4.3 gRPC Streaming, Client and Server

项目地址：https://github.com/EDDYCJY/go-grpc-example

前言

本章节将介绍 gRPC 的流式，分为三种类型：

  • Server-side streaming RPC：服务器端流式 RPC

  • Client-side streaming RPC：客户端流式 RPC

  • Bidirectional streaming RPC：双向流式 RPC

流

任何技术，因为有痛点，所以才有了存在的必要性。如果您想要了解 gRPC 的流式调用，请继续

图

gRPC Streaming 是基于 HTTP/2 的，后续章节再进行详细讲解

为什么不用 Simple RPC

流式为什么要存在呢，是 Simple RPC 有什么问题吗？通过模拟业务场景，可得知在使用 Simple RPC 时，有如下问题：

  • 数据包过大造成的瞬时压力

  • 接收数据包时，需要所有数据包都接受成功且正确后，才能够回调响应，进行业务处理（无法客户端边发送，服务端边处理）

为什么用 Streaming RPC

  • 大规模数据包

  • 实时场景

模拟场景

每天早上 6 点，都有一批百万级别的数据集要同从 A 同步到 B，在同步的时候，会做一系列操作（归档、数据分析、画像、日志等）。这一次性涉及的数据量确实大

在同步完成后，也有人马上会去查阅数据，为了新的一天筹备。也符合实时性。

两者相较下，这个场景下更适合使用 Streaming RPC

gRPC

在讲解具体的 gRPC 流式代码时，会着重在第一节讲解，因为三种模式其实是不同的组合。希望你能够注重理解，举一反三，其实都是一样的知识点 👍

目录结构

$ tree go-grpc-example 
go-grpc-example
├── client
│   ├── simple_client
│   │   └── client.go
│   └── stream_client
│       └── client.go
├── proto
│   ├── search.proto
│   └── stream.proto
└── server
    ├── simple_server
    │   └── server.go
    └── stream_server
        └── server.go

增加 stream_server、stream_client 存放服务端和客户端文件，proto/stream.proto 用于编写 IDL

IDL

在 proto 文件夹下的 stream.proto 文件中，写入如下内容：

syntax = "proto3";

package proto;

service StreamService {
    rpc List(StreamRequest) returns (stream StreamResponse) {};

    rpc Record(stream StreamRequest) returns (StreamResponse) {};

    rpc Route(stream StreamRequest) returns (stream StreamResponse) {};
}


message StreamPoint {
  string name = 1;
  int32 value = 2;
}

message StreamRequest {
  StreamPoint pt = 1;
}

message StreamResponse {
  StreamPoint pt = 1;
}

注意关键字 stream，声明其为一个流方法。这里共涉及三个方法，对应关系为

  • List：服务器端流式 RPC

  • Record：客户端流式 RPC

  • Route：双向流式 RPC

基础模板 + 空定义

Server

package main

import (
    "log"
    "net"

    "google.golang.org/grpc"

    pb "github.com/EDDYCJY/go-grpc-example/proto"

)

type StreamService struct{}

const (
    PORT = "9002"
)

func main() {
    server := grpc.NewServer()
    pb.RegisterStreamServiceServer(server, &StreamService{})

    lis, err := net.Listen("tcp", ":"+PORT)
    if err != nil {
        log.Fatalf("net.Listen err: %v", err)
    }

    server.Serve(lis)
}

func (s *StreamService) List(r *pb.StreamRequest, stream pb.StreamService_ListServer) error {
    return nil
}

func (s *StreamService) Record(stream pb.StreamService_RecordServer) error {
    return nil
}

func (s *StreamService) Route(stream pb.StreamService_RouteServer) error {
    return nil
}

写代码前，建议先将 gRPC Server 的基础模板和接口给空定义出来。若有不清楚可参见上一章节的知识点

Client

package main

import (
    "log"

    "google.golang.org/grpc"

    pb "github.com/EDDYCJY/go-grpc-example/proto"
)

const (
    PORT = "9002"
)

func main() {
    conn, err := grpc.Dial(":"+PORT, grpc.WithInsecure())
    if err != nil {
        log.Fatalf("grpc.Dial err: %v", err)
    }

    defer conn.Close()

    client := pb.NewStreamServiceClient(conn)

    err = printLists(client, &pb.StreamRequest{Pt: &pb.StreamPoint{Name: "gRPC Stream Client: List", Value: 2018}})
    if err != nil {
        log.Fatalf("printLists.err: %v", err)
    }

    err = printRecord(client, &pb.StreamRequest{Pt: &pb.StreamPoint{Name: "gRPC Stream Client: Record", Value: 2018}})
    if err != nil {
        log.Fatalf("printRecord.err: %v", err)
    }

    err = printRoute(client, &pb.StreamRequest{Pt: &pb.StreamPoint{Name: "gRPC Stream Client: Route", Value: 2018}})
    if err != nil {
        log.Fatalf("printRoute.err: %v", err)
    }
}

func printLists(client pb.StreamServiceClient, r *pb.StreamRequest) error {
    return nil
}

func printRecord(client pb.StreamServiceClient, r *pb.StreamRequest) error {
    return nil
}

func printRoute(client pb.StreamServiceClient, r *pb.StreamRequest) error {
    return nil
}

一、Server-side streaming RPC：服务器端流式 RPC

服务器端流式 RPC，显然是单向流，并代指 Server 为 Stream 而 Client 为普通 RPC 请求

简单来讲就是客户端发起一次普通的 RPC 请求，服务端通过流式响应多次发送数据集，客户端 Recv 接收数据集。大致如图：

Server

func (s *StreamService) List(r *pb.StreamRequest, stream pb.StreamService_ListServer) error {
    for n := 0; n <= 6; n++ {
        err := stream.Send(&pb.StreamResponse{
            Pt: &pb.StreamPoint{
                Name:  r.Pt.Name,
                Value: r.Pt.Value + int32(n),
            },
        })
        if err != nil {
            return err
        }
    }

    return nil
}

在 Server，主要留意 stream.Send 方法。它看上去能发送 N 次？有没有大小限制？

type StreamService_ListServer interface {
    Send(*StreamResponse) error
    grpc.ServerStream
}

func (x *streamServiceListServer) Send(m *StreamResponse) error {
    return x.ServerStream.SendMsg(m)
}

通过阅读源码，可得知是 protoc 在生成时，根据定义生成了各式各样符合标准的接口方法。最终再统一调度内部的 SendMsg 方法，该方法涉及以下过程:

  • 消息体（对象）序列化

  • 压缩序列化后的消息体

  • 对正在传输的消息体增加 5 个字节的 header

  • 判断压缩+序列化后的消息体总字节长度是否大于预设的 maxSendMessageSize（预设值为 math.MaxInt32），若超出则提示错误

  • 写入给流的数据集

Client

func printLists(client pb.StreamServiceClient, r *pb.StreamRequest) error {
    stream, err := client.List(context.Background(), r)
    if err != nil {
        return err
    }

    for {
        resp, err := stream.Recv()
        if err == io.EOF {
            break
        }
        if err != nil {
            return err
        }

        log.Printf("resp: pj.name: %s, pt.value: %d", resp.Pt.Name, resp.Pt.Value)
    }

    return nil
}

在 Client，主要留意 stream.Recv() 方法。什么情况下 io.EOF ？什么情况下存在错误信息呢?

type StreamService_ListClient interface {
    Recv() (*StreamResponse, error)
    grpc.ClientStream
}

func (x *streamServiceListClient) Recv() (*StreamResponse, error) {
    m := new(StreamResponse)
    if err := x.ClientStream.RecvMsg(m); err != nil {
        return nil, err
    }
    return m, nil
}

RecvMsg 会从流中读取完整的 gRPC 消息体，另外通过阅读源码可得知：

（1）RecvMsg 是阻塞等待的

（2）RecvMsg 当流成功/结束（调用了 Close）时，会返回 io.EOF

（3）RecvMsg 当流出现任何错误时，流会被中止，错误信息会包含 RPC 错误码。而在 RecvMsg 中可能出现如下错误：

  • io.EOF

  • io.ErrUnexpectedEOF

  • transport.ConnectionError

  • google.golang.org/grpc/codes

同时需要注意，默认的 MaxReceiveMessageSize 值为 1024 1024 4，建议不要超出

验证

运行 stream_server/server.go：

$ go run server.go

运行 stream_client/client.go：

$ go run client.go 
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2018
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2019
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2020
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2021
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2022
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2023
2018/09/24 16:18:25 resp: pj.name: gRPC Stream Client: List, pt.value: 2024

二、Client-side streaming RPC：客户端流式 RPC

客户端流式 RPC，单向流，客户端通过流式发起多次 RPC 请求给服务端，服务端发起一次响应给客户端，大致如图：

Server

func (s *StreamService) Record(stream pb.StreamService_RecordServer) error {
    for {
        r, err := stream.Recv()
        if err == io.EOF {
            return stream.SendAndClose(&pb.StreamResponse{Pt: &pb.StreamPoint{Name: "gRPC Stream Server: Record", Value: 1}})
        }
        if err != nil {
            return err
        }

        log.Printf("stream.Recv pt.name: %s, pt.value: %d", r.Pt.Name, r.Pt.Value)
    }

    return nil
}

多了一个从未见过的方法 stream.SendAndClose，它是做什么用的呢？

在这段程序中，我们对每一个 Recv 都进行了处理，当发现 io.EOF (流关闭) 后，需要将最终的响应结果发送给客户端，同时关闭正在另外一侧等待的 Recv

Client

func printRecord(client pb.StreamServiceClient, r *pb.StreamRequest) error {
    stream, err := client.Record(context.Background())
    if err != nil {
        return err
    }

    for n := 0; n < 6; n++ {
        err := stream.Send(r)
        if err != nil {
            return err
        }
    }

    resp, err := stream.CloseAndRecv()
    if err != nil {
        return err
    }

    log.Printf("resp: pj.name: %s, pt.value: %d", resp.Pt.Name, resp.Pt.Value)

    return nil
}

stream.CloseAndRecv 和 stream.SendAndClose 是配套使用的流方法，相信聪明的你已经秒懂它的作用了

验证

重启 stream_server/server.go，再次运行 stream_client/client.go：

stream_client：

$ go run client.go
2018/09/24 16:23:03 resp: pj.name: gRPC Stream Server: Record, pt.value: 1

stream_server：

$ go run server.go
2018/09/24 16:23:03 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Record, pt.value: 2018
2018/09/24 16:23:03 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Record, pt.value: 2018
2018/09/24 16:23:03 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Record, pt.value: 2018
2018/09/24 16:23:03 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Record, pt.value: 2018
2018/09/24 16:23:03 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Record, pt.value: 2018
2018/09/24 16:23:03 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Record, pt.value: 2018

三、Bidirectional streaming RPC：双向流式 RPC

双向流式 RPC，顾名思义是双向流。由客户端以流式的方式发起请求，服务端同样以流式的方式响应请求

首个请求一定是 Client 发起，但具体交互方式（谁先谁后、一次发多少、响应多少、什么时候关闭）根据程序编写的方式来确定（可以结合协程）

假设该双向流是按顺序发送的话，大致如图：

还是要强调，双向流变化很大，因程序编写的不同而不同。双向流图示无法适用不同的场景

Server

func (s *StreamService) Route(stream pb.StreamService_RouteServer) error {
    n := 0
    for {
        err := stream.Send(&pb.StreamResponse{
            Pt: &pb.StreamPoint{
                Name:  "gPRC Stream Client: Route",
                Value: int32(n),
            },
        })
        if err != nil {
            return err
        }

        r, err := stream.Recv()
        if err == io.EOF {
            return nil
        }
        if err != nil {
            return err
        }

        n++

        log.Printf("stream.Recv pt.name: %s, pt.value: %d", r.Pt.Name, r.Pt.Value)
    }

    return nil
}

Client

func printRoute(client pb.StreamServiceClient, r *pb.StreamRequest) error {
    stream, err := client.Route(context.Background())
    if err != nil {
        return err
    }

    for n := 0; n <= 6; n++ {
        err = stream.Send(r)
        if err != nil {
            return err
        }

        resp, err := stream.Recv()
        if err == io.EOF {
            break
        }
        if err != nil {
            return err
        }

        log.Printf("resp: pj.name: %s, pt.value: %d", resp.Pt.Name, resp.Pt.Value)
    }

    stream.CloseSend()

    return nil
}

验证

重启 stream_server/server.go，再次运行 stream_client/client.go：

stream_server

$ go run server.go
2018/09/24 16:29:43 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Route, pt.value: 2018
2018/09/24 16:29:43 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Route, pt.value: 2018
2018/09/24 16:29:43 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Route, pt.value: 2018
2018/09/24 16:29:43 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Route, pt.value: 2018
2018/09/24 16:29:43 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Route, pt.value: 2018
2018/09/24 16:29:43 stream.Recv pt.name: gRPC Stream Client: Route, pt.value: 2018

stream_client

$ go run client.go
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 0
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 1
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 2
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 3
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 4
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 5
2018/09/24 16:29:43 resp: pj.name: gPRC Stream Client: Route, pt.value: 6

总结

在本文共介绍了三类流的交互方式，可以根据实际的业务场景去选择合适的方式。会事半功倍哦 🎑

参考

本系列示例代码

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