Protobuf 與 gRPC

1. 概述

在軟體開發中，微服務架構已成為創建可擴展和可維護系統的有利方法。微服務之間的有效通訊至關重要，REST、訊息佇列、協定緩衝區 (Protobuf) 和 gRPC 等技術通常處於討論的前沿。

在本教程中，我們將重點放在 Protobuf 和 gRPC，研究它們的異同、優缺點，以全面了解它們在微服務架構中的作用。

2. 協定緩衝區

Protocol Buffers 是一種與語言和平台無關的機制，用於序列化和反序列化結構化資料。它的創建者谷歌宣稱它們比其他類型的有效負載（例如 XML 和 JSON）更快、更小、更簡單。

Protobuf 使用.proto檔案來定義資料的結構。每個檔案描述可能從一個節點傳輸到另一個節點或儲存在資料來源中的資料。定義模式後，我們將使用 Protobuf 編譯器(protoc)產生各種語言的原始碼：

syntax = "proto3"

 message Person {

 string name = 1;

 int32 id = 2;

 string email = 3;

 }

這是具有三個欄位的Person類型的簡單訊息的協定。每個欄位都有一個類型和一個唯一的識別號碼。 name和email是字串類型，而id是整數類型。

2.1. Protobuf的優點

讓我們來看看使用 Protobuf 的一些優點

Protobuf 資料緊湊，可輕鬆序列化和反序列化，使其在速度和儲存方面非常有效率。

Protobuf支援多種程式語言，如Java、C++、Python、Go等，促進無縫的跨平台資料交換。

它還可以在不中斷已部署程式的情況下從資料結構中新增或刪除字段，從而實現無縫的版本控制和更新。

2.2. Protobuf 的缺點

Protobuf 資料不是人類可讀的，這使得在不使用專門工具的情況下進行偵錯變得複雜。此外，Protobuf 模式的初始設定和理解比 JSON 或 XML 等格式更複雜。

3.gRPC

gRPC 是一個高效能、開源的 RPC 框架，最初由 Google 開發。它有助於消除樣板代碼並連接資料中心內和跨資料中心的多語言服務。我們可以將 gRPC 視為 REST、SOAP 或 GraphQL 的替代方案，它建構在HTTP/2之上，以使用多重化或流連接等功能。

在 gRPC 中，Protobuf 是預設的介面定義語言（IDL），這表示 gRPC 服務是使用 Protobuf 定義的。客戶端可以呼叫服務定義中包含的 RPC 方法。 protoc編譯器根據服務定義產生客戶端和伺服器程式碼：

syntax = "proto3";



 service PersonService {

 rpc GetPerson (PersonRequest) returns (PersonResponse);

 }



 message PersonRequest {

 int32 id = 1;

 }



 message PersonResponse {

 string name = 1;

 string email = 2;

 }

在此範例中， PersonService服務定義為GetPerson RPC 方法，該方法接受PersonRequest訊息並傳回PersonResponse訊息。

3.1. gRPC 的優點

讓我們來看看使用 gRPC 的一些優點：

• 利用HTTP/2 ，它提供標頭壓縮、多路復用和高效的二進位資料傳輸，從而實現更低的延遲和更高的吞吐量
• 使實施變得容易，因為它可以根據服務定義自動產生各種語言的客戶端和伺服器存根
• 適合即時數據交換，因為它支援客戶端、伺服器端和雙向流

3.2. gRPC 的缺點

現在，我們將研究使用 gRPC 的一些挑戰。

考慮到使用 JSON 的 REST 等更簡單的替代方案，為簡單的 CRUD 操作或輕量級應用程式設定 gRPC 可能並不合理。與 Protobuf 一樣，gRPC 的二進位協定在沒有適當工具的情況下使偵錯變得更加困難。

4. Protobuf 和 gRPC 的比較

為了比較 Protobuf 和 gRPC，我們可以打個比方： Protobuf 就像是一種為旅行高效打包行李箱而設計的語言。同時，gRPC 類似於一個綜合旅行社，管理從預訂航班到安排交通的一切，使用 Protobuf 的手提箱來攜帶我們的行李。讓我們比較 Protobuf 和 gRPC，以了解它們的關聯程度。

讓我們來看看 Protobuf 和 gRPC 的異同:

方面	原始緩衝區	遠程過程調用
開發商	由Google開發	由Google開發
文件使用	使用.proto檔案定義資料結構	使用.proto檔案定義服務方法及其請求/回應
可擴展性	設計為可擴展的，允許在不破壞現有實現的情況下添加新字段	設計為可擴展的，允許添加新方法而不破壞現有的實現
語言和平台支持	支援多種程式語言和平台，適用於不同環境	支援多種程式語言和平台，適用於不同環境
OSI模型層	工作在第 6 層	在第 5、6 和 7 層運行
定義	僅定義資料結構	允許我們在.proto檔案中定義服務方法及其請求/回應
角色和功能	類似 JSON 等序列化/反序列化工具	管理客戶端和伺服器互動的方式（如具有 REST API 的 Web 用戶端/伺服器）
串流媒體支援	沒有內建的串流媒體支持	支援串流媒體，允許伺服器和客戶端即時通信

5. 結論

在本文中，我們討論了 Protobuf 和 gRPC。兩者都是強大的工具，但它們的優勢在不同的場景中發揮作用。最佳選擇取決於我們的具體需求和優先事項。我們在做出決定時應該考慮速度、效率、可讀性和易用性之間的權衡。

我們可以使用 Protobuf 進行高效的資料序列化和交換，當我們需要具有高級功能的成熟 RPC 框架時，我們可以選擇 gRPC。