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Python中gRPC框架的使用

简介

gRPC 是一个高性能、开源和通用的 RPC 框架，面向移动和 HTTP/2 设计。目前提供 C、Java 和 Go 语言版本，分别是：grpc, grpc-java, grpc-go. 其中 C 版本支持 C, C++, Node.js, Python, Ruby, Objective-C, PHP 和 C# 支持。gRPC 基于 HTTP/2 标准设计，带来诸如双向流、流控、头部压缩、单 TCP 连接上的多复用请求等特。这些特性使得其在移动设备上表现更好，更省电和节省空间占用。gRPC 提供了一种简单的方法来定义服务，同时客户端可以充分利用 HTTP/2 stream 的特性，从而有助于节省带宽、降低 TCP 的连接次数、节省CPU的使用等

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Python中gRPC框架的使用

gRPC 默认使用 protocol buffers，这是 Google 开源的一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化，或者说序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。

安装

官方参考文档

  • gRPC 的安装：
$ pip install grpcio
  • 安装 ProtoBuf 相关的 python 依赖库：
    $ pip install protobuf
  • 安装 python grpc 的 protobuf 编译工具：
    $ pip install grpcio-tools

实践

定义一个消息类型

先来看一个非常简单的例子。假设你想定义一个“搜索请求”的消息格式，每一个请求含有一个查询字符串、你感兴趣的查询结果所在的页数，以及每一页多少条查询结果。可以采用如下的方式来定义消息类型的.proto文件了：

syntax = "proto3";  // 声明使用 proto3 语法

message SearchRequest {
  string query = 1;  // 每个字段都要指定数据类型
  int32 page_number = 2; // 这里的数字2 是标识符，最小的标识号可以从1开始，最大到2^29 - 1, or 536,870,911。不可以使用其中的[19000－19999]
  int32 result_per_page = 3; // 这里是注释，使用 //
}
  • 文章的第一行指定了你正在使用 proto3 语法：如果不指定，编译器会使用 proto2。这个指定语法必须是文件的非空非注释的第一行。
  • SearchRequest消息格式有三个字段，在消息中承载的数据分别对应于每一个字段。其中每个字段都有一个名字和一种类型。
  • 向.proto文件添加注释，可以使用C/C++/java风格的双斜杠(//) 语法格式。
  • 在消息体中，每个字段都有唯一的一个数字标识符。这些标识符用来在消息的二进制格式中识别各个字段，一旦开始使用就不能再改变。

[1,15]之内的标识号在编码的时候会占用一个字节。[16,2047]之内的标识号则占用2个字节。所以应该为那些频繁出现的消息元素保留 [1,15]之内的标识号。切记：要为将来有可能添加的、频繁出现的标识号预留一些标识号。

指定字段规则

所指定的消息字段修饰符必须是如下之一：

  • singular：一个格式良好的消息应该有0个或者1个这种字段（但是不能超过1个）。
  • repeated：在一个格式良好的消息中，这种字段可以重复任意多次（包括0次）。重复的值的顺序会被保留。
    在proto3中，repeated的标量域默认情况虾使用packed。
数值类型

一个标量消息字段可以含有一个如下的类型——该表格展示了定义于.proto文件中的类型，以及与之对应的、在自动生成的访问类中定义的类型：
Python中gRPC框架的使用

默认值

当一个消息被解析的时候，如果被编码的信息不包含一个特定的singular元素，被解析的对象锁对应的域被设置位一个默认值，对于不同类型指定如下：

  • 对于strings，默认是一个空string
  • 对于bytes，默认是一个空的bytes
  • 对于bools，默认是false
  • 对于数值类型，默认是0
  • 对于枚举，默认是第一个定义的枚举值，必须为0;
  • 对于消息类型（message），域没有被设置，确切的消息是根据语言确定的，详见generated code guide
  • 对于可重复域的默认值是空（通常情况下是对应语言中空列表）。
嵌套类型

你可以在其他消息类型中定义、使用消息类型，在下面的例子中，Result消息就定义在SearchResponse消息内，如：

message SearchResponse {
  message Result {
    string url = 1;
    string title = 2;
    repeated string snippets = 3;
  }
  repeated Result results = 1;
}

在 message SearchResponse 中，定义了嵌套消息 Result，并用来定义SearchResponse消息中的results域。

Protobuf 文件编译

从.proto文件生成了什么？

当用protocol buffer编译器来运行.proto文件时，编译器将生成所选择语言的代码，这些代码可以操作在.proto文件中定义的消息类型，包括获取、设置字段值，将消息序列化到一个输出流中，以及从一个输入流中解析消息。

  • 对C++来说，编译器会为每个.proto文件生成一个.h文件和一个.cc文件，.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
  • 对Java来说，编译器为每一个消息类型生成了一个.java文件，以及一个特殊的Builder类（该类是用来创建消息类接口的）。
  • 对Python来说，有点不太一样——Python编译器为.proto文件中的每个消息类型生成一个含有静态描述符的模块，，该模块与一个元类（metaclass）在运行时（runtime）被用来创建所需的Python数据访问类。
  • 对go来说，编译器会位每个消息类型生成了一个.pd.go文件。
  • 对于Ruby来说，编译器会为每个消息类型生成了一个.rb文件。
  • javaNano来说，编译器输出类似域java但是没有Builder类
  • 对于Objective-C来说，编译器会为每个消息类型生成了一个pbobjc.h文件和pbobjcm文件，.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
  • 对于C#来说，编译器会为每个消息类型生成了一个.cs文件，.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。

Python gRPC 示例

gRPC_DEMO  GitHub源码

编译

使用以下命令编译:

$ python -m grpc_tools.protoc -I./ --python_out=. --grpc_python_out=. ./hello.proto

生成了两个文件：

  • hello_pb2.py 此文件包含生成的 request(HelloRequest) 和 response(HelloReply) 类。
  • hello_pb2_grpc.py 此文件包含生成的 客户端(GreeterStub)和服务端(GreeterServicer)的类。
创建服务端代码

创建和运行 Greeter 服务可以分为两个部分：

  • 实现我们服务定义的生成的服务接口：做我们的服务的实际的“工作”的函数。

  • 运行一个 gRPC 服务器，监听来自客户端的请求并传输服务的响应。
创建客户端代码

见gRPC_DEMO  GitHub源码

运行代码

  1. 首先运行服务端代码

    python server/main.py

  2. 然后运行客户端代码

    python client/main.py
        输出:
        >>> Greeter client received: Hello, goodspeed!

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