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C# 实现 gRPC高级通信框架简单实现

news 2025/6/19 19:52:06

1. 前言

gRPC（Google Remote Procedure Call）是一个高性能、开源和通用的RPC框架，由Google主导开发。它支持多种编程语言，并广泛用于构建分布式应用程序和服务。gRPC基于HTTP/2协议，支持双向流、请求-响应和多请求-多响应模式，这使得它在微服务架构中尤其有用。

2. gRPC的使用场景包括：

微服务架构： 在微服务架构中，服务通过网络进行通信。以高效、简洁的方式通信，支持多种编程语言，便于构建跨语言的服务。
API开发： 开发RESTful API时，gRPC可以作为替代方案，提供更高效的数据传输和更强的类型安全性。
内部服务通信： 在大型系统中，内部服务间的通信可以通过gRPC进行优化，减少网络延迟和提升数据传输效率。
实时应用： 对于需要实时数据交换的应用，如实时聊天应用、在线游戏等，gRPC的双向流特性非常有用。
物联网（IoT）设备： 在物联网项目中，设备间的通信可以通过gRPC简化，尤其是在需要高效数据传输的场景中。
跨平台应用： 由于gRPC支持多种编程语言，它非常适合开发需要跨平台支持的应用和服务。

3. gRPC的关键特性：

高效的序列化： 使用Protocol Buffers（protobuf），这是一种轻便且高效的语言无关的数据序列化格式。
跨语言支持： 支持多种编程语言，如C++, Java, Python, Go, Ruby, C#等。
高性能： 基于HTTP/2协议，支持流的特性，可以高效地处理大量并发请求。
安全性： 支持TLS/SSL加密，保护数据传输安全。
易于使用： 通过自动生成客户端和服务器端代码，简化了API的开发和调用。

4. 如何开始使用gRPC：

定义服务： 使用.proto文件定义服务接口和数据结构。

生成代码： 使用protoc编译器根据.proto文件生成客户端和服务端代码。

实现服务： 实现服务端的逻辑。

编写客户端： 编写客户端调用服务端的代码。

测试和部署： 测试应用并部署到生产环境。

1. 环境准备

安装 NuGet 包

在 ASP.NET Core 项目中，需安装以下包：

dotnet add package Grpc.AspNetCore
dotnet add package Google.Protobuf
dotnet add package Grpc.Net.Client

Protocol Buffers 文件

gRPC 依赖 .proto 文件定义服务接口。创建一个 .proto 文件（例如 greeter.proto），并定义服务和消息类型。

2. 定义 `.proto` 文件

syntax = "proto3";// 定义消息类型
message HelloRequest {string name = 1;
}message HelloResponse {string message = 1;
}// 定义服务接口
service Greeter {// 单向调用（Unary）rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloResponse);// 服务端流式调用（Server Streaming）rpc SayHellos (HelloRequest) returns (stream HelloResponse);// 客户端流式调用（Client Streaming）rpc TotalGreetings (stream HelloRequest) returns (HelloResponse);// 双向流式调用（Bidirectional Streaming）rpc Chat (stream HelloRequest) returns (stream HelloResponse);
}

3. 生成 C# 代码

使用 `protoc` 编译器

安装 protoc 和 C# 插件，然后生成代码：

protoc --csharp_out=. --grpc_out=. greeter.proto --plugin=protoc-gen-grpc=路径/to/grpc_csharp_plugin

在 Visual Studio 中集成

通过 NuGet 安装 Grpc.Tools 包，然后在项目文件中配置 .proto 文件的编译：

<ItemGroup><Protobuf Include="Protos\greeter.proto" GrpcServices="Server" />
</ItemGroup>

4. 实现 gRPC 服务端（ASP.NET Core）

配置 ASP.NET Core

在 Startup.cs 中配置 gRPC 服务：

public class Startup
{public void ConfigureServices(IServiceCollection services){services.AddGrpc();}public void Configure(IApplicationBuilder app, IWebHostEnvironment env){if (env.IsDevelopment()){app.UseDeveloperExceptionPage();}app.UseRouting();app.UseEndpoints(endpoints =>{endpoints.MapGrpcService<GreeterService>(); // 注册服务endpoints.MapGet("/", () => "gRPC Service is running.");});}
}

实现服务逻辑

继承生成的抽象类并实现方法：

public class GreeterService : Greeter.GreeterBase
{// 单向调用（Unary）public override Task<HelloResponse> SayHello(HelloRequest request, ServerCallContext context){return Task.FromResult(new HelloResponse { Message = "Hello, " + request.Name });}// 服务端流式调用（Server Streaming）public override async Task SayHellos(HelloRequest request, IServerStreamWriter<HelloResponse> responseStream, ServerCallContext context){for (int i = 0; i < 3; i++){await responseStream.WriteAsync(new HelloResponse { Message = $"Hello {i + 1}: " + request.Name });await Task.Delay(1000);}}// 客户端流式调用（Client Streaming）public override async Task<HelloResponse> TotalGreetings(IAsyncStreamReader<HelloRequest> requestStream, ServerCallContext context){int count = 0;while (await requestStream.MoveNext()){count++;}return new HelloResponse { Message = $"Received {count} greetings!" };}// 双向流式调用（Bidirectional Streaming）public override async Task Chat(IAsyncStreamReader<HelloRequest> requestStream, IServerStreamWriter<HelloResponse> responseStream, ServerCallContext context){while (await requestStream.MoveNext()){var request = requestStream.Current;await responseStream.WriteAsync(new HelloResponse { Message = "Echo: " + request.Name });}}
}

5. 实现 gRPC 客户端

创建客户端

using Grpc.Core;
using Grpc.Net.Client;
using System.Threading.Tasks;public class GreeterClient
{private readonly Greeter.GreeterClient _client;public GreeterClient(){// 创建 gRPC 通道（使用 HTTP/2）var channel = GrpcChannel.ForAddress("https://localhost:5001");_client = new Greeter.GreeterClient(channel);}// 单向调用（Unary）public async Task UnaryCall(){var reply = await _client.SayHelloAsync(new HelloRequest { Name = "World" });Console.WriteLine($"Greeter client received: {reply.Message}");}// 服务端流式调用（Server Streaming）public async Task ServerStreamingCall(){using var call = _client.SayHellos(new HelloRequest { Name = "Streaming" });await foreach (var response in call.ResponseStream.ReadAllAsync()){Console.WriteLine($"Server streaming: {response.Message}");}}// 客户端流式调用（Client Streaming）public async Task ClientStreamingCall(){var requestStream = _client.TotalGreetings();for (int i = 0; i < 3; i++){await requestStream.RequestStream.WriteAsync(new HelloRequest { Name = $"Request {i + 1}" });await Task.Delay(1000);}await requestStream.RequestStream.CompleteAsync();var response = await requestStream.ResponseAsync;Console.WriteLine($"Client streaming result: {response.Message}");}// 双向流式调用（Bidirectional Streaming）public async Task BidirectionalStreamingCall(){var call = _client.Chat();var writerTask = Task.Run(async () =>{for (int i = 0; i < 3; i++){await call.RequestStream.WriteAsync(new HelloRequest { Name = $"Message {i + 1}" });await Task.Delay(1000);}await call.RequestStream.CompleteAsync();});await foreach (var response in call.ResponseStream.ReadAllAsync()){Console.WriteLine($"Bidirectional streaming response: {response.Message}");}}
}

6. 测试服务

启动服务端

运行 ASP.NET Core 应用，服务端监听在 https://localhost:5001。

运行客户端

public static async Task Main(string[] args)
{var client = new GreeterClient();await client.UnaryCall(); // 单向调用await client.ServerStreamingCall(); // 服务端流式await client.ClientStreamingCall(); // 客户端流式await client.BidirectionalStreamingCall(); // 双向流式
}

关键点总结

依赖安装：确保 Grpc.AspNetCore 和 Grpc.Tools 包已安装。
.proto 文件：定义服务接口和消息类型，使用 protoc 生成 C# 代码。
服务端配置：在 ASP.NET Core 中注册 gRPC 服务。
流式通信：
- 服务端流式：通过 IServerStreamWriter 发送多条响应。
- 客户端流式：通过 IAsyncStreamReader 读取多条请求。
- 双向流式：同时处理请求和响应流。
客户端调用：使用 GrpcChannel 创建连接，调用生成的客户端接口。