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前言

随着微服务和云原生相关技术的发展，应用程序的架构模式已从传统的单体架构或分层架构转向了分布式的计算架构。尽管分布式架构本身有一定的开发成本和运维成本，但它所带来的收益是显而易见的。

在实现分布式应用程序时，我们必须考虑两个因素：网络协议和传输载荷的编码。从最早的 RMI+Java 原生序列化，到 HTTP+JSON/XML，业界一直在尝试寻找一种兼具高效性和可读性的方案。虽然在实践微服务的过程中，大家普遍愿意采用更具语义化的 HTTP+JSON 形式，但这种形式有其自身的局限性，比如其网络传输载荷低效、接口规范松散等。

正是在这样的背景下，gRPC 应运而生，借助优异的性能和谷歌的大力推广，gRPC 受到众多大厂青睐。目前，gRPC 已经成为云原生计算基金会的孵化项目，并被广泛应用于众多开源项目和企业级项目中。

gRPC 最大的特点是高性能，HTTP/2+protocol buffers 的组合使其在性能方面具备了天然的优势，这也是 gRPC 广受欢迎的重要原因。但是，相对于更成熟稳定的 HTTP+JSON 组合，gRPC 的风险不容低估，比如其协议不够稳定、社区相对较小等，这些都是在做技术选型的时候需要考虑的重要因素。正如我们所熟知的，从来就没有“银弹”，作为技术从业者，我们只能去分析和对比各种可用的技术，根据自身需求选择最合适的技术方案。

如今，软件应用程序会经常通过计算机网络，借助进程间通信技术实现彼此间的连接。gRPC 是一种基于高性能 RPC（远程过程调用）的现代进程间通信风格，适用于构建分布式应用程序和微服务。随着微服务云原生应用程序的出现，gRPC 的采用率正在呈指数级增长。

本文由浅入深，介绍了 gRPC 相关技术，从通信模式到消息编码，从服务跟踪到容器化部署，并且文中的所有示例都提供了 Java 语言和 Go 语言的两种实现。不管你是只想了解这项新技术，还是想为自己的项目寻找新方案，相信都能从本文中找到感兴趣的话题。

目录

我们以实际用例阐述理论、概念的方式编排了本文的内容。全文广泛使用 Go 和 Java 编写示例代码，帮助你实际运用每个概念。我们将本文分为 8 章。

第 1 章 gRPC 入门；你将了解 gRPC 的基础知识，并将它与 REST、GraphQL 和其他RPC 技术等类似的进程间通信风格进行对比。

现代软件应用程序很少是孤立运行的，相反，它们会通过计算机网络连接在一起，并且以互相传递消息的方式进行通信和协调。因此，现代软件系统是分布式软件应用程序的集合，这些应用程序在不同的网络位置运行，并且运用不同的通信协议在彼此间传递消息。例如，一个在线零售软件系统会由多个分布式应用程序组成，如订单管理应用程序、商品目录应用程序和数据库等。为了实现在线零售系统的业务功能，这些分布式应用程序需要相互连接。

第 2 章 开始使用 gRPC；你将初次体验使用 Go 或 Java 构建完整的 gRPC 应用程序。

关于 gRPC 的理论知识已经介绍得差不多了，接下来根据第 1 章介绍的知识从头构建真正的 gRPC 应用程序。本章将分别使用 Go 和 Java 构建简单的 gRPC 服务以及调用该服务的客户端应用程序。在此过程中，我们将学习如何使用 protocol buffers 声明 gRPC 服务定义、生成服务器端骨架和客户端存根、实现服务的业务逻辑、在 gRPC 服务器上运行我们实现的服务并通过 gRPC 客户端应用程序调用该服务。

本章继续使用第 1 章的在线零售系统，并在这个系统中构建一个管理零售商店中所有商品的服务。该服务可以进行远程访问，服务的消费者能够向系统添加新的商品，并可以根据所提供的商品 ID 检索商品详情。我们将使用 gRPC 建模该服务及其消费者。你可以使用任意喜欢的语言来实现这些功能，但本章将使用 Go 和 Java 来实现。

第 3 章 gRPC 的通信模式；在这一章中，我们将使用真实的示例探索 gRPC 通信模式。

第 1 章和第 2 章介绍了 gRPC 进程间通信技术的基础知识，其中还涉及构建简单的 gRPC 应用程序。到目前为止，我们已经完成了定义服务接口、实现服务、运行 gRPC 服务器以及通过 gRPC 客户端应用程序远程调用服务等操作。客户端和服务器端之间的通信模式是简单的请求–响应风格的通信，这里每个请求都会得到一个响应。但是，借助 gRPC，可以实现不同的进程间通信模式（也称 RPC 风格），而不仅仅是简单的请求–响应模式。

本章将讨论 gRPC 应用程序的 4 种基础通信模式：一元 RPC、服务器端流 RPC、客户端流 RPC 以及双向流 RPC。在这个过程中，我们会使用一些真实用例来展示每种模式，使用 gRPC IDL 进行服务定义，并使用Go 语言来实现服务和客户端。

第 4 章 gRPC 的底层原理；如果你是 gRPC 高级用户，并且对 gRPC 的底层原理感兴趣，那么可以通过这一章来学习这些知识。这一章讲述在服务器端和客户端之间进行 gRPC 通信的步骤以及如何通过网络实现。

本章将探索 gRPC 通信流的实现方式、所使用的编码技术以及 gRPC 中的底层网络通信技术的使用方法等，介绍涉及客户端调用给定 RPC 的消息流，并探讨其他相关问题，包括如何将其编排为网络上的 gRPC 调用、如何使用网络通信协议、如何在服务器端解排，以及如何调用对应的服务和远程函数等。

另外，本章将 protocol buffers 作为 gRPC 的编码技术，将 HTTP/2 作为gRPC 的通信协议，并介绍它们的实现方法，最后研究 gRPC 实现架构以及围绕它所构建的语言支持栈。尽管对大多数 gRPC 应用程序来说，这里要讨论的底层细节作用有限，但在设计复杂的 gRPC 应用程序或设法调试现有的应用程序时，理解底层通信细节很有帮助。

第 5 章 gRPC：超越基础知识；这一章讲述 gRPC 的一些非常重要的高级特性，如拦截器、截止时间、元数据、多路复用、负载均衡等。

当构建真正的 gRPC 应用程序时，可能需要增强它们的各种能力以满足需求，比如拦截 RPC 的输入和输出、弹性处理网络延迟、处理错误、在服务和消费者之间共享元数据等。

本章将介绍一些关键的高级 gRPC 功能，包括使用 gRPC 拦截器在服务器端和客户端拦截 RPC、使用截止时间来指定等待 RPC 完成的时间、服务器端和客户端错误处理的最佳实践、使用多路复用在同一台服务器上运行多个服务、在应用程序间共享自定义的元数据、在调用其他服务的时候使用负载均衡和命名解析技术，以及压缩 RPC 调用以高效使用网络带宽。

第 6 章 安全的 gRPC；你将全面理解如何保护通信通道、如何认证以及如何控制用户对gRPC 应用程序的访问。

基于 gRPC 的应用程序会通过网络彼此进行远程通信，这需要每个gRPC 应用程序向其他需要与之通信的应用程序暴露其入口点。从安全的角度来看，这并不是一件好事。拥有的入口点越多，攻击面就越广，受到攻击的风险也就越高。因此，保护通信和保护入口点的安全对于任何真实的使用场景都至关重要。每个 gRPC 应用程序都必须能够处理加密的消息，加密所有节点间的通信，并对所有消息进行认证和签名等。

本章将介绍一组安全基础措施和模式，以应对我们在启用应用级安全性时所面临的挑战。简而言之，我们将探索如何保护微服务之间的通信通道，并对用户进行认证和访问控制。让我们从保护通信通道开始讨论吧。

第 7 章 在生产环境中运行 gRPC你将了解 gRPC 应用程序的整个开发生命周期。我们将讨论测试；gRPC 应用程序、与 CI/CD 集成、在 Docker 和 Kubernetes 上部署与运行以及观察 gRPC 应用程序。

前面的章节涵盖了设计和开发 gRPC 应用程序的各个方面。现在该深入研究在生产环境中运行 gRPC 的细节了。本章将讨论如何为 gRPC 服务和客户端开发单元测试和集成测试，以及如何将它们与持续集成工具集成到一起。随后，将转向 gRPC 应用程序的持续部署，这里会探讨一些在虚拟机（VM）、Docker 和 Kubernetes 上的部署模式。最后，为了在生产环境中运行 gRPC 应用程序，需要有一个坚实的可观察性平台。在此方面，我们会讨论面向 gRPC 应用程序的多种可观察性工具，还会探讨 gRPC 应用程序的问题排查和调试技术。下面从测试这些应用程序开始进行讨论。

第 8 章 gRPC 的生态系统；在这一章中，我们将讨论围绕 gRPC 所构建的有用的支撑组件。在使用 gRPC 构建真正的应用程序时，这些项目中的大多数是有用的。

本章将讨论一些并非 gRPC 核心实现的项目，但它们对于构建和运行真正的 gRPC 应用程序非常有帮助。这些项目是 gRPC 生态系统父项目的一部分，对于运行 gRPC 应用程序来说，这里提到的技术都不是强制要求的。如果你的需求与这些项目提供的功能类似，请探索并评估这些技术。

我们首先讨论 gRPC 网关。

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读者对象

本文最直接的读者是使用不同的进程间通信技术构建分布式应用程序和微服务的开发人员。在构建这样的应用程序和服务时，开发人员需要学习 gRPC 的基础知识，以及何时和如何将其用于服务间通信、在生产环境中运行 gRPC 服务的最佳实践。同时，对于采用微服务或云原生架构并设计服务间通信的架构师来说，也能从本文中受益匪浅，这是因为文中对比了 gRPC 和其他的技术，指出了何时应该使用它、何时应该避免使用它。

我们假定开发人员和架构师都对分布式计算的基础，如进程间通信技术、面向服务的架构（SOA）和微服务，有基本的了解。