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在使用gRpc的過程中，有一個想法：gRpc客戶端、服務端是怎么交互的呢?

從這個想法萌生出一個驗證方法，通過抓包來分析其交互過程與底層數據，一起來看看吧。

1. gRpc是什么

gRpc是什么?

gRPC是一個高性能、開源和通用的 RPC 框架，面向移動和 HTTP/2 設計。目前提供 C、Java 和 Go 語言版本，分別是：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 標準設計，帶來諸如雙向流、流控、頭部壓縮、單 TCP 連接上的多復用請求等特。這些特性使得其在移動設備上表現更好，更省電和節(jié)省空間占用。

一句話概括：gRpc是Google基于 HTTP/2 + ProtoBuf 開源的一個RPC框架。

2. 準備工作

正所謂：欲善其事必先利其器，所以在開始抓包之前需要做好如下準備：

抓包軟件：wireshark

代碼：gRpc代碼

操作系統(tǒng)：Windows、Linux、Macos 其一

3. wireshark安裝

官網下載地址：

https://www.wireshark.org/download.html

wireshark

4. gRpc示例代碼

示例代碼目錄結構

. 
└── helloworld 
    ├── client 
    │   └── main.go 
    ├── go.mod 
    ├── go.sum 
    ├── proto 
    │   ├── helloworld.pb.go 
    │   └── helloworld.proto 
    └── server 
        └── main.go 

helloworld.proto

syntax = "proto3"; 
 
package proto; 
 
// 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; 
    int32 age = 2; 
} 
 
// The response message containing the greetings 
message HelloReply { 
    string message = 1; 
    string address = 2; 
} 

通過protoc對proto文件生成go代碼

cd proto 
protoc --go_out=plugins=grpc:. ./* 

服務端代碼 - server/main.go

package main 
 
import ( 
    "context" 
    "log" 
    "net" 
 
    pb "github.com/ivansli/grpc_helloworld/proto" 
    "google.golang.org/grpc" 
) 
 
const ( 
    port = ":8080" 
) 
 
// server is used to implement helloworld.GreeterServer. 
type server struct {} 
 
// SayHello implements helloworld.GreeterServer 
func (s *server) SayHello(ctx context.Context, in *pb.HelloRequest) (*pb.HelloReply, error) { 
    log.Printf("Received: %v", in.GetName()) 
    return &pb.HelloReply{Message: "Hello " + in.GetName()}, nil 
} 
 
func main() { 
    lis, err := net.Listen("tcp", port) 
    if err != nil { 
        log.Fatalf("failed to listen: %v", err) 
    } 
 
    s := grpc.NewServer() 
    pb.RegisterGreeterServer(s, &server{}) 
 
    log.Printf("server listening at %v", lis.Addr()) 
    if err := s.Serve(lis); err != nil { 
        log.Fatalf("failed to serve: %v", err) 
    } 
} 

客戶端代碼 - client/main.go

package main 
 
import ( 
    "context" 
    "google.golang.org/grpc/metadata" 
    "log" 
    "os" 
    "time" 
 
    pb "github.com/ivansli/grpc_helloworld/proto" 
    "google.golang.org/grpc" 
) 
 
const ( 
    address     = "localhost:8080" 
    defaultName = "world" 
) 
 
func main() { 
    // Set up a connection to the server. 
    conn, err := grpc.Dial(address, grpc.WithInsecure()) 
    if err != nil { 
        log.Fatalf("did not connect: %v", err) 
    } 
    defer conn.Close() 
    c := pb.NewGreeterClient(conn) 
 
    // Contact the server and print out its response. 
    name := defaultName 
    iflen(os.Args) > 1 { 
        name = os.Args[1] 
    } 
    ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second) 
    defer cancel() 
     
  // ！metadata 用于在服務間傳遞一些參數，注意后面它在交互中出現的位置 
    ctx = metadata.AppendToOutgoingContext(ctx, "metadata", "is metadata") 
 
    r, err := c.SayHello(ctx, &pb.HelloRequest{Name: name}) 
    if err != nil { 
        log.Fatalf("could not greet: %v", err) 
    } 
    log.Printf("Greeting: %s", r.GetMessage()) 
} 

5. 步驟

① 運行服務端代碼 server/main.go，監(jiān)聽在8080端口

go run server/main.go 

② 打開wireshark，等待抓包

③ 運行客戶端代碼 client/main.go

go run client/main.go 

6. wireshark抓包gRpc交互過程

wireshark抓包gRpc交互過程

• 仔細觀察Protocol列的協(xié)議類型：
• TCP 傳輸層
• HTTP2 應用層
• GRPC 應用層(基于HTTP/2)
• GRPC 跟 HTTPS/2 不同之處在于：GRPC協(xié)議中包含了ProtoBuf序列化的數據，也間接印證了 GRPC = HTTP/2 + ProtoBuf

通過抓包我們發(fā)現，客戶端使用53726端口與監(jiān)聽在8080的服務端進行交互以及數據傳遞，其過程大概分為10個。

① TCP三次握手

② Magic

③ SETTINGS

④ HEADERS

⑤ DATA

⑥ WINDOW_UPDATE, PING

⑦ PING(pong)

⑧ HEADERS, DATA

⑨ WINDOW_UPDATE, PING

⑩ PING(pong)

在抓包的過程中，發(fā)現應用層出現若干不同幀類型，分別有：Magic、SETTINGS、HEADERS、DATA、WINDOW_UPDATE、PING。

至于它們的作用，且看下面分析：

Magic

magic幀

Magic幀的主要作用是對使用HTTP/2雙方協(xié)議的確認, 是一個鏈接前言。作用是確定啟用HTTP/2連接。

SETTINGS

SETTINGS的主要作用是設置這一個連接的參數，作用于是整個連接。從圖中可以看到出現了多個SETTINGS，原因是在發(fā)送完連接前言后，客戶端、服務端還需要進一步地確定一些信息。

客戶端發(fā)送給服務端的SETTINGS

服務端發(fā)送給客戶端的SETTINGS

HEADERS

HEADERS的主要作用是存儲和傳遞HTTP的頭信息。

客戶端發(fā)送給服務端的HEADERS

可以看到很多重要的信息：

• method
• scheme
• path
• authority
• content-type
• user-agent 等

這些都是gRpc很重要的基礎屬性。

• 注意:
• 使用
• google.golang.org/grpc/metadata包metadata在客戶端、服務端傳遞的數據，也在HEADERS中

服務端發(fā)送給客戶端的HEADERS

仔細觀察，服務端發(fā)送給客戶端的HEADERS幀中 HEADERS數據分為兩部分：

• HTTP的響應狀態(tài)及內容(第一個 Stream：HEADERS)

status: 200 
 
content-type: application/grpc 

• gRpc承載的狀態(tài)信息(第二個 Stream：HEADERS，圖片中框起的部分)

grpc-status: 0 
 
grpc-message: 

DATA

DATA的主要作用是填充主體信息，是數據幀。

客戶端發(fā)送給服務端的DATA

其中，包含兩個重要部分：

① GRPC Message

/proto.Greeter/SayHello 為proto中service定義的的方法，也是服務端對外提供的方法。

② Protocol Buffers

與protobuf有關，其中Field(1)為定義的pb.HelloRequest結構中Name參數 &pb.HelloRequest{Name: "world"} 。

• 注意：
• ① pb.HelloRequest{} 結構體中的age字段由于是零值，傳輸時被忽略，所以沒有Field(2)
• ② 帶有request標識，說明這是客戶端發(fā)起的請求

服務端發(fā)送給客戶端的DATA

與客戶端發(fā)送給服務端的DATA類似，其中 Field(1) 為 &pb.HelloReply{Message: "Hello world"}的Message字段。

• 注意：
• ① pb.HelloReply{} 結構體中的address字段由于是零值，傳輸時被忽略，所以沒有Field(2)
• ② 帶有response標識，說明這是個響應信息

WINDOW_UPDATE

WINDOW_UPDATE的主要作用是管理流控制窗口。

客戶端發(fā)送給服務端的WINDOW_UPDATE

服務端發(fā)送給客戶端的WINDOW_UPDATE

PING

主要作用是用于判斷當前連接是否依舊可用，相當于心跳，分為：

• 客戶端ping服務端，服務端pong
• 服務端ping客戶端，客戶端pong

服務端發(fā)送給客戶端的PING

客戶端響應給服務端的PONG

• 注意：同一個Ping/Pong，有相同的標識字符串(圖示中標識為：02041010090e0707)

總結

我們通過抓包gRpc的交互過程，分析不同類型幀的作用，進一步了解了gRpc。

總結如下：

• gRpc在三次握手之后，客戶端/服務端會發(fā)送連接前言(Magic+SETTINGS)以確立協(xié)議和配置
• gRpc在傳輸數據過程中會設計滑動窗口(WINDOW_UPDATE)等流控策略
• gRpc附加信息基于HEADERS幀進行傳遞，具體的請求/響應數據存儲在DATA幀中
• gRpc請求/響應結果分為HTTP和gRpc狀態(tài)響應(grpc-status、grpc-message)兩種類型
• 如果服務端發(fā)起PING，客戶端會響應PONG，反之亦然