怎么使用Dubbo开发gRPC服务

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基本介绍

Dubbo 协议

从协议层面展开，以下是当前 2.7 版本支持的 Dubbo 协议

众所周知，Dubbo 协议是直接定义在 TCP 传输层协议之上，由于 TCP 高可靠全双工的特点，为 Dubbo 协议的定义提供了最大的灵活性，但同时也正是因为这样的灵活性，RPC 协议普遍都是定制化的私有协议，Dubbo 同样也面临这个问题。在这里我们着重讲一下 Dubbo 在协议通用性方面值得改进的地方，关于协议详细解析请参见官网博客

• Dubbo 协议体 Body 中有一个可扩展的 attachments 部分，这给 RPC 方法之外额外传递附加属性提供了可能，是一个很好的设计。但是类似的 Header 部分，却缺少类似的可扩展 attachments，这点可参考 HTTP 定义的 Ascii Header 设计，将 Body Attachments 和 Header Attachments 做职责划分。

• Body 协议体中的一些 RPC 请求定位符如 Service Name、Method Name、Version 等，可以提到 Header 中，和具体的序列化协议解耦，以更好的被网络基础设施识别或用于流量管控。

• 扩展性不够好，欠缺协议升级方面的设计，如 Header 头中没有预留的状态标识位，或者像 HTTP 有专为协议升级或协商设计的特殊 packet。

• 在 Java 版本的代码实现上，不够精简和通用。如在链路传输中，存在一些语言绑定的内容；消息体中存在冗余内容，如 Service Name 在 Body 和 Attachments 中都存在。

HTTP/1

相比于直接构建与 TPC 传输层的私有 RPC 协议，构建于 HTTP 之上的远程调用解决方案会有更好的通用性，如WebServices 或 REST 架构，使用 HTTP + JSON 可以说是一个事实标准的解决方案。

之所有选择构建在 HTTP 之上，我认为有两个最大的优势：

1. HTTP 的语义和可扩展性能很好的满足 RPC 调用需求。

2. 通用性，HTTP 协议几乎被网络上的所有设备所支持，具有很好的协议穿透性。

具体来说，HTTP/1 的优势和限制是：

• 典型的 Request – Response 模型，一个链路上一次只能有一个等待的 Request 请求

• HTTP/1 支持 Keep-Alive 链接，避免了链接重复创建开销

• Human Readable Headers，使用更通用、更易于人类阅读的头部传输格式

• 无直接 Server Push 支持，需要使用 Polling Long-Polling 等变通模式

HTTP/2

HTTP/2 保留了 HTTP/1 的所有语义，在保持兼容的同时，在通信模型和传输效率上做了很大的改进。

• 支持单条链路上的 Multiplexing，相比于 Request - Response 独占链路，基于 Frame 实现更高效利用链路

• Request - Stream 语义，原生支持 Server Push 和 Stream 数据传输

• Flow Control，单条 Stream 粒度的和整个链路粒度的流量控制

• 头部压缩 HPACK

• Binary Frame

• 原生 TLS 支持

gRPC

上面提到了在 HTTP 及 TCP 协议之上构建 RPC 协议各自的优缺点，相比于 Dubbo 构建于 TPC 传输层之上，Google 选择将 gRPC 直接定义在 HTTP/2 协议之上，关于 gRPC 的 基本介绍和 设计愿景请参考以上两篇文章，我这里仅摘取 设计愿景 中几个能反映 gRPC 设计目的特性来做简单说明。

• Coverage & Simplicity，协议设计和框架实现要足够通用和简单，能运行在任何设备之上，甚至一些资源首先的如 IoT、Mobile 等设备。

• Interoperability & Reach，要构建在更通用的协议之上，协议本身要能被网络上几乎所有的基础设施所支持。

• General Purpose & Performant，要在场景和性能间做好平衡，首先协议本身要是适用于各种场景的，同时也要尽量有高的性能。

• Payload Agnostic，协议上传输的负载要保持语言和平台中立。

• Streaming，要支持 Request - Response、Request - Stream、Bi-Steam 等通信模型。

• Flow Control，协议自身具备流量感知和限制的能力。

• Metadata Exchange，在 RPC 服务定义之外，提供额外附加数据传输的能力。

总的来说，在这样的设计理念指导下，gRPC 最终被设计为一个跨语言、跨平台的、通用的、高性能的、基于 HTTP/2 的 RPC 协议和框架。

Protobuf

Protocol buffers (Protobuf) 是 Google 推出的一个跨平台、语言中立的结构化数据描述和序列化的产品，它定义了一套结构化数据定义的协议，同时也提供了相应的 Compiler 工具，用来将语言中立的描述转化为相应语言的具体描述。

它的一些特性包括：

• 跨语言 跨平台，语言中立的数据描述格式，默认提供了生成多种语言的 Compiler 工具。

• 安全性，由于反序列化的范围和输出内容格式都是 Compiler 在编译时预生成的，因此绕过了类似 Java Deserialization Vulnarability 的问题。

• 二进制 高性能

• 强类型

• 字段变更向后兼容

message Person {
      required string name = 1;
      required int32 id = 2;
      optional string email = 3;
      enum PhoneType {
        MOBILE = 0;
        HOME = 1;
        WORK = 2;
      }
      message PhoneNumber {
        required string number = 1;
        optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
      }
      repeated PhoneNumber phone = 4;
    }

除了结构化数据描述之外，Protobuf 还支持定义 RPC 服务，它允许我们定义一个 .proto 的服务描述文件，进而利用 Protobuf Compiler 工具生成特定语言和 RPC 框架的接口和 stub。后续将要具体讲到的 gRPC + Protobuf、Dubbo-gRPC + Protobuf 以及 Dubbo + Protobuf 都是通过定制 Compiler 类实现的。

service SearchService {
    rpc Search (SearchRequest) returns (SearchResponse);
}

Dubbo 所做的支持

跨语言的服务开发涉及到多个方面，从服务定义、RPC 协议到序列化协议都要做到语言中立，同时还针对每种语言有对应的 SDK 实现。虽然得益于社区的贡献，现在 Dubbo 在多语言 SDK 实现上逐步有了起色，已经提供了包括 Java, Go, PHP, C#, Python, NodeJs, C 等版本的客户端或全量实现版本，但在以上提到的跨语言友好型方面，以上三点还是有很多可改进之处。

• 协议，上面我们已经分析过 Dubbo 协议既有的缺点，如果能在 HTTP/2 之上构建应用层协议，则无疑能避免这些弊端，同时最大可能的提高协议的穿透性，避免网关等协议转换组件的存在，更有利于链路上的流量管控。考虑到 gRPC 是构建在 HTTP/2 之上，并且已经是云原生领域推荐的通信协议，Dubbo 在第一阶段选择了直接支持 gRPC 协议作为当前的 HTTP/2 解决方案。我们也知道 gRPC 框架自身的弊端在于易用性不足以及服务治理能力欠缺（这也是目前绝大多数厂商不会直接裸用 gRPC 框架的原因），通过将其集成进 Dubbo 框架，用户可以方便的使用 Dubbo 编程模型 + Dubbo 服务治理 + gRPC 协议通信的组合。

• 服务定义，当前 Dubbo 的服务定义和具体的编程语言绑定，没有提供一种语言中立的服务描述格式，比如 Java 就是定义 Interface 接口，到了其他语言又得重新以另外的格式定义一遍。因此 Dubbo 通过支持 Protobuf 实现了语言中立的服务定义。

• 序列化，Dubbo 当前支持的序列化包括 Json、Hessian2、Kryo、FST、Java 等，而这其中支持跨语言的只有 Json、Hessian2，通用的 Json 有固有的性能问题，而 Hessian2 无论在效率还是多语言 SDK 方面都有所欠缺。为此，Dubbo 通过支持 Protobuf 序列化来提供更高效、易用的跨语言序列化方案。

示例

示例 1，使用 Dubbo 开发 gRPC 服务

gRPC 是 Google 开源的构建在 HTTP/2 之上的一个 PRC 通信协议。Dubbo 依赖其灵活的协议扩展机制，增加了对 gRPC (HTTP/2) 协议的支持。

目前的支持限定在 Dubbo Java 语言版本，后续 Go 语言或其他语言版本将会以类似方式提供支持。下面，通过一个简单的 示例来演示如何在 Dubbo 中使用 gRPC 协议通信。

1. 定义服务 IDL

首先，通过标准的 Protobuf 协议定义服务如下：

syntax = "proto3";
    
    option java_multiple_files = true;
    option java_package = "io.grpc.examples.helloworld";
    option java_outer_classname = "HelloWorldProto";
    option objc_class_prefix = "HLW";
    
    package helloworld;
    
    // 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;
    }

在此，我们定义了一个只有一个方法 sayHello 的 Greeter 服务，同时定义了方法的入参和出参，

2. Protobuf Compiler 生成 Stub

1. 定义 Maven Protobuf Compiler 插件工具。这里我们扩展了 Protobuf 的 Compiler 工具，以用来生成 Dubbo 特有的 RPC stub，此当前以 Maven 插件的形式发布。

  org.xolstice.maven.plugins
  protobuf-maven-plugin
  0.5.1
  
    com.google.protobuf:protoc:3.7.1:exe:${os.detected.classifier}    
    
    dubbo-grpc-java
    org.apache.dubbo:protoc-gen-dubbo-java:1.19.0-SNAPSHOT:exe:${os.detected.classifier}
    build/generated/source/proto/main/java
    false
    grpc
  
  
    
      
        compile
        compile-custom
      
    
  

其中，

pluginArtifact 指定了 Dubbo 定制版本的 Java Protobuf Compiler 插件，通过这个插件来在编译过程中生成 Dubbo 定制版本的 gRPC stub。

org.apache.dubbo:protoc-gen-dubbo-java:1.19.0-SNAPSHOT:exe:${os.detected.classifier}

由于 protoc-gen-dubbo-java 支持 gRPC 和 Dubbo 两种协议，可生成的 stub 类型，默认值是 gRPC，关于 dubbo 协议的使用可参见 使用 Protobuf 开发 Dubbo 服务。

grpc

2. 生成 Java Bean 和 Dubbo-gRPC stub

# 运行以下 maven 命令
$ mvn clean compile

生成的 Stub 和消息类 如下：

重点关注 GreeterGrpc ，包含了所有 gRPC 标准的 stub 类/方法，同时增加了 Dubbo 特定的接口，之后 Provider 端的服务暴露和 Consumer 端的服务调用都将依赖这个接口。

/**
* Code generated for Dubbo
*/
public interface IGreeter {
  default public io.grpc.examples.helloworld.HelloReply     sayHello(io.grpc.examples.helloworld.HelloRequest request) {
    throw new UnsupportedOperationException("No need to override this method, extend XxxImplBase and override all methods it allows.");
  }
  default public com.google.common.util.concurrent.ListenableFuture sayHelloAsync(
    io.grpc.examples.helloworld.HelloRequest request) {
    throw new UnsupportedOperationException("No need to override this method, extend XxxImplBase and override all methods it allows.");
  }
  public void sayHello(io.grpc.examples.helloworld.HelloRequest request,
                       io.grpc.stub.StreamObserver responseObserver);
}

3. 业务逻辑开发

继承 GreeterGrpc.GreeterImplBase （来自第 2 步），编写业务逻辑，这点和原生 gRPC 是一致的。

package org.apache.dubbo.samples.basic.impl;
import io.grpc.examples.helloworld.GreeterGrpc;
import io.grpc.examples.helloworld.HelloReply;
import io.grpc.examples.helloworld.HelloRequest;
import io.grpc.stub.StreamObserver;
public class GrpcGreeterImpl extends GreeterGrpc.GreeterImplBase {
  @Override
  public void sayHello(HelloRequest request, StreamObserver responseObserver)         {
    System.out.println("Received request from client.");
    System.out.println("Executing thread is " + Thread.currentThread().getName());
    HelloReply reply = HelloReply.newBuilder()
      .setMessage("Hello " +     request.getName()).build();
    responseObserver.onNext(reply);
    responseObserver.onCompleted();
  }
}

1. Provider 端暴露 Dubbo 服务

以 Spring XML 为例

public static void main(String[] args) throws Exception {
  ClassPathXmlApplicationContext context =
    new ClassPathXmlApplicationContext("spring/dubbo-demo-provider.xml");
  context.start();
  System.out.println("dubbo service started");
  new CountDownLatch(1).await();
}

1. 引用 Dubbo 服务

public static void main(String[] args) throws IOException {
  ClassPathXmlApplicationContext context =
    new ClassPathXmlApplicationContext("spring/dubbo-demo-consumer.xml");
  context.start();
  GreeterGrpc.IGreeter greeter = (GreeterGrpc.IGreeter) context.getBean("greeter");
  HelloReply reply = greeter.sayHello(HelloRequest.newBuilder().setName("world!").build());
  System.out.println("Result: " + reply.getMessage());
  System.in.read();
}

示例1附：高级用法

一、异步调用

再来看一遍 protoc-gen-dubbo-java 生成的接口：

/**
* Code generated for Dubbo
*/
public interface IGreeter {
  default public HelloReply sayHello(HelloRequest request) {
    // ......
  }
  default public ListenableFuture sayHelloAsync(HelloRequest request) {
    // ......
  }
  public void sayHello(HelloRequest request, StreamObserver responseObserver);
}

这里为 sayHello 方法生成了三种类型的重载方法，分别用于同步调用、异步调用和流式调用，如果消费端要进行异步调用，直接调用 sayHelloAsync() 即可：

public static void main(String[] args) throws IOException {
  // ...
  GreeterGrpc.IGreeter greeter = (GreeterGrpc.IGreeter) context.getBean("greeter");
  ListenableFuture future =   
    greeter.sayHAsyncello(HelloRequest.newBuilder().setName("world!").build());
  // ...
}

二、高级配置

由于当前实现方式是直接集成了 gRPC-java SDK，因此很多配置还没有和 Dubbo 侧对齐，或者还没有以 Dubbo 的配置形式开放，因此，为了提供最大的灵活性，我们直接把 gRPC-java 的配置接口暴露了出来。

绝大多数场景下，你可能并不会用到以下扩展，因为它们更多的是对 gRPC 协议的拦截或者 HTTP/2 层面的配置。同时使用这些扩展点可能需要对 HTTP/2 或 gRPC 有基本的了解。

扩展点

目前支持的扩展点如下：

• org.apache.dubbo.rpc.protocol.grpc.interceptors.ClientInterceptor

• org.apache.dubbo.rpc.protocol.grpc.interceptors.GrpcConfigurator

• org.apache.dubbo.rpc.protocol.grpc.interceptors.ServerInterceptor

• org.apache.dubbo.rpc.protocol.grpc.interceptors.ServerTransportFilter

GrpcConfigurator 是最通用的扩展点，我们以此为例来说明一下，其基本定义如下：

public interface GrpcConfigurator {
  // 用来定制 gRPC NettyServerBuilder
  default NettyServerBuilder configureServerBuilder(NettyServerBuilder builder, URL url) {
    return builder;
  }
  // 用来定制 gRPC NettyChannelBuilder
  default NettyChannelBuilder configureChannelBuilder(NettyChannelBuilder builder, URL url) {
    return builder;
  }
  // 用来定制 gRPC CallOptions, 定义某个服务在每次请求间传递数据
  default CallOptions configureCallOptions(CallOptions options, URL url) {
    return options;
  }
}

以下是一个示例扩展实现：

public class MyGrpcConfigurator implements GrpcConfigurator {
  private final ExecutorService executor = Executors
    .newFixedThreadPool(200, new NamedThreadFactory("Customized-grpc", true));
  @Override
  public NettyServerBuilder configureServerBuilder(NettyServerBuilder builder, URL url) {
    return builder.executor(executor);
  }
  @Override
  public NettyChannelBuilder configureChannelBuilder(NettyChannelBuilder builder, URL url)
  {
    return builder.flowControlWindow(10);
  }
  @Override
  public CallOptions configureCallOptions(CallOptions options, URL url) {
    return options.withOption(CallOptions.Key.create("key"), "value");
  }
}

配置为 Dubbo SPI，`resources/META-INF/services 增加配置文件

default=org.apache.dubbo.samples.basic.comtomize.MyGrpcConfigurator

1. 指定 Provider 端线程池 默认用的是 Dubbo 的线程池，有 fixed (默认)、cached、direct 等类型。以下演示了切换为业务自定义线程池。

private final ExecutorService executor = Executors
             .newFixedThreadPool(200, new NamedThreadFactory("Customized-grpc", true));
public NettyServerBuilder configureServerBuilder(NettyServerBuilder builder, URL url) 
{
  return builder.executor(executor);
}

1. 指定 Consumer 端限流值 设置 Consumer 限流值为 10

@Override
public NettyChannelBuilder configureChannelBuilder(NettyChannelBuilder builder, URL url)
{
  return builder.flowControlWindow(10);
}

1. 传递附加参数 DemoService 服务调用传递 key

@Override
public CallOptions configureCallOptions(CallOptions options, URL url) {
  if (url.getServiceInterface().equals("xxx.DemoService")) {
    return options.withOption(CallOptions.Key.create("key"), "value");
  } else {
    return options;
  }
}

三、双向流式通信代码中还提供了一个支持 双向流式通信的示例，同时提供了拦截流式调用的 Interceptor 扩展示例实现。

* MyClientStreamInterceptor，工作在 client 端，拦截发出的请求流和接收的响应流
* MyServerStreamInterceptor，工作在 server 端，拦截收到的请求流和发出的响应流

四、TLS 配置

配置方式和 Dubbo 提供的通用的 TLS 支持一致，具体请参见 Dubbo 官方文档

示例 2， 使用 Protobuf 开发 Dubbo 服务

下面，我们以一个 具体的示例来看一下基于 Protobuf 的 Dubbo 服务开发流程。

1. 定义服务

通过标准 Protobuf 定义服务

syntax = "proto3";
    option java_multiple_files = true;
    option java_package = "org.apache.dubbo.demo";
    option java_outer_classname = "DemoServiceProto";
    option objc_class_prefix = "DEMOSRV";
    package demoservice;
    // The demo service definition.
    service DemoService {
      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;
    }

这里定义了一个 DemoService 服务，服务只包含一个 sayHello 方法，同时定义了方法的入参和出参。

2. Compiler 编译服务

1. 引入 Protobuf Compiler Maven 插件，同时指定 protoc-gen-dubbo-java RPC 扩展

  org.xolstice.maven.plugins
  protobuf-maven-plugin
  0.5.1
  
    com.google.protobuf:protoc:3.7.1:exe:${os.detected.classifier}    
    
    dubbo-grpc-java
    org.apache.dubbo:protoc-gen-dubbo-java:1.19.0-SNAPSHOT:exe:${os.detected.classifier}
    build/generated/source/proto/main/java
    false
    dubbo
  
  
    
      
        compile
        compile-custom
      
    
  

注意，这里与 Dubbo 对 gRPC 支持部分的区别在于： dubbo

1. 生成 RPC stub

# 运行以下 maven 命令
$mvn clean compile

生成的 Java 类如下：

DemoServiceDubbo 为 Dubbo 定制的 stub

public final class DemoServiceDubbo {
  private static final AtomicBoolean registered = new AtomicBoolean();
  private static Class init() {
    Class clazz = null;
    try {
      clazz = Class.forName(DemoServiceDubbo.class.getName());
      if (registered.compareAndSet(false, true)) {
        org.apache.dubbo.common.serialize.protobuf.support.ProtobufUtils.marshaller(
          org.apache.dubbo.demo.HelloRequest.getDefaultInstance());
        org.apache.dubbo.common.serialize.protobuf.support.ProtobufUtils.marshaller(
          org.apache.dubbo.demo.HelloReply.getDefaultInstance());
      }
    } catch (ClassNotFoundException e) {
      // ignore 
    }
    return clazz;
  }
  private DemoServiceDubbo() {}
  public static final String SERVICE_NAME = "demoservice.DemoService";
  /**
          * Code generated for Dubbo
          */
  public interface IDemoService {
    static Class clazz = init();
    org.apache.dubbo.demo.HelloReply sayHello(org.apache.dubbo.demo.HelloRequest request);
    java.util.concurrent.CompletableFuture sayHelloAsync(
      org.apache.dubbo.demo.HelloRequest request);
  }
}

最值得注意的是 IDemoService 接口，它会作为 Dubbo 服务定义基础接口。

3. 开发业务逻辑

从这一步开始，所有开发流程就和直接定义 Java 接口一样了。实现接口定义业务逻辑。

public class DemoServiceImpl implements DemoServiceDubbo.IDemoService {
  private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DemoServiceImpl.class);
  @Override
  public HelloReply sayHello(HelloRequest request) {
    logger.info("Hello " + request.getName() + ", request from consumer: " + RpcContext.getContext().getRemoteAddress());
    return HelloReply.newBuilder()
      .setMessage("Hello " + request.getName() + ", response from provider: "
                  + RpcContext.getContext().getLocalAddress())
      .build();
  }
  @Override
  public CompletableFuture sayHelloAsync(HelloRequest request) {
    return CompletableFuture.completedFuture(sayHello(request));
  }
}

4. 配置 Provider

暴露 Dubbo 服务

public static void main(String[] args) throws Exception {
  ClassPathXmlApplicationContext context = 
    new ClassPathXmlApplicationContext("spring/dubbo-provider.xml");
  context.start();
  System.in.read();
}

5. 配置 Consumer

引用 Dubbo 服务

public static void main(String[] args) throws Exception {
  ClassPathXmlApplicationContext context = 
    new ClassPathXmlApplicationContext("spring/dubbo-consumer.xml");
  context.start();
  IDemoService demoService = context.getBean("demoService", IDemoService.class);
  HelloRequest request = HelloRequest.newBuilder().setName("Hello").build();
  HelloReply reply = demoService.sayHello(request);
  System.out.println("result: " + reply.getMessage());
  System.in.read();
}

感谢各位的阅读，以上就是“怎么使用Dubbo开发gRPC服务”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对怎么使用Dubbo开发gRPC服务这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！

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