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。 本文通过一个简单的 Hello World 例子来向您介绍 gRPC 。

gRPC 是什么?

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。

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,使得我们能够更容易地创建分布式应用和服务。

gPRC

gRPC 客户端和服务端可以在多种环境中运行和交互,并且可以用任何 gRPC 支持的语言来编写。

gRPC 支持 C++ Java Python Go Ruby C# Node.js PHP Dart 等语言

gRPC 默认使用 *protocol buffers*,这是 Google 开源的一种轻便高效的结构化数据存储格式,可以用于结构化数据串行化,或者说序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。

安装 Google Protocol Buffer

方法一(建议使用)

参考文档:gRPC Python Quickstart

1. 安装 gRPC

python -m pip install grpcio
# 或者
sudo python -m pip install grpcio

# 在 El Capitan OSX 系统下可能会看到以下报错

$ OSError: [Errno 1] Operation not permitted: '/tmp/pip-qwTLbI-uninstall/System/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/2.7/Extras/lib/python/six-1.4.1-py2.7.egg-info'

# 可以使用以下命令
python -m pip install grpcio --ignore-installed
2. 安装 gRPC tools

Python gPRC tools 包含 protocol buffer 编译器和用于从 .proto 文件生成服务端和客户端代码的插件

python -m pip install grpcio-tools

方法二:

在 github 页面protobuf Buffers可以下载二进制源码,下载后执行以下命令安装:

tar -zxvf protobuf-all-3.5.1.tar
cd protobuf-all-3.5.1
./configure
make
make install

>> protoc --version
libprotoc 3.5.1  # 安装成功

因为是要使用 Protobuf + Python 测试,所以还要安装 python运行环境。protobuf Buffers python 文档

# 打开 python 目录
cd python
python setup.py install  # 安装 python 运行环境

Protobuf 基本使用

定义一个消息类型

先来看一个非常简单的例子。假设你想定义一个“搜索请求”的消息格式,每一个请求含有一个查询字符串、你感兴趣的查询结果所在的页数,以及每一页多少条查询结果。可以采用如下的方式来定义消息类型的.proto文件了:

syntax = "proto3";  // 声明使用 proto3 语法

message SearchRequest {
  string query = 1;  // 每个字段都要指定数据类型
  int32 page_number = 2; // 这里的数字2 是标识符,最小的标识号可以从1开始,最大到2^29 - 1, or 536,870,911。不可以使用其中的[19000-19999]
  int32 result_per_page = 3; // 这里是注释,使用 //
}
  • 文章的第一行指定了你正在使用 proto3 语法:如果不指定,编译器会使用 proto2。这个指定语法必须是文件的非空非注释的第一行
  • SearchRequest消息格式有三个字段,在消息中承载的数据分别对应于每一个字段。其中每个字段都有一个名字和一种类型。
  • 向.proto文件添加注释,可以使用C/C++/java风格的双斜杠(//) 语法格式。
  • 在消息体中,每个字段都有唯一的一个数字标识符。这些标识符用来在消息的二进制格式中识别各个字段,一旦开始使用就不能再改变。

[1,15]之内的标识号在编码的时候会占用一个字节。[16,2047]之内的标识号则占用2个字节。所以应该为那些频繁出现的消息元素保留 [1,15]之内的标识号。切记:要为将来有可能添加的、频繁出现的标识号预留一些标识号。

指定字段规则

所指定的消息字段修饰符必须是如下之一:

  • singular:一个格式良好的消息应该有0个或者1个这种字段(但是不能超过1个)。

  • repeated:在一个格式良好的消息中,这种字段可以重复任意多次(包括0次)。重复的值的顺序会被保留。

在proto3中,repeated的标量域默认情况虾使用packed。

  message Test4 {
    repeated int32 d = 4 [packed=true];
  }

数值类型

一个标量消息字段可以含有一个如下的类型——该表格展示了定义于.proto文件中的类型,以及与之对应的、在自动生成的访问类中定义的类型:

.proto Type Notes C++ Type Java Type Python Type[2] Go Type Ruby Type
double double double float float64 Float
float float float float float32 Float
int32 使用变长编码,对于负值的效率很低,如果你的域有可能有负值,请使用sint64替代 int32 int int int32 Fixnum 或者 Bignum(根据需要)
uint32 使用变长编码 uint32 int int/long uint32 Fixnum 或者 Bignum(根据需要)
uint64 使用变长编码 uint64 long int/long uint64 Bignum
sint32 使用变长编码,这些编码在负值时比int32高效的多 int32 int int int32 Fixnum 或者 Bignum(根据需要)
sint64 使用变长编码,有符号的整型值。编码时比通常的int64高效。 int64 long int/long int64 Bignum
fixed32 总是4个字节,如果数值总是比总是比228大的话,这个类型会比uint32高效。 uint32 int int uint32 Fixnum 或者 Bignum(根据需要)
fixed64 总是8个字节,如果数值总是比总是比256大的话,这个类型会比uint64高效。 uint64 long int/long uint64 Bignum
sfixed32 总是4个字节 int32 int int int32 Fixnum 或者 Bignum(根据需要)
sfixed64 总是8个字节 int64 long int/long int64 Bignum
bool bool boolean bool bool TrueClass/FalseClass
string 一个字符串必须是UTF-8编码或者7-bit ASCII编码的文本。 string String str/unicode string String (UTF-8)
bytes 可能包含任意顺序的字节数据。 string ByteString str []byte String (ASCII-8BIT)

默认值

当一个消息被解析的时候,如果被编码的信息不包含一个特定的singular元素,被解析的对象锁对应的域被设置位一个默认值,对于不同类型指定如下:

  • 对于strings,默认是一个空string

  • 对于bytes,默认是一个空的bytes

  • 对于bools,默认是false

  • 对于数值类型,默认是0

  • 对于枚举,默认是第一个定义的枚举值,必须为0;

  • 对于消息类型(message),域没有被设置,确切的消息是根据语言确定的,详见generated code guide

对于可重复域的默认值是空(通常情况下是对应语言中空列表)。

嵌套类型

你可以在其他消息类型中定义、使用消息类型,在下面的例子中,Result消息就定义在SearchResponse消息内,如:

message SearchResponse {
  message Result {
    string url = 1;
    string title = 2;
    repeated string snippets = 3;
  }
  repeated Result results = 1;
}

在 message SearchResponse 中,定义了嵌套消息 Result,并用来定义SearchResponse消息中的results域。

Protobuf 文件编译

从.proto文件生成了什么?

当用protocol buffer编译器来运行.proto文件时,编译器将生成所选择语言的代码,这些代码可以操作在.proto文件中定义的消息类型,包括获取、设置字段值,将消息序列化到一个输出流中,以及从一个输入流中解析消息。

  • 对C++来说,编译器会为每个.proto文件生成一个.h文件和一个.cc文件,.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
  • 对Java来说,编译器为每一个消息类型生成了一个.java文件,以及一个特殊的Builder类(该类是用来创建消息类接口的)。
  • 对Python来说,有点不太一样——Python编译器为.proto文件中的每个消息类型生成一个含有静态描述符的模块,,该模块与一个元类(metaclass)在运行时(runtime)被用来创建所需的Python数据访问类。
  • 对go来说,编译器会位每个消息类型生成了一个.pd.go文件。
  • 对于Ruby来说,编译器会为每个消息类型生成了一个.rb文件。
  • javaNano来说,编译器输出类似域java但是没有Builder类
  • 对于Objective-C来说,编译器会为每个消息类型生成了一个pbobjc.h文件和pbobjcm文件,.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
  • 对于C#来说,编译器会为每个消息类型生成了一个.cs文件,.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。

Python gRPC 示例

编译

这里我们用Python 编译一下,看得到什么:

// 文件名 hello.proto
syntax = "proto3";

package hello;

// The greeting service definition.
service Greeter {
  // Sends a greeting
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}

// The request message containing the user's name.
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// The response message containing the greetings
message HelloReply {
  string message = 1;
}

使用以下命令编译:

python -m grpc_tools.protoc -I./ --python_out=. --grpc_python_out=. ./hello.proto

生成了两个文件:

  • hello_pb2.py 此文件包含生成的 request(HelloRequest) 和 response(HelloReply) 类。
  • hello_pb2_grpc.py 此文件包含生成的 客户端(GreeterStub)和服务端(GreeterServicer)的类。

源码地址为https://github.com/grpc/grpc/blob/master/examples/protos/helloworld.proto

虽然现在已经生成了服务端和客户端代码,但是我们还需要手动实现以及调用的方法。

创建服务端代码

创建和运行 Greeter 服务可以分为两个部分:

  • 实现我们服务定义的生成的服务接口:做我们的服务的实际的“工作”的函数。

  • 运行一个 gRPC 服务器,监听来自客户端的请求并传输服务的响应。

在当前目录,打开文件 greeter_server.py,实现一个新的函数:

from concurrent import futures
import time

import grpc

import hello_pb2
import hello_pb2_grpc

_ONE_DAY_IN_SECONDS = 60 * 60 * 24


class Greeter(hello_pb2_grpc.GreeterServicer):
	# 工作函数
    def SayHello(self, request, context):
        return hello_pb2.HelloReply(message='Hello, %s!' % request.name)


def serve():
    # gRPC 服务器
    server = grpc.server(futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=10))
    hello_pb2_grpc.add_GreeterServicer_to_server(Greeter(), server)
    server.add_insecure_port('[::]:50051')
    server.start()  # start() 不会阻塞,如果运行时你的代码没有其它的事情可做,你可能需要循环等待。
    try:
        while True:
            time.sleep(_ONE_DAY_IN_SECONDS)
    except KeyboardInterrupt:
        server.stop(0)

if __name__ == '__main__':
    serve()

更新客户端代码

在当前目录,打开文件 greeter_client.py,实现一个新的函数:

from __future__ import print_function

import grpc

import hello_pb2
import hello_pb2_grpc


def run():
    channel = grpc.insecure_channel('localhost:50051')
    stub = hello_pb2_grpc.GreeterStub(channel)
    response = stub.SayHello(hello_pb2.HelloRequest(name='goodspeed'))
    print("Greeter client received: " + response.message)


if __name__ == '__main__':
    run()

对于返回单个应答的 RPC 方法(”response-unary” 方法),gRPC Python 同时支持同步(阻塞)和异步(非阻塞)的控制流语义。对于应答流式 RPC 方法,调用会立即返回一个应答值的迭代器。调用迭代器的 next() 方法会阻塞,直到从迭代器产生的应答变得可用。

运行代码

  1. 首先运行服务端代码
python greeter_server.py
  1. 然后运行客户端代码
python greeter_client.py
# output

Greeter client received: Hello, goodspeed!

源码地址: https://github.com/grpc/grpc/tree/master/examples/python

参考链接

最后,感谢女朋友支持和包容,比❤️

也可以在公号输入以下关键字获取历史文章:公号&小程序 | 设计模式 | 并发&协程

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