gRPC là gì? Cấu trúc và ưu nhược điểm của gRPC

Tất cả những tổ chức, doanh nghiệp hiện nay từ những gã khổng lồ công nghệ đến công ty khởi nghiệp đều phụ thuộc hoạt động kinh doanh vào các Giao diện chương trình ứng dụng (API).

API đã giúp hàng triệu người trên thế giới có thể truy cập được vào các website trên Internet. Trong quy trình này, việc lựa chọn công nghệ phù hợp để cung cấp API cho ứng dụng giữ vai trò rất quan trọng.

Hôm nay bài viết sẽ giới thiệu đến bạn một trong số đó: gRPC. Đây là một cách tiếp cận mới được các nhà lập trình sử dụng trong thiết kế API. Hãy cùng BKHOST theo dõi.

gRPC là gì?

gRPC là một framework RPC mã nguồn mở dùng để xây dựng API mở rộng. gRPC cho phép máy khách và máy chủ giao tiếp và phát triển hệ thống kết nối. Nhiều công ty công nghệ hàng đầu hiện nay như Google, Netflix, Square, IBM, Cisco và Dropbox đã sử dụng gRPC. Framework này hoạt động dựa trên HTTP / 2, bộ đệm giao thức và các ngăn xếp công nghệ (technology stack) để đảm bảo tính bảo mật, hiệu xuất và khả năng mở rộng API tối đa.

Lịch sử ra đời của gRPC

Năm 2015, Google đã phát triển gRPC như một phần mở rộng của RPC framework để liên kết nhiều dịch vụ vi mô được tạo ra bằng các công nghệ khác nhau. Ban đầu, gRPC hoạt động trong nội bộ của Google nhưng sau đó trở thành mã nguồn mở và được hoàn thiện để sử dụng trong cộng đồng.

Trong năm đầu tiên phát hành, gRPC đã được sử dụng rộng rãi từ microservices đến web, di động và IoT. Đến năm 2017, sản phẩm trở thành dự án ươm mầm của Cloud Native Computing Foundation (CNCF) do mức độ phổ biến ngày càng tăng.

Một số khái niệm cơ bản về gRPC

Thành công của gRPC đến từ việc sử dụng công nghệ hiệu quả hơn JSON, XML và tăng cường bảo mật API. Hầu hết những lợi thế của gRPC đều đến từ những điều sau:

Protocol Buffers

Đây là giao thức tuần tự hóa, giả mã hóa của Google để dễ dàng định nghĩa các dịch vụ và tự động tạo thư viện ứng dụng khách. gRPC sử dụng giao thức này làm Ngôn ngữ Định nghĩa Giao diện (IDL) và bộ công cụ tuần tự hóa. Phiên bản đang dùng hiện tại là proto3 với các tính năng mới và dễ sử dụng.

Hoạt động của Protobuf hiệu quả hơn so với JSON và XML. Việc phân tích cú pháp của Protobuf yêu cầu ít tài nguyên CPU hơn vì dữ liệu được chuyển đổi sang dạng nhị phân và các thông điệp mã hóa có kích thước nhẹ hơn. Vì thế, tin nhắn trong hệ thống được trao đổi nhanh hơn ngay cả trong các máy có CPU chậm hơn hoặc thiết bị di động.

Phát trực tuyến (Streaming)

Phát trực tuyến là một trong những công cụ chính của gRPC, nơi diễn ra nhiều quy trình chỉ với một yêu cầu duy nhất. Mọi hoạt động có thể diễn ra được là nhờ khả năng ghép kênh nghĩa là gửi nhiều phản hồi và nhận nhiều yêu cầu cùng lúc qua một kênh TCP duy nhất của HTTP/2. Dưới đây là những cách phát trực tuyến chính thức:

• Server-streaming RPCs – Máy khách gửi yêu cầu đến máy chủ và nhận về một chuỗi dữ liệu. Trình tự này luôn được giữ nguyên. Các tin nhắn từ máy chủ sẽ được truyền liên tục đến khi không còn tin nhắn nào nữa.
• RPC phát trực tuyến từ máy khách: Máy khách sẽ gửi một chuỗi dữ liệu đến máy chủ. Máy chủ sẽ xử lý và trả về một phản hồi duy nhất cho máy khác. gRPC sẽ đam bỏ trình tự thông báo trong một lệnh RPC độc lập.
• RPC phát trực tuyến hai chiều: Máy chủ và máy khách gửi những chuỗi thông báo cho nhau. Hai máy hoạt động độc lập nên có thể truyền thông điệp theo bất kỳ trình tự nào. Chuỗi thông báo trong mỗi luồng cũng được giữ nguyên.

HTTP/2

gRPC được phát triển trên HTTP/2 vào năm 2015 để khắc phục những hạn chế của HTTP/1.1. Tương thích với HTTP/1.1 nhưng HTTP/2 mang đến khá nhiểu tính năng nâng cao hơn.

• Lớp khung nhị phân: Không giống như HTTP/1.1, yêu cầu/phản hồi của HTTP/2 được chia thành các tin nhắn nhỏ ở định dạng nhị phân giúp việc truyền tin hiệu quả. Nhờ đó, HTTP/2 có thể ghép kênh theo yêu cầu/phản hồi mà không chặn tài nguyên mạng.
• Phát trực tuyến: Truyền phát hai chiều ở đó máy khách có thể yêu cầu và máy chủ phản hồi đồng thời.
• Kiểm soát luồng: Cơ chế điều khiển luồng được sử dụng trong HTTP/2 kiểm soát chi tiết bộ nhớ đệm cho tin nhắn.
• Nén tiêu đề: Mọi thứ trong HTTP/2 bao gồm tiêu đề đều được mã hóa trước khi gửi nên hiệu suất tổng thể được cải thiện đáng kể. Với phương pháp nén HPACK, HTTP/2 chỉ phải chia sẻ giá trị với các gói tiêu đề HTTP trước đó.
• Bộ xử lý: Với HTTP/2, gRPC có thể hỗ trợ xử lý đồng bộ và không đồng bộ để thực hiện phát trực tuyến và tương tác RPC khác nhau.

Channels (Kênh)

Kênh là khái niệm quan trọng trong gRPC. HTTP/2 cho phép nhiều luồng kết nối đồng thời. Chúng cung cấp công cụ để kết nối giữa các máy chủ gRPC trên một địa chỉ được chỉ định và tạo ra một máy khách.

Cấu trúc gRPC

Trong sơ đồ cấu trúc gRPC, chúng ta có thể thể thấy hai phía máy khách và máy chủ gRPC. Mọi dịch vụ khác bao gồm tệp sơ khai (tệp tạo tự động) hoạt động tương tự như một giao diện chứa các thủ tục từ xa. Máy khách gRPC có thể đưa ra các lệnh cục bộ đến sơ khai với các tham số được gửi đến máy chủ. Sau đó, máy khách sẽ sắp xếp các tham số bằng Protobuf và chuyển tiếp tới thư viện thời gian máy khách cục bộ.

Hệ điều hành sẽ tạo ra các lệnh gửi đến máy chủ từ xa thông qua giao thức HTTP/2. Máy chủ sẽ nhận các gói và lệnh sau đó giải mã tham số nhận được rồi thực hiện các thủ tục tương ứng bẳng Protobuf. Sau đó, hệ thống máy chủ sẽ gửi một phản hồi mã hóa cho bộ phận truyền tải. Lúc này, máy khách cũng sẽ nhận được thông báo kết quả, giải nén các tham số được trả về rồi thực hiện lại quy trình truyền lệnh này.

Điểm mạnh của gRPC

• gRPC cung cấp một giải pháp API hiệu suất và bảo mật hơn gấp 10 lần so với REST + JSON nhờ sử dụng Protobuf và HTTP / 2. Protobuf sắp xếp thứ tự các thư trên máy chủ và máy khách một cách nhanh chóng nên tải trọng thư nhỏ gọn hơn. Trong đó, HTTP/2 nâng cấp xếp hạng hiệu suất thông qua việc đẩy máy chủ, ghép kênh và nén tiêu đề.
• Phát trực tuyến: gRPC hỗ trợ phát trực tuyến phía máy khách hoặc máy chủ với tính nặng ngữ nghĩa. Điều này giúp cho việc xây dựng dịch vụ hoặc ứng dụng phát trực tuyến trở nên đơn giản hơn nhiều.
• Tạo mã: Tính năng chính của gRPC là tạo các mã gốc cho ứng dụng máy khách/máy chủ. Các gRPC framework sử dụng trình biên dịch protoc để tạo mã từ tệp .proto. Chúng sẽ tạo ra bộ xương phía máy chủ và phần sơ khai mạng phía máy khách để tiết kiệm đáng kể thời gian phát triển các ứng dụng và dịch vụ.
• Khả năng tương tác: Các công cụ và thư viện gRPC được thiết kế để làm việc với nhiều nền tảng và ngôn ngữ lập trình khác nhau như Java, JavaScript, Ruby, Python, Go, Dart, Objective-C, C #… Định dạng nhị phân và mã nguồn hoạt động hiệu quả trên nhiều nền tảng nên các lập trình viên có thể phát triển ứng dụng hiệu quả với sự hỗ trợ từ rất nhiều nền tảng.
• Bảo mật: Việc sử dụng HTTP/2 kết nối mã hóa đầu cuối TLS trong gRPC đảm bảo tính bảo mật của API hơn.
• Hiệu suất: gRPC là giải pháp RPC tất cả trong một nên có thể hoạt động trên nhiều ngôn ngữ và nền tảng.
• Tính năng trao đổi hàng hóa tích hợp: gRPC có thể hỗ trợ trao đổi siêu dữ liệu, mã hóa, xác thực, thời hạn/ chờ và hủy, chặn…

Hạn chế của gRPC

• Hỗ trợ giới hạn các trình duyệt: gRPC sử dụng nhiều HTTP/2 nên không thể vận hành dịch vụ trực tiếp từ trình duyệt web. Bạn cần một lớp proxy và gRPC-web để chuyển đổi giữa HTTP/1.1 và HTTP/2.
• Người dùng không thể đọc được: Cách nén thông báo của Protobuf khiến người dùng không thể đọc hiểu nội dung. Vì thế, các nhà phát triển cần bổ sung công cụ để phân tích tải trọng Protobuf, viết yêu cầu thủ công và gỡ lỗi.
• Không có bộ nhớ đệm cạnh: gRPC sử dụng phương thức POST, một mối đe dọa với bảo mật API.
• Nhiều người nhận muốn sử dụng gRPC thì phải làm quen với Protobuf để làm việc với HTTP/2. Đây là điều không hề đơn giản nên đa số vẫn yêu thích dùng REST hơn.

Có nên dùng gRPC thay thế cho REST không?

gRPC là công nghệ đầy hứa hẹn được xem như thành tựu trong API. Tuy nhiên, nó không thể thay thế REST và chưa thực sự là lựa chọn tốt nhất để phát triển API. Về cơ bản, đây chỉ là giải pháp thay thế hiệu quả cho một số trường hợp như kết nối microservices quy mô lớn, giao tiếp thời gian thực, hệ thống năng lượng thấp, băng thông thấp và môi trường đa ngôn ngữ.

Điểm yếu lớn nhất của gRPC là hỗ trợ trình duyệt hạn chế nên chỉ có thể sử dụng trong các hệ thống nội bộ. Trong khi đó, REST hỗ trợ tất cả trình duyệt. Tuy nhiên, gRPC mang đến hiệu suất cao hơn so với REST. Vì thế, việc sử dụng định dạng API nào còn tùy thuộc nhu cầu và từng trường hợp cụ thể.

Tổng kết về gRPC

Trên đây là hệ thống kiến thức về gRPC. Hy vọng người chơi đã hiểu rõ và sử dụng hiệu quả hơn công cụ này.

Nếu còn gặp bất cứ vướng mắc gì về gRPC, hãy để lại ở bên bình luận bên dưới, BKHOST sẽ trả lời bạn trong thời gian sớm nhất.

P/s: Bạn cũng có thể truy cập vào Blog của BKHOST để đọc thêm các bài viết chia sẻ kiến thức về lập trình, quản trị mạng, website, domain, hosting, vps, server, email,… Chúc bạn thành công.