同行为的多个 endpoint，也即如果有三个服务端在运行，就会有三个 IP 和端口，但是部署的是完全相同的三个服务，它们组成一个 cluster，从 cluster 到 endpoint 的过程称为负载均衡，可以轮询。

第四个是 route。有时候多个 cluster 具有类似的功能，但是是不同的版本号，可以通过 route 规则，选择将请求路由到某一个版本号，也即某一个 cluster。

如果是静态的，则将后端的服务端的 IP 地址拿到，然后放在配置文件里面就可以了。

如果是动态的，就需要配置一个服务发现中心，这个服务发现中心要实现 Envoy 的 API，Envoy 可以主动去服务发现中心拉取转发策略。

看来，Envoy 进程和服务发现中心之间要经常相互通信，互相推送数据，所以 Envoy 在控制面和服务发现中心沟通的时候，就可以使用 GRPC，也就天然具备在用户面支撑 GRPC 的能力。

Envoy 如果复杂的配置，都能干什么事呢？

一种常见的规则是配置路由策略。例如后端的服务有两个版本，可以通过配置 Envoy 的 route，来设置两个版本之间，也即两个 cluster 之间的 route 规则，一个占 99% 的流量，一个占 1% 的流量。

另一种常见的规则就是负载均衡策略。对于一个 cluster 下的多个 endpoint，可以配置负载均衡机制和健康检查机制，当服务端新增了一个，或者挂了一个，都能够及时配置 Envoy，进行负载均衡。