HTTP/2 и Protocol Buffers: основа gRPC

Скорость gRPC обусловлена двумя компонентами: HTTP/2 для передачи данных и Protocol Buffers для сериализации. Вместе они объясняют, почему gRPC превосходит JSON поверх HTTP/1.1.

HTTP/1.1 отправляет по одному запросу за раз на каждое соединение; конвейеризация (pipelining) ненадежна, а блокировка начала очереди (head-of-line blocking) вынуждает использовать множество соединений. Это приводит к задержкам и накладным расходам для «болтливых» API.

Мультиплексирование HTTP/2 позволяет передавать множество одновременных потоков через одно соединение. Запросы перестают блокировать друг друга, и именно это обеспечивает двунаправленную потоковую передачу в gRPC.

HTTP/2 передает данные в бинарном виде и сжимает заголовки с помощью HPACK. Меньший объем данных при передаче и более эффективный парсинг означают меньшую задержку по сравнению с текстовым протоколом HTTP/1.1.

Protocol Buffers — это компактный бинарный формат, основанный на схемах. Вы один раз описываете сообщения в файле .proto, а инструментарий генерирует код на многих языках программирования.

В передаваемых данных каждое поле protobuf содержит номер тега, а не свое имя — именно это позволяет сохранять размер полезной нагрузки минимальным. Никогда не используйте повторно и не меняйте теги, иначе вы нарушите совместимость.

Protobuf остается компактным и быстрым за счет удаления имен полей из передаваемых данных, использования кодировки varint для целых чисел, а также исключения пробелов и кавычек, характерных для JSON.

Файл .proto — это надежный контракт, общий для клиента и сервера. Обе стороны генерируют на его основе типобезопасный код, что устраняет целый класс ошибок, связанных со слаботипизированным форматом JSON.

gRPC-вызов легко соотносится с архитектурой: метод представляет собой поток HTTP/2, сообщения запроса и ответа — это байты protobuf, а потоковая передача использует несколько кадров в рамках этого потока.

Компромиссы: бинарные полезные нагрузки не читаются человеком, браузерам требуется grpc-web прокси, а также необходимы инструменты генерации кода. Для внутренних высоконагруженных сервисов это обычно оправдано.

Итог: gRPC выигрывает благодаря эффективному мультиплексированию HTTP/2 и компактной сериализации protobuf, а использование общей схемы обеспечивает безопасность типов для обеих сторон.

Две основы gRPC: HTTP/2 обеспечивает мультиплексирование потоков и бинарное фреймирование, а Protocol Buffers предоставляют компактный формат, основанный на схемах. Вместе: быстрее и безопаснее с точки зрения типов.