gRPC：在ASP.NET Core上的基本应用

gRPC是Google基于HTTP/2和protobuf推出的一款也是当下热门的开源RPC（Remote Procedure Call）框架。可在程序或者服务之间进行高性能低带宽的通信，并且支持身份认证、日志系统等等需要用到的功能。在微服务作为主流的时代，各个服务之间的通信也是一个亟需解决的问题。在ASP.NET Core 3.x下，gRPC也是微软传统RPC框架WCF的有效替代。

使用gRPC，可以让客户端像调用本地方法一样地去调用服务端中的方法。gRPC是一种合约优先的API开发模式，就是我们需要先具体地定义好方法和参数后，再进行服务端功能开发和客户端调用。并且客户端和服务端可以是使用不同语言开发的程序，通过gRPC，一旦我们在自己的服务中定义了proto文件，任何其他gRPC支持的语言开发的程序都可以来调用这个通信，通信中涉及到的环境、序列化等gRPC都帮我们完成了。默认情况下，gRPC是使用Protocol Buffers作为其接口定义语言（Interface Definition Language），就是用来定义通信中要用的方法和参数。Protocol Buffers不依赖特定的语言，根据不同需求，编译器就可以将其转换生成C#、Java、Python、Go等十几种语言供我们开发使用，并且在通信中数据是序列化成二进制流的，从而获得更好的传输性能。

本文接下来简单介绍Protocol Buffers和gRPC在.NET Core中的基本用法，主要参考为官方文档和各位大佬的教程（文末有链接）。本文Demo已上传至☞GitHub。

那么先来简单介绍一下Protocol Buffers的语法。

○ 文件名后缀用 ".proto"
○ 别忘记在文首加上一句“syntax = "proto3"，来指明使用的是proto3的语法（因为之前还有一个proto2）
○ 通过在proto文件中定义message类型来指明你想序列化传输的对象，可以类比成一个类其中包含你需要的多个字段。比如定义一个叫Person的message，其中包含3个字段。

1 message Person {
2   string name = 1;
3   int32 id = 2;
4   bool has_ponycopter = 3;
5 }

○ 简单介绍下Protocol Buffer中常用的数据类型
　　§ 数值：double, float, int32, int64, uint32, uint64, sint32, sint64, fixed32, fixed64, sfixed32, sfixed64
　　§ 字符串：string
　　§ 布尔：bool
　　§ 字节：bytes ，最大长度232
　　§ 枚举：enum
　　　　□ 定义枚举的方法，另外支持使用别名，别名是用不同的名称表示同一个枚举值，如下面的EnumAllowingAlias.STARTED和EnumAllowingAlias.RUNNING表示的是同一个枚举值。

1 enum EnumAllowingAlias {
2     option allow_alias = true;  //表示可以使用别名
3     UNKNOWN = 0;     //枚举的编号是从0开始的
4     STARTED = 1;
5     RUNNING = 1;
6 }

○ 定义message时，注意到每个字段都加了一个“唯一标识”的编号，这些编号用来在message转成二进制形式后标识具体字段是啥，在投入使用后尽可能避免修改字段的编号。编号范围是1~229-1其中编号1~15的字段使用一个字节来编码，编号16~2047则使用两个字节。所以将使用频率高的字段用1~15来编号，另外19000~19999是Protocol Buffers的保留字段，最好别用。
○ 字段的规则分为两种，singular（proto3中默认）和repeated，定义字段时二选一
　　§ singular
　　　　大概是表示为单值，这个字段的值最多一个，与repeated相对
　　§ repeated
　　　　大概像是集合类型，比如定义一个字段如“repeated string emails”大概意思可理解为List<string> emails
○ 注释的写法和C#文件中注释的写法基本一致，用“//”或者“/* … */”
○ 保留字段。如果一个已投入使用的proto中移除了某些字段的话，而用户仍然使用这些字段编号就会造成一些较严重的错误。解决办法是将这些想移除的字段名或者字段编号使用reserved关键字修饰。使用了reserved标注的字段在未来使用时，protocol buffer编译器将会抛出错误。

1 message Foo {
2   reserved 2, 15, 9 to 11;
3   reserved "foo", "bar";
4 }

○ 当使用protocol buffer编译器将proto文件编译成C#语言，会自动生成.cs文件，其中为每个message编译成class。
○ 编译后的类型与C#中类型的对应关系

proto类型	double	float	int32	int64	string	bool	bytes	enum
C#类型	double	float	int	long	string	bool	ByteString	enum
默认值	0	0	0	0	string.Empty	false	空字节数组	枚举中的第一个值

○ 定义完message后，可以将其打包供其他service或者message引用，那么在protocol buffer中打包和引用的方法也很简单
　　§ 打包语法：

package foo.bar;
message Open { ... } 

　　§ 指定生成自定义的C#命名空间的语法：

option csharp_namespace = "Foo.MyBar";

　　§ 引用其他proto文件中定义的message类型的语法：

import "myproject/other_protos.proto";

○ 有了message的定义，要在RPC中应用的话就需要定义“方法”，在protocol buffer中即是service。在.proto文件中定义service的语法是：

service SearchService {
  rpc Search (SearchRequest) returns (SearchResponse);
}

○ 其中service和rpc都是关键字，Search是“方法”名，SearchRequest与SearchResponse都是定义的message类型。
○ 定义好service后，proto编译器就会将service使用我们选择的语言编译成的服务接口的代码。
○ Protocol buffers的一些其他关键字如any，oneof等暂时没用上，就先不列出了，可参考官方文档。

gRPC Demo实践

IDE使用的VS2019，首先使用ASP.NET Core建立一个gRPC的服务端，使用一个WPF程序作为客户端实现最基本的gRPC通信Demo，以一个员工信息的增查为例来演示gRPC中的常用场景。
gRPC 通常有四种模式的通信，分别是“一元（unary）”，“客户端流（client streaming）”，“服务端流（server streaming）” 以及“双向流模式（ bidirectional streaming）”，对于 HTTP 2 来说其实都是用流的模式，以下实验是参考杨旭大佬的教程。

首先创建gRPC服务端，新建一个空白的ASP.NET Core Web应用程序命名为gRPC.Server。用NuGet安装“Grpc.AspNetCore”。新建一个Protos文件夹来存放.proto文件，新建一个名为Message.proto的文件来定义通信过程中需要的message。

 1 syntax = "proto3";    //给编译器指明语法为proto3
 2 
 3 //员工
 4 message Employee{
 5     int32 Id = 1;                //Id
 6     string Name = 2;                //姓名
 7     int32 EmployeeNo = 3;        //工号
 8     Gender Gender = 4;            //性别
 9     Date BirthDay = 5;            //生日
10     string Department = 6;        //部门
11     bool IsValid = 7;            //有效性
12     bytes Photo = 8;            //照片
13 }
14 //性别（枚举）
15 enum Gender{
16     NOT_SPESIFICED = 0;
17     FEMALE = 1;
18     MALE = 2;
19 }
20 //日期
21 message Date{
22     int32 Year = 1;
23     int32 Month = 2;
24     int32 Day = 3;
25 }
26 
27 //Service 用的参数:
28 //根据Id查询员工信息
29 message GetEmployeeByIdRequest{    
30     int32 Id = 1;
31 }
32 //上传的员工信息请求
33 message EmployeeRequest{
34     Employee Employee = 1;
35 }
36 //返回员工信息
37 message EmployeeResponse{
38     Employee Employee = 1;
39 }
40 //根据条件查询员工
41 message GetEmployeeCollectionRequest{
42     string SearchTerm = 1;
43     bool IsValid = 2;
44 }
45 //返回员工信息集合
46 message GetEmployeeCollectionReponse{
47     Employee Employee = 1;
48 }
49 //上传员工照片
50 message AddPhotoRequest{
51     bytes Photo = 1;
52 }
53 //上传员工照片响应
54 message AddPhotoReponse{
55     bool IsOK = 1;
56 }

message.proto