JS `gRPC-Web` 协议转换与 `Proxy` 层设计：浏览器到 gRPC 服务 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位观众老爷，大家好！我是今天的主讲人，很高兴和大家聊聊 gRPC-Web 协议转换与 Proxy 层设计，也就是让你的浏览器能愉快地和 gRPC 服务“眉来眼去”。

我们今天的主题是：浏览器到 gRPC 服务：JS gRPC-Web 协议转换与 Proxy 层设计。

好，废话不多说，咱们直接上干货！

一、为什么我们需要 gRPC-Web？

首先，我们要搞清楚一个问题：为啥浏览器不能直接和 gRPC 服务通信？

答案很简单：浏览器不支持 gRPC 的 HTTP/2 binary 协议。

传统的 gRPC 使用 HTTP/2 作为传输协议，并且数据采用 Protocol Buffers (protobuf) 进行序列化。这对于后端服务之间的高效通信简直是完美CP，但是浏览器表示：“我看不懂，我不玩！”

浏览器主要使用 HTTP/1.1 和 XMLHttpRequest (XHR) 或 Fetch API 进行网络通信，并且更喜欢 JSON 这种“人类友好型”的数据格式。

因此，我们需要一个“翻译”，一个“中间人”，来让浏览器和 gRPC 服务能够互相理解。这就是 gRPC-Web 的用武之地。

二、 gRPC-Web 是什么？

gRPC-Web 是一种协议和库，它允许 Web 浏览器应用像调用原生 gRPC 服务一样，直接调用 gRPC 服务。

它通过以下方式实现：

协议转换： gRPC-Web 客户端会将浏览器发送的 HTTP 请求转换为 gRPC 兼容的请求，并发送到 gRPC-Web Proxy。
Proxy： gRPC-Web Proxy 接收到请求后，将其转换为标准的 gRPC 请求，并转发到后端的 gRPC 服务。
反向转换： gRPC 服务返回的响应，Proxy 会将其转换为 gRPC-Web 客户端可以理解的格式，然后发送回浏览器。

简单来说，gRPC-Web 就像一个“翻译官”，在浏览器和 gRPC 服务之间架起一座桥梁。

三、核心组件

gRPC-Web 方案中，主要有以下几个核心组件：

gRPC 服务： 这是你的后端服务，使用 gRPC 协议。
gRPC-Web 客户端库： 这是一个 JavaScript 库，用于在浏览器中调用 gRPC 服务。它负责将 JavaScript 对象序列化为 protobuf 格式，并处理与 Proxy 的通信。
gRPC-Web Proxy： 这是一个服务器端组件，负责接收 gRPC-Web 客户端的请求，将其转换为 gRPC 请求，并转发到后端的 gRPC 服务。常见的 Proxy 实现有 Envoy、grpc-web 官方提供的 grpcwebproxy。
Protocol Buffers (protobuf)： 用于定义 gRPC 服务接口和消息格式。

可以用表格来总结：

组件	作用	技术栈
gRPC 服务	提供后端服务，使用 gRPC 协议	Golang, Java, Python, C++ 等
gRPC-Web 客户端	在浏览器中调用 gRPC 服务，负责协议转换和通信	JavaScript
gRPC-Web Proxy	接收 gRPC-Web 请求，转换为 gRPC 请求，转发到后端服务，并进行反向转换	Envoy, `grpcwebproxy` (Go)
protobuf	定义 gRPC 服务接口和消息格式，用于代码生成	Protobuf IDL

四、 gRPC-Web Proxy 的选择和设计

gRPC-Web Proxy 是整个方案的核心。选择合适的 Proxy 并进行合理的设计，对于系统的性能、可扩展性和安全性至关重要。

1. 常见的 Proxy 实现

Envoy： 一个高性能的开源边缘和服务代理，功能非常强大，支持各种协议和配置，可以作为 gRPC-Web Proxy 使用。优点是性能好，可扩展性强，缺点是配置相对复杂。
grpcwebproxy： grpc-web 官方提供的 Proxy，用 Go 语言编写，配置简单，易于上手。优点是简单易用，缺点是功能相对有限。

2. Proxy 的设计要点

性能： Proxy 位于浏览器和 gRPC 服务之间，任何性能瓶颈都会影响用户体验。因此，Proxy 必须具有高性能，能够快速处理请求和响应。
可扩展性： 随着业务的发展，请求量会不断增加。Proxy 应该具有良好的可扩展性，能够轻松应对高并发的场景。
安全性： Proxy 应该提供必要的安全措施，例如 TLS 加密、身份验证和授权，以保护数据安全。
监控和日志： Proxy 应该提供完善的监控和日志功能，方便我们了解系统的运行状态，及时发现和解决问题。
配置管理： Proxy 的配置应该易于管理，方便我们进行修改和更新。

3. Proxy 的部署方式

Proxy 可以部署在以下位置：

反向代理服务器后面： 例如 Nginx 或 Apache。这种方式可以利用反向代理服务器的负载均衡、缓存和安全功能。
Kubernetes 集群中： 可以使用 Kubernetes 的 Ingress 或 Service Mesh 来管理 Proxy。这种方式可以提高系统的可靠性和可扩展性。
云平台： 可以使用云平台的 API Gateway 或 Load Balancer 来管理 Proxy。这种方式可以简化部署和运维。

五、代码示例：使用 `grpcwebproxy`

为了让大家更直观地了解 gRPC-Web 的使用，我们以 grpcwebproxy 为例，演示一个简单的例子。

1. 定义 protobuf 文件

首先，我们需要定义一个 protobuf 文件，描述 gRPC 服务的接口和消息格式。

syntax = "proto3";

package example;

service Greeter {
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply);
}

message HelloRequest {
  string name = 1;
}

message HelloReply {
  string message = 1;
}

这个 protobuf 文件定义了一个 Greeter 服务，包含一个 SayHello 方法，接收 HelloRequest 消息，返回 HelloReply 消息。

2. 生成 gRPC 代码

使用 protoc 命令生成 gRPC 代码，包括服务端和客户端代码。

protoc --go_out=. --go_opt=paths=source_relative 
    --go-grpc_out=. --go-grpc_opt=paths=source_relative 
    example.proto

这个命令会生成 example.pb.go 和 example_grpc.pb.go 两个文件，包含 gRPC 服务的接口和消息类型的定义。

3. 实现 gRPC 服务

使用生成的 gRPC 代码，实现 gRPC 服务。

package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "log"
    "net"
    "google.golang.org/grpc"
    pb "path/to/your/generated/code" // 替换成你生成的代码路径
)

const (
    port = ":50051"
)

type server struct {
    pb.UnimplementedGreeterServer
}

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{})
    fmt.Printf("Server listening at %v", lis.Addr())
    if err := s.Serve(lis); err != nil {
        log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
    }
}

这个代码实现了一个简单的 gRPC 服务，接收 HelloRequest 消息，返回 HelloReply 消息，其中包含了 "Hello " + name 的问候语。

4. 启动 gRPC 服务

编译并运行 gRPC 服务。

go run main.go

5. 配置 `grpcwebproxy`

下载并配置 grpcwebproxy。

# 下载 grpcwebproxy
go install github.com/grpc-ecosystem/grpc-web/grpcwebproxy@latest

# 运行 grpcwebproxy
grpcwebproxy --backend_addr=localhost:50051 --backend_tls=false --allow_all_origins

--backend_addr 指定后端的 gRPC 服务地址。
--backend_tls=false 表示后端服务不使用 TLS 加密。
--allow_all_origins 允许所有来源的跨域请求。生产环境请务必配置安全的 CORS 策略。

6. 创建 gRPC-Web 客户端

使用 gRPC-Web 客户端库，创建一个 JavaScript 客户端，用于调用 gRPC 服务。

首先，安装 gRPC-Web 客户端库。

npm install google-protobuf grpc-web

然后，创建 JavaScript 代码。

// Import the grpc-web library
const {GreeterClient} = require('./example_grpc_web_pb'); // 替换成你生成的代码路径
const {HelloRequest} = require('./example_pb'); // 替换成你生成的代码路径

// Create a new gRPC-Web client
const client = new GreeterClient('http://localhost:8080'); // grpcwebproxy 默认端口是 8080

// Create a new request
const request = new HelloRequest();
request.setName('World');

// Call the SayHello method
client.sayHello(request, {}, (err, response) => {
  if (err) {
    console.error(err);
  } else {
    console.log(response.getMessage()); // 输出 "Hello World"
  }
});

这个代码创建了一个 GreeterClient 实例，并调用 sayHello 方法，向 gRPC 服务发送 HelloRequest 消息，并打印返回的 HelloReply 消息。

7. 运行 gRPC-Web 客户端

在浏览器中运行 JavaScript 代码，或者使用 Node.js 运行。

node index.js

你应该能在控制台中看到 "Hello World" 的输出。

六、生产环境的注意事项

在生产环境中部署 gRPC-Web 应用时，需要考虑以下几个方面：

CORS： gRPC-Web 应用通常需要跨域访问 gRPC 服务。因此，需要在 Proxy 上配置 CORS 策略，允许来自特定域的请求。
TLS： 为了保证数据安全，建议使用 TLS 加密传输数据。需要在 Proxy 上配置 TLS 证书，并启用 HTTPS。
身份验证和授权： 为了保护 gRPC 服务，需要进行身份验证和授权。可以使用 JWT 或 OAuth 2.0 等协议进行身份验证，并使用 RBAC 或 ABAC 等模型进行授权。
监控和日志： 为了了解系统的运行状态，需要收集 Proxy 和 gRPC 服务的监控指标和日志。可以使用 Prometheus、Grafana 和 ELK Stack 等工具进行监控和日志分析。
错误处理： 需要对 gRPC 服务的错误进行处理，并向客户端返回友好的错误信息。

七、总结

gRPC-Web 是一种让 Web 浏览器应用直接调用 gRPC 服务的有效方案。通过 gRPC-Web Proxy 进行协议转换，我们可以充分利用 gRPC 的高性能和强类型特性，构建高效可靠的 Web 应用。

选择合适的 Proxy 并进行合理的设计，对于系统的性能、可扩展性和安全性至关重要。在生产环境中部署 gRPC-Web 应用时，需要考虑 CORS、TLS、身份验证和授权、监控和日志以及错误处理等问题。

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解 gRPC-Web 协议转换与 Proxy 层设计。谢谢大家！

各位还有什么问题吗？欢迎提问！

一、 为什么我们需要 gRPC-Web？