站在巨人的肩膀上：gRPC 通过 HTTP/2 构建云原生时代的通信标准

2025-09-01
新疆
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gRPC：云原生时代的通信标准

gRPC 将 HTTP/2 作为其传输层，并在此基础上定义了自身的通信语义。gRPC 支持四种服务方法类型，它们都映射到 HTTP/2 的流模型上。1）Unary RPC: 客户端发送单个请求，服务器返回单个响应（类似传统请求-响应）。2）Server Streaming RPC: 客户端发送单个请求，服务器返回一个消息序列（流）。3）Client Streaming RPC: 客户端发送一个消息序列（流），服务器返回单个响应。4）Bidirectional Streaming RPC: 客户端和服务器都可以独立地发送一个消息序列（流）。

请求 (Request) 结构

gRPC 的 Request 包含请求头（Request Headers），请求体（Request Body）和 EOS（end-of-stream）。请求头使用 HTTP/2 的 headers，使用 HEADERS 和 CONTINUATION 帧派发。请求头有 Call-Definition 和 Custom-Metadata。其中 grpc-前缀为 gRPC 自己保留。

HEADERS (flags = END_HEADERS)// HTTP 方法。对于 gRPC，:method标头始终为POST。:method = POST // HTTP 协议。如果启用了 TLS，则协议设置为https，否则为http。:scheme = http // 终端路径。对于 gRPC，此值构造为“/${包名}.${服务名}/${接口名}"。:path = /ProductInfo/getProduct // 目标 URI 的虚拟主机名。:authority = abc.com // 不兼容代理的检测。对于 gRPC，该值必须是“trailers”。te = trailers // 调用超时时。如果未指定，server端应假定无限超时。grpc-timeout = 1S // 内容类型。对于 gRPC，内容类型应以application/grpc。content-type = application/grpc // 消息压缩方式。包括identity、gzip、deflate、snappy及自定义压缩方式。grpc-encoding = gzip // 可选的请求头，用于访问有安全限制的终端服务。authorization = Bearer xxxxxx

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请求体使用 DATA 帧派发，请求体是长度前缀消息。它有一个 Compressed flag 用来表示 message 是否压缩，为 1 表示采用了压缩算法（具体的压缩算法在 HEADERS 帧中定义）。后面跟着四字节的 message length 以及实际的 message。

EOS 会在 DATA 帧里面带上了 END_STREAM 这个 flag。用来表示请求消息的结束。

DATA (flags = END_STREAM)<Length-Prefixed Message>

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响应 (Response) 结构

gRPC 的 Response 包含响应头（Response-Headers），响应体（Response Body）和 Trailers。

HEADERS (flags = END_HEADERS)// 标识 HTTP 请求的状态。:status = 200 // 消息压缩类型。包括identity、gzip、deflate、snappy和自定义类型。grpc-encoding = gzip // 内容类型。对于gRPC，content-type应该设置为application/grpc。content-type = application/grpc

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发完响应头，使用 DATA 帧派发响应体。响应体是长度前缀消息。

DATA<Length-Prefixed Message>

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结束标志不与数据帧一起发送，而是作为单独的头部发送，称为 Trailers。如果遇到了错误，也可以直接返回 Trailers-Only。Trailer 是一种特殊的元数据，通常包含有关执行的状态信息，例如状态码（ grpc-status）和状态消息（grpc-message）gRPC 之所以要用单独的 Trailers 来标志响应结束。是因为在 streaming 模式下，所有消息没有传输完成之前，gRPC 也不知道要传什么样的 grpc-status 。

HEADERS (flags = END_STREAM, END_HEADERS)// gRPC 状态代码grpc-status = 0 # OK // 错误描述。可选的，仅在处理请求出现错误时设置。grpc-message = xxxxxx

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服务描述

gRPC 利用 .proto 文件中的 service 来定义 RPC 接口。

// 文件: demo/hello/greeter.protosyntax = "proto3";
package demo.hello;
// Greeter 服务定义service Greeter {  // SayHello 方法定义  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply);}
// 请求消息结构message HelloRequest {  string name = 1;}
// 响应消息结构message HelloReply {  string message = 1;}

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在上述 .proto 文件中，定义了一个名为 Greeter 的服务，它包含一个名为 SayHello 的方法。该方法接收 HelloRequest 消息并返回 HelloReply 消息。gRPC 工具链会基于此 IDL 生成各种语言的客户端存根（stub）和服务端骨架（skeleton）。开发者通过调用存根上的方法，就如同调用本地方法一样，gRPC 框架会处理底层的序列化、网络通信和方法分发。一个 gRPC 定义包含三个部分，包名、服务名和接口名，连接规则如下：

/${包名}.${服务名}/${接口名}

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SayHello 的包名是 demo.hello，服务名是 Greeter，接口名是 SayHello，所以对应的路径就是 /demo.hello.Greeter/SayHello。

HEADERS (flags = END_HEADERS) :method = POST:scheme = http:path = /demo.hello.Greeter/SayHello:authority = grpc.demo.comcontent-type = application/grpc
DATA (flags = END_STREAM) <Length-Prefixed Message>

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gRPC 基于这样的一个设计理念：定义一个服务，及其被远程调用的方法（方法名称、入参、出参）。开发者可以像调用本地方法一样，使用 gRPC 客户端存根（stub）调用远程机器上 gRPC 服务的方法。gRPC 的客户端和服务端都可以用任何支持 gRPC 的语言来实现，例如一个 gRPC 服务端可以是 C++语言编写的，以供 Ruby 语言的 gRPC 客户端和 JAVA 语言的 gRPC 客户端调用，如下图所示。