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[bytom/vapor.git] / vendor / google.golang.org / grpc / examples / gotutorial.md
1 # gRPC Basics: Go
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3 This tutorial provides a basic Go programmer's introduction to working with gRPC. By walking through this example you'll learn how to:
4
5 - Define a service in a `.proto` file.
6 - Generate server and client code using the protocol buffer compiler.
7 - Use the Go gRPC API to write a simple client and server for your service.
8
9 It assumes that you have read the [Getting started](https://github.com/grpc/grpc/tree/master/examples) guide and are familiar with [protocol buffers](https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview). Note that the example in this tutorial uses the proto3 version of the protocol buffers language, you can find out more in the [proto3 language guide](https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/proto3) and see the [release notes](https://github.com/google/protobuf/releases) for the new version in the protocol buffers Github repository.
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11 This isn't a comprehensive guide to using gRPC in Go: more reference documentation is coming soon.
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13 ## Why use gRPC?
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15 Our example is a simple route mapping application that lets clients get information about features on their route, create a summary of their route, and exchange route information such as traffic updates with the server and other clients.
16
17 With gRPC we can define our service once in a `.proto` file and implement clients and servers in any of gRPC's supported languages, which in turn can be run in environments ranging from servers inside Google to your own tablet - all the complexity of communication between different languages and environments is handled for you by gRPC. We also get all the advantages of working with protocol buffers, including efficient serialization, a simple IDL, and easy interface updating.
18
19 ## Example code and setup
20
21 The example code for our tutorial is in [grpc/grpc-go/examples/route_guide](https://github.com/grpc/grpc-go/tree/master/examples/route_guide). To download the example, clone the `grpc-go` repository by running the following command:
22 ```shell
23 $ go get google.golang.org/grpc
24 ```
25
26 Then change your current directory to `grpc-go/examples/route_guide`:
27 ```shell
28 $ cd $GOPATH/src/google.golang.org/grpc/examples/route_guide
29 ```
30
31 You also should have the relevant tools installed to generate the server and client interface code - if you don't already, follow the setup instructions in [the Go quick start guide](https://github.com/grpc/grpc-go/tree/master/examples/).
32
33
34 ## Defining the service
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36 Our first step (as you'll know from the [quick start](https://grpc.io/docs/#quick-start)) is to define the gRPC *service* and the method *request* and *response* types using [protocol buffers](https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview). You can see the complete `.proto` file in [examples/route_guide/routeguide/route_guide.proto](https://github.com/grpc/grpc-go/tree/master/examples/route_guide/routeguide/route_guide.proto).
37
38 To define a service, you specify a named `service` in your `.proto` file:
39
40 ```proto
41 service RouteGuide {
42    ...
43 }
44 ```
45
46 Then you define `rpc` methods inside your service definition, specifying their request and response types. gRPC lets you define four kinds of service method, all of which are used in the `RouteGuide` service:
47
48 - A *simple RPC* where the client sends a request to the server using the stub and waits for a response to come back, just like a normal function call.
49 ```proto
50    // Obtains the feature at a given position.
51    rpc GetFeature(Point) returns (Feature) {}
52 ```
53
54 - A *server-side streaming RPC* where the client sends a request to the server and gets a stream to read a sequence of messages back. The client reads from the returned stream until there are no more messages. As you can see in our example, you specify a server-side streaming method by placing the `stream` keyword before the *response* type.
55 ```proto
56   // Obtains the Features available within the given Rectangle.  Results are
57   // streamed rather than returned at once (e.g. in a response message with a
58   // repeated field), as the rectangle may cover a large area and contain a
59   // huge number of features.
60   rpc ListFeatures(Rectangle) returns (stream Feature) {}
61 ```
62
63 - A *client-side streaming RPC* where the client writes a sequence of messages and sends them to the server, again using a provided stream. Once the client has finished writing the messages, it waits for the server to read them all and return its response. You specify a client-side streaming method by placing the `stream` keyword before the *request* type.
64 ```proto
65   // Accepts a stream of Points on a route being traversed, returning a
66   // RouteSummary when traversal is completed.
67   rpc RecordRoute(stream Point) returns (RouteSummary) {}
68 ```
69
70 - A *bidirectional streaming RPC* where both sides send a sequence of messages using a read-write stream. The two streams operate independently, so clients and servers can read and write in whatever order they like: for example, the server could wait to receive all the client messages before writing its responses, or it could alternately read a message then write a message, or some other combination of reads and writes. The order of messages in each stream is preserved. You specify this type of method by placing the `stream` keyword before both the request and the response.
71 ```proto
72   // Accepts a stream of RouteNotes sent while a route is being traversed,
73   // while receiving other RouteNotes (e.g. from other users).
74   rpc RouteChat(stream RouteNote) returns (stream RouteNote) {}
75 ```
76
77 Our `.proto` file also contains protocol buffer message type definitions for all the request and response types used in our service methods - for example, here's the `Point` message type:
78 ```proto
79 // Points are represented as latitude-longitude pairs in the E7 representation
80 // (degrees multiplied by 10**7 and rounded to the nearest integer).
81 // Latitudes should be in the range +/- 90 degrees and longitude should be in
82 // the range +/- 180 degrees (inclusive).
83 message Point {
84   int32 latitude = 1;
85   int32 longitude = 2;
86 }
87 ```
88
89
90 ## Generating client and server code
91
92 Next we need to generate the gRPC client and server interfaces from our `.proto` service definition. We do this using the protocol buffer compiler `protoc` with a special gRPC Go plugin.
93
94 For simplicity, we've provided a [bash script](https://github.com/grpc/grpc-go/blob/master/codegen.sh) that runs `protoc` for you with the appropriate plugin, input, and output (if you want to run this by yourself, make sure you've installed protoc and followed the gRPC-Go [installation instructions](https://github.com/grpc/grpc-go/blob/master/README.md) first):
95
96 ```shell
97 $ codegen.sh route_guide.proto
98 ```
99
100 which actually runs:
101
102 ```shell
103 $ protoc --go_out=plugins=grpc:. route_guide.proto
104 ```
105
106 Running this command generates the following file in your current directory:
107 - `route_guide.pb.go`
108
109 This contains:
110 - All the protocol buffer code to populate, serialize, and retrieve our request and response message types
111 - An interface type (or *stub*) for clients to call with the methods defined in the `RouteGuide` service.
112 - An interface type for servers to implement, also with the methods defined in the `RouteGuide` service.
113
114
115 <a name="server"></a>
116 ## Creating the server
117
118 First let's look at how we create a `RouteGuide` server. If you're only interested in creating gRPC clients, you can skip this section and go straight to [Creating the client](#client) (though you might find it interesting anyway!).
119
120 There are two parts to making our `RouteGuide` service do its job:
121 - Implementing the service interface generated from our service definition: doing the actual "work" of our service.
122 - Running a gRPC server to listen for requests from clients and dispatch them to the right service implementation.
123
124 You can find our example `RouteGuide` server in [grpc-go/examples/route_guide/server/server.go](https://github.com/grpc/grpc-go/tree/master/examples/route_guide/server/server.go). Let's take a closer look at how it works.
125
126 ### Implementing RouteGuide
127
128 As you can see, our server has a `routeGuideServer` struct type that implements the generated `RouteGuideServer` interface:
129
130 ```go
131 type routeGuideServer struct {
132         ...
133 }
134 ...
135
136 func (s *routeGuideServer) GetFeature(ctx context.Context, point *pb.Point) (*pb.Feature, error) {
137         ...
138 }
139 ...
140
141 func (s *routeGuideServer) ListFeatures(rect *pb.Rectangle, stream pb.RouteGuide_ListFeaturesServer) error {
142         ...
143 }
144 ...
145
146 func (s *routeGuideServer) RecordRoute(stream pb.RouteGuide_RecordRouteServer) error {
147         ...
148 }
149 ...
150
151 func (s *routeGuideServer) RouteChat(stream pb.RouteGuide_RouteChatServer) error {
152         ...
153 }
154 ...
155 ```
156
157 #### Simple RPC
158 `routeGuideServer` implements all our service methods. Let's look at the simplest type first, `GetFeature`, which just gets a `Point` from the client and returns the corresponding feature information from its database in a `Feature`.
159
160 ```go
161 func (s *routeGuideServer) GetFeature(ctx context.Context, point *pb.Point) (*pb.Feature, error) {
162         for _, feature := range s.savedFeatures {
163                 if proto.Equal(feature.Location, point) {
164                         return feature, nil
165                 }
166         }
167         // No feature was found, return an unnamed feature
168         return &pb.Feature{"", point}, nil
169 }
170 ```
171
172 The method is passed a context object for the RPC and the client's `Point` protocol buffer request. It returns a `Feature` protocol buffer object with the response information and an `error`. In the method we populate the `Feature` with the appropriate information, and then `return` it along with an `nil` error to tell gRPC that we've finished dealing with the RPC and that the `Feature` can be returned to the client.
173
174 #### Server-side streaming RPC
175 Now let's look at one of our streaming RPCs. `ListFeatures` is a server-side streaming RPC, so we need to send back multiple `Feature`s to our client.
176
177 ```go
178 func (s *routeGuideServer) ListFeatures(rect *pb.Rectangle, stream pb.RouteGuide_ListFeaturesServer) error {
179         for _, feature := range s.savedFeatures {
180                 if inRange(feature.Location, rect) {
181                         if err := stream.Send(feature); err != nil {
182                                 return err
183                         }
184                 }
185         }
186         return nil
187 }
188 ```
189
190 As you can see, instead of getting simple request and response objects in our method parameters, this time we get a request object (the `Rectangle` in which our client wants to find `Feature`s) and a special `RouteGuide_ListFeaturesServer` object to write our responses.
191
192 In the method, we populate as many `Feature` objects as we need to return, writing them to the `RouteGuide_ListFeaturesServer` using its `Send()` method. Finally, as in our simple RPC, we return a `nil` error to tell gRPC that we've finished writing responses. Should any error happen in this call, we return a non-`nil` error; the gRPC layer will translate it into an appropriate RPC status to be sent on the wire.
193
194 #### Client-side streaming RPC
195 Now let's look at something a little more complicated: the client-side streaming method `RecordRoute`, where we get a stream of `Point`s from the client and return a single `RouteSummary` with information about their trip. As you can see, this time the method doesn't have a request parameter at all. Instead, it gets a `RouteGuide_RecordRouteServer` stream, which the server can use to both read *and* write messages - it can receive client messages using its `Recv()` method and return its single response using its `SendAndClose()` method.
196
197 ```go
198 func (s *routeGuideServer) RecordRoute(stream pb.RouteGuide_RecordRouteServer) error {
199         var pointCount, featureCount, distance int32
200         var lastPoint *pb.Point
201         startTime := time.Now()
202         for {
203                 point, err := stream.Recv()
204                 if err == io.EOF {
205                         endTime := time.Now()
206                         return stream.SendAndClose(&pb.RouteSummary{
207                                 PointCount:   pointCount,
208                                 FeatureCount: featureCount,
209                                 Distance:     distance,
210                                 ElapsedTime:  int32(endTime.Sub(startTime).Seconds()),
211                         })
212                 }
213                 if err != nil {
214                         return err
215                 }
216                 pointCount++
217                 for _, feature := range s.savedFeatures {
218                         if proto.Equal(feature.Location, point) {
219                                 featureCount++
220                         }
221                 }
222                 if lastPoint != nil {
223                         distance += calcDistance(lastPoint, point)
224                 }
225                 lastPoint = point
226         }
227 }
228 ```
229
230 In the method body we use the `RouteGuide_RecordRouteServer`s `Recv()` method to repeatedly read in our client's requests to a request object (in this case a `Point`) until there are no more messages: the server needs to check the the error returned from `Recv()` after each call. If this is `nil`, the stream is still good and it can continue reading; if it's `io.EOF` the message stream has ended and the server can return its `RouteSummary`. If it has any other value, we return the error "as is" so that it'll be translated to an RPC status by the gRPC layer.
231
232 #### Bidirectional streaming RPC
233 Finally, let's look at our bidirectional streaming RPC `RouteChat()`.
234
235 ```go
236 func (s *routeGuideServer) RouteChat(stream pb.RouteGuide_RouteChatServer) error {
237         for {
238                 in, err := stream.Recv()
239                 if err == io.EOF {
240                         return nil
241                 }
242                 if err != nil {
243                         return err
244                 }
245                 key := serialize(in.Location)
246                 ... // look for notes to be sent to client
247                 for _, note := range s.routeNotes[key] {
248                         if err := stream.Send(note); err != nil {
249                                 return err
250                         }
251                 }
252         }
253 }
254 ```
255
256 This time we get a `RouteGuide_RouteChatServer` stream that, as in our client-side streaming example, can be used to read and write messages. However, this time we return values via our method's stream while the client is still writing messages to *their* message stream.
257
258 The syntax for reading and writing here is very similar to our client-streaming method, except the server uses the stream's `Send()` method rather than `SendAndClose()` because it's writing multiple responses. Although each side will always get the other's messages in the order they were written, both the client and server can read and write in any order — the streams operate completely independently.
259
260 ### Starting the server
261
262 Once we've implemented all our methods, we also need to start up a gRPC server so that clients can actually use our service. The following snippet shows how we do this for our `RouteGuide` service:
263
264 ```go
265 flag.Parse()
266 lis, err := net.Listen("tcp", fmt.Sprintf("localhost:%d", *port))
267 if err != nil {
268         log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
269 }
270 grpcServer := grpc.NewServer()
271 pb.RegisterRouteGuideServer(grpcServer, &routeGuideServer{})
272 ... // determine whether to use TLS
273 grpcServer.Serve(lis)
274 ```
275 To build and start a server, we:
276
277 1. Specify the port we want to use to listen for client requests using `lis, err := net.Listen("tcp", fmt.Sprintf("localhost:%d", *port))`.
278 2. Create an instance of the gRPC server using `grpc.NewServer()`.
279 3. Register our service implementation with the gRPC server.
280 4. Call `Serve()` on the server with our port details to do a blocking wait until the process is killed or `Stop()` is called.
281
282 <a name="client"></a>
283 ## Creating the client
284
285 In this section, we'll look at creating a Go client for our `RouteGuide` service. You can see our complete example client code in [grpc-go/examples/route_guide/client/client.go](https://github.com/grpc/grpc-go/tree/master/examples/route_guide/client/client.go).
286
287 ### Creating a stub
288
289 To call service methods, we first need to create a gRPC *channel* to communicate with the server. We create this by passing the server address and port number to `grpc.Dial()` as follows:
290
291 ```go
292 conn, err := grpc.Dial(*serverAddr)
293 if err != nil {
294     ...
295 }
296 defer conn.Close()
297 ```
298
299 You can use `DialOptions` to set the auth credentials (e.g., TLS, GCE credentials, JWT credentials) in `grpc.Dial` if the service you request requires that - however, we don't need to do this for our `RouteGuide` service.
300
301 Once the gRPC *channel* is setup, we need a client *stub* to perform RPCs. We get this using the `NewRouteGuideClient` method provided in the `pb` package we generated from our `.proto` file.
302
303 ```go
304 client := pb.NewRouteGuideClient(conn)
305 ```
306
307 ### Calling service methods
308
309 Now let's look at how we call our service methods. Note that in gRPC-Go, RPCs operate in a blocking/synchronous mode, which means that the RPC call waits for the server to respond, and will either return a response or an error.
310
311 #### Simple RPC
312
313 Calling the simple RPC `GetFeature` is nearly as straightforward as calling a local method.
314
315 ```go
316 feature, err := client.GetFeature(context.Background(), &pb.Point{409146138, -746188906})
317 if err != nil {
318         ...
319 }
320 ```
321
322 As you can see, we call the method on the stub we got earlier. In our method parameters we create and populate a request protocol buffer object (in our case `Point`). We also pass a `context.Context` object which lets us change our RPC's behaviour if necessary, such as time-out/cancel an RPC in flight. If the call doesn't return an error, then we can read the response information from the server from the first return value.
323
324 ```go
325 log.Println(feature)
326 ```
327
328 #### Server-side streaming RPC
329
330 Here's where we call the server-side streaming method `ListFeatures`, which returns a stream of geographical `Feature`s. If you've already read [Creating the server](#server) some of this may look very familiar - streaming RPCs are implemented in a similar way on both sides.
331
332 ```go
333 rect := &pb.Rectangle{ ... }  // initialize a pb.Rectangle
334 stream, err := client.ListFeatures(context.Background(), rect)
335 if err != nil {
336     ...
337 }
338 for {
339     feature, err := stream.Recv()
340     if err == io.EOF {
341         break
342     }
343     if err != nil {
344         log.Fatalf("%v.ListFeatures(_) = _, %v", client, err)
345     }
346     log.Println(feature)
347 }
348 ```
349
350 As in the simple RPC, we pass the method a context and a request. However, instead of getting a response object back, we get back an instance of `RouteGuide_ListFeaturesClient`. The client can use the `RouteGuide_ListFeaturesClient` stream to read the server's responses.
351
352 We use the `RouteGuide_ListFeaturesClient`'s `Recv()` method to repeatedly read in the server's responses to a response protocol buffer object (in this case a `Feature`) until there are no more messages: the client needs to check the error `err` returned from `Recv()` after each call. If `nil`, the stream is still good and it can continue reading; if it's `io.EOF` then the message stream has ended; otherwise there must be an RPC error, which is passed over through `err`.
353
354 #### Client-side streaming RPC
355
356 The client-side streaming method `RecordRoute` is similar to the server-side method, except that we only pass the method a context and get a `RouteGuide_RecordRouteClient` stream back, which we can use to both write *and* read messages.
357
358 ```go
359 // Create a random number of random points
360 r := rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))
361 pointCount := int(r.Int31n(100)) + 2 // Traverse at least two points
362 var points []*pb.Point
363 for i := 0; i < pointCount; i++ {
364         points = append(points, randomPoint(r))
365 }
366 log.Printf("Traversing %d points.", len(points))
367 stream, err := client.RecordRoute(context.Background())
368 if err != nil {
369         log.Fatalf("%v.RecordRoute(_) = _, %v", client, err)
370 }
371 for _, point := range points {
372         if err := stream.Send(point); err != nil {
373                 log.Fatalf("%v.Send(%v) = %v", stream, point, err)
374         }
375 }
376 reply, err := stream.CloseAndRecv()
377 if err != nil {
378         log.Fatalf("%v.CloseAndRecv() got error %v, want %v", stream, err, nil)
379 }
380 log.Printf("Route summary: %v", reply)
381 ```
382
383 The `RouteGuide_RecordRouteClient` has a `Send()` method that we can use to send requests to the server. Once we've finished writing our client's requests to the stream using `Send()`, we need to call `CloseAndRecv()` on the stream to let gRPC know that we've finished writing and are expecting to receive a response. We get our RPC status from the `err` returned from `CloseAndRecv()`. If the status is `nil`, then the first return value from `CloseAndRecv()` will be a valid server response.
384
385 #### Bidirectional streaming RPC
386
387 Finally, let's look at our bidirectional streaming RPC `RouteChat()`. As in the case of `RecordRoute`, we only pass the method a context object and get back a stream that we can use to both write and read messages. However, this time we return values via our method's stream while the server is still writing messages to *their* message stream.
388
389 ```go
390 stream, err := client.RouteChat(context.Background())
391 waitc := make(chan struct{})
392 go func() {
393         for {
394                 in, err := stream.Recv()
395                 if err == io.EOF {
396                         // read done.
397                         close(waitc)
398                         return
399                 }
400                 if err != nil {
401                         log.Fatalf("Failed to receive a note : %v", err)
402                 }
403                 log.Printf("Got message %s at point(%d, %d)", in.Message, in.Location.Latitude, in.Location.Longitude)
404         }
405 }()
406 for _, note := range notes {
407         if err := stream.Send(note); err != nil {
408                 log.Fatalf("Failed to send a note: %v", err)
409         }
410 }
411 stream.CloseSend()
412 <-waitc
413 ```
414
415 The syntax for reading and writing here is very similar to our client-side streaming method, except we use the stream's `CloseSend()` method once we've finished our call. Although each side will always get the other's messages in the order they were written, both the client and server can read and write in any order — the streams operate completely independently.
416
417 ## Try it out!
418
419 To compile and run the server, assuming you are in the folder
420 `$GOPATH/src/google.golang.org/grpc/examples/route_guide`, simply:
421
422 ```sh
423 $ go run server/server.go
424 ```
425
426 Likewise, to run the client:
427
428 ```sh
429 $ go run client/client.go
430 ```
431