gRPC是Google公司基于Protobuf开发的跨语言的开源RPC框架。gRPC基于HTTP/2协议设计，可以基于一个HTTP/2链接提供多个服务，对于移动设备更加友好。本节将讲述gRPC的简单用法。
4.4.1 gRPC技术栈
Go语言的gRPC技术栈如图4-1所示：
图4-1 gRPC技术栈
最底层为TCP或Unix Socket协议，在此之上是HTTP/2协议的实现，然后在HTTP/2协议之上又构建了针对Go语言的gRPC核心库。应用程序通过gRPC插件生产的Stub代码和gRPC核心库通信，也可以直接和gRPC核心库通信。
4.4.2 gRPC入门
如果从Protobuf的角度看，gRPC只不过是一个针对service接口生成代码的生成器。我们在本章的第二节中手工实现了一个简单的Protobuf代码生成器插件，只不过当时生成的代码是适配标准库的RPC框架的。现在我们将学习gRPC的用法。
创建hello.proto文件，定义HelloService接口：
syntax = "proto3";
package main;
message String {
string value = 1;
}
service HelloService {
rpc Hello (String) returns (String);
}
使用protoc-gen-go内置的gRPC插件生成gRPC代码：
$ protoc --go_out=plugins=grpc:. hello.proto
gRPC插件会为服务端和客户端生成不同的接口：
type HelloServiceServer interface {
Hello(context.Context, *String) (*String, error)
}
type HelloServiceClient interface {
Hello(context.Context, *String, ...grpc.CallOption) (*String, error)
}
gRPC通过context.Context参数，为每个方法调用提供了上下文支持。客户端在调用方法的时候，可以通过可选的grpc.CallOption类型的参数提供额外的上下文信息。
基于服务端的HelloServiceServer接口可以重新实现HelloService服务：
type HelloServiceImpl struct{}
func (p *HelloServiceImpl) Hello(
ctx context.Context, args *String,
) (*String, error) {
reply := &String{Value: "hello:" + args.GetValue()}
return reply, nil
}
gRPC服务的启动流程和标准库的RPC服务启动流程类似：
func main() {
grpcServer := grpc.NewServer()
RegisterHelloServiceServer(grpcServer, new(HelloServiceImpl))
lis, err := net.Listen("tcp", ":1234")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
grpcServer.Serve(lis)
}
首先是通过grpc.NewServer()构造一个gRPC服务对象，然后通过gRPC插件生成的RegisterHelloServiceServer函数注册我们实现的HelloServiceImpl服务。然后通过grpcServer.Serve(lis)在一个监听端口上提供gRPC服务。
然后就可以通过客户端链接gRPC服务了：
func main() {
conn, err := grpc.Dial("localhost:1234", grpc.WithInsecure())
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer conn.Close()
client := NewHelloServiceClient(conn)
reply, err := client.Hello(context.Background(), &String{Value: "hello"})
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
fmt.Println(reply.GetValue())
}
其中grpc.Dial负责和gRPC服务建立链接，然后NewHelloServiceClient函数基于已经建立的链接构造HelloServiceClient对象。返回的client其实是一个HelloServiceClient接口对象，通过接口定义的方法就可以调用服务端对应的gRPC服务提供的方法。
gRPC和标准库的RPC框架有一个区别，gRPC生成的接口并不支持异步调用。不过我们可以在多个Goroutine之间安全地共享gRPC底层的HTTP/2链接，因此可以通过在另一个Goroutine阻塞调用的方式模拟异步调用。
4.4.3 gRPC流
RPC是远程函数调用，因此每次调用的函数参数和返回值不能太大，否则将严重影响每次调用的响应时间。因此传统的RPC方法调用对于上传和下载较大数据量场景并不适合。同时传统RPC模式也不适用于对时间不确定的订阅和发布模式。为此，gRPC框架针对服务器端和客户端分别提供了流特性。
服务端或客户端的单向流是双向流的特例，我们在HelloService增加一个支持双向流的Channel方法：
service HelloService {
rpc Hello (String) returns (String);
rpc Channel (stream String) returns (stream String);
}
关键字stream指定启用流特性，参数部分是接收客户端参数的流，返回值是返回给客户端的流。
重新生成代码可以看到接口中新增加的Channel方法的定义：
type HelloServiceServer interface {
Hello(context.Context, *String) (*String, error)
Channel(HelloService_ChannelServer) error
}
type HelloServiceClient interface {
Hello(ctx context.Context, in *String, opts ...grpc.CallOption) (
*String, error,
)
Channel(ctx context.Context, opts ...grpc.CallOption) (
HelloService_ChannelClient, error,
)
}
在服务端的Channel方法参数是一个新的HelloService_ChannelServer类型的参数，可以用于和客户端双向通信。客户端的Channel方法返回一个HelloService_ChannelClient类型的返回值，可以用于和服务端进行双向通信。
HelloService_ChannelServer和HelloService_ChannelClient均为接口类型：
type HelloService_ChannelServer interface {
Send(*String) error
Recv() (*String, error)
grpc.ServerStream
}
type HelloService_ChannelClient interface {
Send(*String) error
Recv() (*String, error)
grpc.ClientStream
}
可以发现服务端和客户端的流辅助接口均定义了Send和Recv方法用于流数据的双向通信。
现在我们可以实现流服务：
func (p *HelloServiceImpl) Channel(stream HelloService_ChannelServer) error {
for {
args, err := stream.Recv()
if err != nil {
if err == io.EOF {
return nil
}
return err
}
reply := &String{Value: "hello:" + args.GetValue()}
err = stream.Send(reply)
if err != nil {
return err
}
}
}
服务端在循环中接收客户端发来的数据，如果遇到io.EOF表示客户端流被关闭，如果函数退出表示服务端流关闭。生成返回的数据通过流发送给客户端，双向流数据的发送和接收都是完全独立的行为。需要注意的是，发送和接收的操作并不需要一一对应，用户可以根据真实场景进行组织代码。
客户端需要先调用Channel方法获取返回的流对象：
stream, err := client.Channel(context.Background())
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
在客户端我们将发送和接收操作放到两个独立的Goroutine。首先是向服务端发送数据：
go func() {
for {
if err := stream.Send(&String{Value: "hi"}); err != nil {
log.Fatal(err)
}
time.Sleep(time.Second)
}
}()
然后在循环中接收服务端返回的数据：
for {
reply, err := stream.Recv()
if err != nil {
if err == io.EOF {
break
}
log.Fatal(err)
}
fmt.Println(reply.GetValue())
}
这样就完成了完整的流接收和发送支持。
4.4.4 发布和订阅模式
在前一节中，我们基于Go内置的RPC库实现了一个简化版的Watch方法。基于Watch的思路虽然也可以构造发布和订阅系统，但是因为RPC缺乏流机制导致每次只能返回一个结果。在发布和订阅模式中，由调用者主动发起的发布行为类似一个普通函数调用，而被动的订阅者则类似gRPC客户端单向流中的接收者。现在我们可以尝试基于gRPC的流特性构造一个发布和订阅系统。
发布订阅是一个常见的设计模式，开源社区中已经存在很多该模式的实现。其中docker项目中提供了一个pubsub的极简实现，下面是基于pubsub包实现的本地发布订阅代码：
import (
"github.com/moby/moby/pkg/pubsub"
)
func main() {
p := pubsub.NewPublisher(100*time.Millisecond, 10)
golang := p.SubscribeTopic(func(v interface{}) bool {
if key, ok := v.(string); ok {
if strings.HasPrefix(key, "golang:") {
return true
}
}
return false
})
docker := p.SubscribeTopic(func(v interface{}) bool {
if key, ok := v.(string); ok {
if strings.HasPrefix(key, "docker:") {
return true
}
}
return false
})
go p.Publish("hi")
go p.Publish("golang: https://golang.org")
go p.Publish("docker: https://www.docker.com/")
time.Sleep(1)
go func() {
fmt.Println("golang topic:", <-golang)
}()
go func() {
fmt.Println("docker topic:", <-docker)
}()
<-make(chan bool)
}
其中pubsub.NewPublisher构造一个发布对象，p.SubscribeTopic()可以通过函数筛选感兴趣的主题进行订阅。
现在尝试基于gRPC和pubsub包，提供一个跨网络的发布和订阅系统。首先通过Protobuf定义一个发布订阅服务接口：
service PubsubService {
rpc Publish (String) returns (String);
rpc Subscribe (String) returns (stream String);
}
其中Publish是普通的RPC方法，Subscribe则是一个单向的流服务。然后gRPC插件会为服务端和客户端生成对应的接口：
type PubsubServiceServer interface {
Publish(context.Context, *String) (*String, error)
Subscribe(*String, PubsubService_SubscribeServer) error
}
type PubsubServiceClient interface {
Publish(context.Context, *String, ...grpc.CallOption) (*String, error)
Subscribe(context.Context, *String, ...grpc.CallOption) (
PubsubService_SubscribeClient, error,
)
}
type PubsubService_SubscribeServer interface {
Send(*String) error
grpc.ServerStream
}
因为Subscribe是服务端的单向流，因此生成的PubsubService_SubscribeServer接口中只有Send方法。
然后就可以实现发布和订阅服务了：
type PubsubService struct {
pub *pubsub.Publisher
}
func NewPubsubService() *PubsubService {
return &PubsubService{
pub: pubsub.NewPublisher(100*time.Millisecond, 10),
}
}
然后是实现发布方法和订阅方法：
func (p *PubsubService) Publish(
ctx context.Context, arg *String,
) (*String, error) {
p.pub.Publish(arg.GetValue())
return &String{}, nil
}
func (p *PubsubService) Subscribe(
arg *String, stream PubsubService_SubscribeServer,
) error {
ch := p.pub.SubscribeTopic(func(v interface{}) bool {
if key, ok := v.(string); ok {
if strings.HasPrefix(key,arg.GetValue()) {
return true
}
}
return false
})
for v := range ch {
if err := stream.Send(&String{Value: v.(string)}); err != nil {
return err
}
}
return nil
}
这样就可以从客户端向服务器发布信息了：
func main() {
conn, err := grpc.Dial("localhost:1234", grpc.WithInsecure())
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer conn.Close()
client := NewPubsubServiceClient(conn)
_, err = client.Publish(
context.Background(), &String{Value: "golang: hello Go"},
)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
_, err = client.Publish(
context.Background(), &String{Value: "docker: hello Docker"},
)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
}
然后就可以在另一个客户端进行订阅信息了：
func main() {
conn, err := grpc.Dial("localhost:1234", grpc.WithInsecure())
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer conn.Close()
client := NewPubsubServiceClient(conn)
stream, err := client.Subscribe(
context.Background(), &String{Value: "golang:"},
)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
for {
reply, err := stream.Recv()
if err != nil {
if err == io.EOF {
break
}
log.Fatal(err)
}
fmt.Println(reply.GetValue())
}
}
到此我们就基于gRPC简单实现了一个跨网络的发布和订阅服务。
