孰优孰劣，gRPC和Rest性能大比拼

冷不防 2024-02-20 08:43 54阅读 0赞

> 本文通过示例比较REST和gRPC性能。

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我们在项目中使用Spring Boot和REST控制器。在本文中，我们将比较REST和gRPC，以探讨是否可以使用gRPC进行性能优化。

![图片][5aadd93a8d2d363c3bd52f8b881c79fc.png]

gRPC是一种RPC（远程过程调用）方法，通过使用Google Protobuf序列化基础架构，提供应用程序间的通信。

*  gRPC依赖于HTTP/2协议，而REST使用HTTP/1协议。
 *  在HTTP/1中，每个请求需要建立一个TCP连接，而在HTTP/2中可以重用同一个TCP连接。
 *  在HTTP/1中，头部以纯文本形式发送，而在HTTP/2中，头部和数据都被转换为二进制数据。
 *  在HTTP/2中，服务器可以对客户端请求发送多个响应消息。
 *  由于通信是通过二进制数据进行的，因此消息占用的空间更小，提供了高效的序列化和反序列化过程。

客户端和服务器应用程序可以使用不同的语言实现，并通过.proto文件进行通信。

这是在实现gRPC服务器-客户端应用程序时使用的示例proto定义。

syntax = "proto3";
    
    package order.core;
    
    // 生成的源代码选项
    option java_package = "com.example.grpc.order";
    option java_multiple_files = true;
    
    message OrderRequest {
      int64 timestamp = 1;
      int32 count = 2;
      double amount = 3;
      string name = 4;
      bool active = 5;
      Type type = 6;
      InnerObject innerObject = 7;
      repeated string items = 8;
      reserved 9;
    }
    enum Type {
      UNKNOWN = 0;
      WEB = 1;
      LOCAL = 2;
    }
    message InnerObject {// Level 1
      Inner inner = 1;
    }
    
    message Inner {// Level 2
      int64 value = 1;
      bool  active = 2;
    }
    
    message OrderResponse {
      int64 timestamp = 1;
      string message = 2;
    }
    
    service OrderService {
      rpc order (OrderRequest) returns (OrderResponse);
    }

### 1 支持的数据类型 ###

下表显示了支持的数据类型及其对应的Java类型：

![图片][33095ba6acbaecb5f7e32b65d498d2d1.png]

### 2 保留字段 ###

在使用proto定义时，向后兼容性是一个重要的概念。如果你删除一个字段但没有指定先前使用的编号，其他用户可以使用相同的编号来表示不同的字段，这可能会导致严重的问题。为解决这个问题，你可以指定已删除字段的字段编号为保留字段。如果任何用户尝试使用这些字段标识符，协议缓冲区编译器将会报错。

message Foo {
      reserved 2, 15, 9 to 11;
      reserved "foo", "bar";
    }

对于Java gRPC实现，编译器会为每个消息类型生成必要的类文件和构建器。

### 3 实现 ###

![图片][9ae6d09b7055b201f6132ec51cf21efa.png]

为了进行比较，我这里实现了一个REST服务器-客户端和gRPC服务器-客户端。

### 4 REST服务器实现 ###

创建一个Spring Boot启动器项目，并编写如下的REST控制器类。使用默认的Tomcat配置。

@RestController
    @RequestMapping
    @RequiredArgsConstructor
    public class OrderController {
    
        private final OrderService orderService;
    
        @PostMapping(path = "/order")
        public OrderResponse order(@RequestBody OrderRequest request) {
            OrderDto orderDto = convertOrderDto(request);
            // 业务逻辑，创建订单
            return orderService.createOrder(orderDto);
        }
    }

### 5 REST客户端实现 ###

使用“Feign Client”实现REST客户端，代码如下：

@FeignClient(name = "orderService", url = "${integration.rest.url}")
    public interface OrderFeignClient {
    
        @PostMapping(value = "/order")
        OrderResponse order(@RequestBody OrderRequest request);
    }

@Service
    @RequiredArgsConstructor
    public class OrderRestClient {
        private final OrderFeignClient orderFeignClient;
    
        public OrderResponse createOrder(OrderRequest orderRequest) {
            OrderResponse response = orderFeignClient.order(orderRequest);
            return response;
        }
    }

### 6 gRPC服务器实现 ###

在服务器实现中，这里使用grpc-server-spring-boot-starter以及grpc-protobuf和grpc-stub依赖项。gRPC支持一元、客户端流、服务器流和双向流API类型。我实现了一个一元API，它从服务器发送请求并获取响应。

<dependency>
        <groupId>net.devh</groupId>
        <artifactId>grpc-server-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>2.14.0.RELEASE</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.grpc</groupId>
        <artifactId>grpc-protobuf</artifactId>
        <version>1.51.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>io.grpc</groupId>
        <artifactId>grpc-stub</artifactId>
        <version>1.51.0</version>
    </dependency>
    <dependency> 
        <groupId>org.apache.tomcat</groupId>
        <artifactId>annotations-api</artifactId>
        <version>6.0.53</version>
        <scope>provided</scope>
    </dependency>

在pom文件中添加以下构建步骤：

<build>
      <extensions>
          <extension>
              <groupId>kr.motd.maven</groupId>
              <artifactId>os-maven-plugin</artifactId>
              <version>1.6.2</version>
          </extension>
      </extensions>
      <plugins>
          <plugin>
              <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
              <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
              <version>0.6.1</version>
              <configuration>
                  <protocArtifact>com.google.protobuf:protoc:3.19.2:exe:${os.detected.classifier}</protocArtifact>
                  <pluginId>grpc-java</pluginId>
                  <pluginArtifact>io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.51.0:exe:${os.detected.classifier}</pluginArtifact>
              </configuration>
              <executions>
                  <execution>
                      <goals>
                          <goal>compile</goal>
                          <goal>compile-custom</goal>
                      </goals>
                  </execution>
              </executions>
          </plugin>
      </plugins>
    </build>

编译器会为proto文件中的每个消息类型生成一个.java文件和一个相应的类。该插件将在项目的编译步骤中触发。

![图片][d05488a0fabd54417b8140895286c6fc.png]

`@GrpcService`注解用于服务器实现。默认情况下，gRPC服务器将监听`9090`端口。端口设置可以通过应用程序.yaml文件中的`grpc.server.port`属性更改为其他值。

在业务层中，这里设计了gRPC服务器和REST服务器都调用同一个orderService。

@GrpcService
    @RequiredArgsConstructor
    public class OrderGrpcController extends OrderServiceGrpc.OrderServiceImplBase {
        private final OrderService orderService;
    
        @Override
        public void order(OrderRequest request, StreamObserver<OrderResponse> responseObserver) {
            OrderDto orderDto = convertOrderDto(request);
            // 业务逻辑，创建订单
            com.example.grpcserverapi.response.OrderResponse orderServiceResponse = orderService.createOrder(orderDto);
            
            OrderResponse response = OrderResponse.newBuilder()
                    .setTimestamp(orderServiceResponse.getTimestamp())
                    .setMessage(orderServiceResponse.getMessage())
                    .build();
            responseObserver.onNext(response);
            responseObserver.onCompleted();
        }
    }

### 7 gRPC客户端实现 ###

在客户端实现中，这里使用了grpc-client-spring-boot-starter以及grpc-protobuf和grpc-stub 依赖项。

<dependency>
      <groupId>net.devh</groupId>
      <artifactId>grpc-client-spring-boot-starter</artifactId>
      <version>2.14.0.RELEASE</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>io.grpc</groupId>
      <artifactId>grpc-protobuf</artifactId>
      <version>1.51.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>io.grpc</groupId>
      <artifactId>grpc-stub</artifactId>
      <version>1.51.0</version>
    </dependency>
    <dependency> 
      <groupId>org.apache.tomcat</groupId>
      <artifactId>annotations-api</artifactId>
      <version>6.0.53</version>
      <scope>provided</scope>
    </dependency>

在应用程序.yaml文件中添加gRPC服务器的URL，如下所示：

grpc:
      client:
        orderService:
          address: static://本地主机:9090
          negotiation-type: plaintext

`@GrpcClient(serverName)`字段注解用于gRPC客户端存根实现。不要使用`@Autowired`注解进行客户端实现。

@Service
    @RequiredArgsConstructor
    public class OrderGrpcClient {
    
        @GrpcClient("orderService")
        private OrderServiceGrpc.OrderServiceBlockingStub blockingStub;
    
        public OrderResponse createOrder(OrderRequest request) {
            return blockingStub.order(request);
        }
    }

当向REST客户端和gRPC客户端分别发送10,000个请求进行性能测试时，能得到以下结果：

gRPC平均每个请求的时间：0.3503毫秒

REST平均每个请求的时间：2.3109毫秒

请注意，这是在本地机器上进行性能测试的。

![图片][38fca4b4db561956b8791eb2153d28fb.png]

### 8 结论 ###

根据性能结果，使用gRPC实现可以将延迟降低85%。

如果你希望服务之间通信更快，可以使用gRPC代替REST。由于通信是基于二进制数据进行的，如果服务频繁更改，维护兼容性会很困难。在这种情况下，REST可能更可取。

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[4_Java]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkzMDM3MjI3Nw==&mid=2247488840&idx=1&sn=db5454cb4152a4400d09d0779fc673f6&scene=21#wechat_redirect
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