NET Core3高性能RPC框架

NET Core 3.0 使用gRPC

一.前言

在前一文 《ASP.NET Core 3.0 使用gRPC》中有提到 gRPC 支持双向流调用，支持实时推送消息，这也是 gRPC的一大特点，且 gRPC 在对双向流的控制支持上也是非常强大的。

二. 什么是 gRPC 流

gRPC 有四种服务类型，分别是：简单 RPC（Unary RPC）、服务端流式 RPC （Server streaming RPC）、客户端流式 RPC （Client streaming RPC）、双向流式 RPC（Bi-directional streaming RPC）。它们主要有以下特点：

服务类型	特点
简单 RPC	一般的rpc调用，传入一个请求对象，返回一个返回对象
服务端流式 RPC	传入一个请求对象，服务端可以返回多个结果对象
客户端流式 RPC	客户端传入多个请求对象，服务端返回一个结果对象
双向流式 RPC	结合客户端流式RPC和服务端流式RPC，可以传入多个请求对象，返回多个结果对象

三.为什么 gRPC 支持流

gRPC 通信是基于 HTTP/2 实现的，它的双向流映射到 HTTP/2 流。HTTP/2 具有流的概念，流是为了实现HTTP/2的多路复用。流是服务器和客户端在HTTP/2连接内用于交换帧数据的独立双向序列，逻辑上可看做一个较为完整的交互处理单元，即表达一次完整的资源请求、响应数据交换流程；一个业务处理单元，在一个流内进行处理完毕，这个流生命周期完结。

特点如下：

• 一个HTTP/2连接可同时保持多个打开的流，任一端点交换帧
• 流可被客户端或服务器单独或共享创建和使用
• 流可被任一端关闭
• 在流内发送和接收数据都要按照顺序
• 流的标识符自然数表示，1~2^31-1区间，有创建流的终端分配
• 流与流之间逻辑上是并行、独立存在

摘自 HTTP/2笔记之流和多路复用 by 聂永

四.gRPC中使用双向流调用

我们在前文中编写的RPC属于简单RPC，没有包含流调用，下面直接讲一下双向流，根据第二小节列举的四种服务类型，如果我们掌握了简单RPC和双向流RPC，那么服务端流式 RPC和客户端流式 RPC自然也就没有问题了。

这里我们继续使用前文的代码，要实现的目标是一次给多个猫洗澡。

① 首先在 LuCat.proto 定义两个rpc，一个 Count 用于统计猫的数量，一个 双向流 RPC BathTheCat 用于给猫洗澡

syntax = "proto3";

option csharp_namespace = "AspNetCoregRpcService";

import "google/protobuf/empty.proto";
package LuCat; //定义包名

//定义服务
service LuCat{
    //定义给猫洗澡双向流rpc
    rpc BathTheCat(stream BathTheCatReq) returns ( stream BathTheCatResp);
    //定义统计猫数量简单rpc
    rpc Count(google.protobuf.Empty) returns (CountCatResult);
}

message SuckingCatResult{
    string message=1;
}
message BathTheCatReq{
    int32 id=1;
}
message BathTheCatResp{
    string message=1;
}
message CountCatResult{
    int32 Count=1;
}

② 添加服务的实现

这里安利下Resharper，非常方便

private readonly ILogger<LuCatService> _logger;
private static readonly List<string> Cats=new List<string>(){"英短银渐层","英短金渐层","美短","蓝猫","狸花猫","橘猫"};
private static readonly Random Rand=new Random(DateTime.Now.Millisecond);

public LuCatService(ILogger<LuCatService> logger)
{
    _logger = logger;
}

public override async Task BathTheCat(IAsyncStreamReader<BathTheCatReq> requestStream, IServerStreamWriter<BathTheCatResp> responseStream, ServerCallContext context)
{
    var bathQueue=new Queue<int>();
    while (await requestStream.MoveNext())
    {
        //将要洗澡的猫加入队列
        bathQueue.Enqueue(requestStream.Current.Id);

        _logger.LogInformation($"Cat {requestStream.Current.Id} Enqueue.");
    }

    //遍历队列开始洗澡
    while (bathQueue.TryDequeue(out var catId))
    {
        await responseStream.WriteAsync(new BathTheCatResp() { Message = $"铲屎的成功给一只{Cats[catId]}洗了澡！" });

        await Task.Delay(500);//此处主要是为了方便客户端能看出流调用的效果
    }
}

public override Task<CountCatResult> Count(Empty request, ServerCallContext context)
{
    return Task.FromResult(new CountCatResult()
    {
        Count = Cats.Count
    });
}

BathTheCat 方法会接收多个客户端发来的CatId，然后将他们加入队列中，等客户端发送完成后开始依次洗澡并返回给客户端。

③ 客户端实现

随机发送10个猫Id给服务端，然后接收10个洗澡结果。

var channel = GrpcChannel.ForAddress("https://localhost:5001");
var catClient = new LuCat.LuCatClient(channel);
//获取猫总数
var catCount = await catClient.CountAsync(new Empty());
Console.WriteLine($"一共{catCount.Count}只猫。");
var rand = new Random(DateTime.Now.Millisecond);

var bathCat = catClient.BathTheCat();
//定义接收吸猫响应逻辑
var bathCatRespTask = Task.Run(async() =>
{
    await foreach (var resp in bathCat.ResponseStream.ReadAllAsync())
    {
        Console.WriteLine(resp.Message);
    }
});
//随机给10个猫洗澡
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    await bathCat.RequestStream.WriteAsync(new BathTheCatReq() {Id = rand.Next(0, catCount.Count)});
}
//发送完毕
await bathCat.RequestStream.CompleteAsync();
Console.WriteLine("客户端已发送完10个需要洗澡的猫id");
Console.WriteLine("接收洗澡结果：");
//开始接收响应
await bathCatRespTask;

Console.WriteLine("洗澡完毕");

④ 运行

可以看到双向流调用成功，客户端发送了10个猫洗澡请求对象，服务端返回了10个猫洗澡结果对象。且是实时推送的，这就是 gRPC 的双向流调用。

这里大家可以自行改进来演变成客户端流式或者服务端流式调用。客户端发送一个猫Id列表，然后服务端返回每个猫洗澡结果，这就是服务端流式调用。客户端依次发送猫Id，然后服务端一次性返回所有猫的洗澡结果（给所有猫洗澡看做是一个业务，返回这个业务的结果），就是客户端流式调用。这里我就不再演示了。

五.流控制

gRPC 的流式调用支持对流进行主动取消的控制，进而可以衍生出流超时限制等控制。

在流式调用是，可以传一个 CancellationToken 参数，它就是我们用来对流进行取消控制的：

改造一下我们在第四小节的代码:

① 客户端

var cts = new CancellationTokenSource();
//指定在2.5s后进行取消操作
cts.CancelAfter(TimeSpan.FromSeconds(2.5));
var bathCat = catClient.BathTheCat(cancellationToken: cts.Token);
//定义接收吸猫响应逻辑
var bathCatRespTask = Task.Run(async() =>
{
    try
    {
        await foreach (var resp in bathCat.ResponseStream.ReadAllAsync())
        {
            Console.WriteLine(resp.Message);
        }
    }
    catch (RpcException ex) when (ex.StatusCode == StatusCode.Cancelled)
    {
        Console.WriteLine("Stream cancelled.");
    }
});

② 服务端

//遍历队列开始洗澡
while (!context.CancellationToken.IsCancellationRequested && bathQueue.TryDequeue(out var catId))
{
    _logger.LogInformation($"Cat {catId} Dequeue.");
    await responseStream.WriteAsync(new BathTheCatResp() { Message = $"铲屎的成功给一只{Cats[catId]}洗了澡！" });

    await Task.Delay(500);//此处主要是为了方便客户端能看出流调用的效果
}

③ 运行

设置的是双向流式调用2.5s后取消流，从客户端调用结果看到，并没有收到全部10个猫的洗澡返回结果，流就已经被取消了，这就是 gRPC 的流控制。

六.结束

这里流式调用可以实现实时推送，服务端到客户端或者客户端到服务端短实时推送消息，但是这个和传统意义上的长连接主动推送、广播消息不一样，不管你是服务端流式、客户端流式还是双向流式，必须要由客户端进行发起，通过客户端请求来建立流通信。

七.参考资料

• GRPC的四种服务类型 by twtydgo

• HTTP/2笔记之流和多路复用 by 聂永

• 本文所用代码

ASP.NET Core 3.0 使用 gRPC无法编译问题