gRPC یک فریمورک متن‌باز و مدرن برای فراخوانی رویه‌های راه‌دور (Remote Procedure Call یا RPC) است که با عملکرد بالا و کارایی بی‌نظیر در محیط‌های مختلف عمل می‌کند. این فریمورک امکان ارتباط سریع و شفاف بین برنامه‌های کلاینت و سرور را فراهم می‌کند و از تعاملات درخواست/پاسخ معمولی تا ارتباطات استریمینگ طولانی‌مدت پشتیبانی می‌کند. در این مقاله، به بررسی چیستی gRPC، نحوه عملکرد آن، مزایا و معایب، و همچنین چالش‌های امنیتی مرتبط با آن می‌پردازیم.
gRPC چیست؟
gRPC یک فریمورک قدرتمند RPC است که برای ساخت APIهای مقیاس‌پذیر و سریع طراحی شده است. این فناوری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا سیستم‌های متصل را با سهولت ایجاد کنند. شرکت‌های بزرگی مانند گوگل، نتفلیکس، اسکوئر، IBM، سیسکو و دراپ‌باکس از gRPC برای بهبود عملکرد و امنیت APIهای خود استفاده می‌کنند. gRPC بر پایه پروتکل HTTP/2 و پروتکل بافر (Protobuf) ساخته شده است که حداکثر امنیت، عملکرد و مقیاس‌پذیری را تضمین می‌کند.
gRPC با استفاده از فراخوانی‌های رویه‌ای، به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که کدها را به‌گونه‌ای بنویسند که گویی روی یک سیستم محلی اجرا می‌شوند، در حالی که ممکن است روی سرور دیگری در حال اجرا باشند. این رویکرد، پیچیدگی‌های ارتباطات شبکه‌ای را کاهش می‌دهد و تجربه‌ای ساده‌تر برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کند.
تاریخچه gRPC
gRPC در سال 2015 توسط گوگل به‌عنوان یک افزونه به فریمورک RPC توسعه یافت تا میکروسرویس‌های ساخته‌شده با فناوری‌های مختلف را به هم متصل کند. ابتدا این فناوری در زیرساخت داخلی گوگل استفاده می‌شد، اما سپس به‌صورت متن‌باز در دسترس عموم قرار گرفت. در سال اول انتشار، سازمان‌های برتر از gRPC برای موارد استفاده متنوعی از میکروسرویس‌ها گرفته تا برنامه‌های وب، موبایل و اینترنت اشیا (IoT) بهره بردند. در سال 2017، به دلیل محبوبیت روزافزون، gRPC به پروژه‌ای تحت حمایت بنیاد محاسبات بومی ابری (CNCF) تبدیل شد.
نکته جالب این است که حرف "g" در gRPC معنای ثابتی ندارد! گوگل برای هر نسخه از gRPC معنای متفاوتی برای این حرف تعریف کرده و حتی یک فایل README برای لیست معانی آن ارائه داده است.
بهترین جایگزین های پست من (Postman)
مفاهیم کلیدی gRPC
gRPC به لطف استفاده از فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند پروتکل بافر و HTTP/2، به موفقیت چشمگیری دست یافته است. در ادامه، مفاهیم کلیدی این فریمورک را بررسی می‌کنیم:
پروتکل بافر (Protocol Buffers)
پروتکل بافر یا Protobuf یک پروتکل سریال‌سازی/دی‌سریال‌سازی توسعه‌یافته توسط گوگل است که به تعریف آسان سرویس‌ها و تولید خودکار کتابخانه‌های کلاینت کمک می‌کند. gRPC از Protobuf به‌عنوان زبان تعریف رابط (IDL) و ابزار سریال‌سازی استفاده می‌کند. نسخه کنونی آن، proto3، ویژگی‌های به‌روز و استفاده آسان‌تری دارد.
در gRPC، سرویس‌ها و پیام‌ها در فایل‌های proto. تعریف می‌شوند. کامپایلر Protobuf (به نام protoc) کدهای کلاینت و سرور را تولید می‌کند که فایل proto. را در حافظه بارگذاری کرده و از schema برای سریال‌سازی/دی‌سریال‌سازی پیام‌های باینری استفاده می‌کند. این فرآیند باعث می‌شود که Protobuf نسبت به JSON و XML مزایای زیر را داشته باشد:
-
مصرف کمتر CPU: داده‌ها به فرمت باینری تبدیل می‌شوند که پردازش کمتری نیاز دارد.
-
پیام‌های سبک‌تر: اندازه پیام‌های کدگذاری‌شده کوچک‌تر است، که انتقال سریع‌تر را حتی در دستگاه‌های با CPU ضعیف (مانند موبایل) امکان‌پذیر می‌کند.
استریمینگ (Streaming)
استریمینگ یکی از ویژگی‌های کلیدی gRPC است که امکان انجام چندین فرآیند در یک درخواست را فراهم می‌کند. این قابلیت به لطف توانایی مالتی‌پلکسینگ HTTP/2 (ارسال چندین درخواست یا پاسخ در یک اتصال TCP) ممکن شده است. انواع اصلی استریمینگ در gRPC عبارتند از:
-
استریمینگ سمت سرور: کلاینت یک درخواست ارسال می‌کند و سرور جریانی از داده‌ها را به‌صورت متوالی بازمی‌گرداند. برای مثال، در یک برنامه پخش ویدئو، سرور می‌تواند بخش‌های ویدئو را به‌تدریج ارسال کند.
-
استریمینگ سمت کلاینت: کلاینت جریانی از داده‌ها را به سرور ارسال می‌کند و سرور یک پاسخ واحد بازمی‌گرداند. مثلاً در آپلود فایل‌های بزرگ، کلاینت می‌تواند داده‌ها را به‌صورت تکه‌تکه ارسال کند.
-
استریمینگ دوطرفه: کلاینت و سرور به‌طور همزمان پیام‌هایی را به یکدیگر ارسال می‌کنند. این نوع برای برنامه‌هایی مانند چت‌های بلادرنگ مناسب است.
HTTP/2
gRPC بر پایه پروتکل HTTP/2 ساخته شده است که در سال 2015 برای رفع محدودیت‌های HTTP/1.1 منتشر شد. HTTP/2 ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند موارد زیر را ارائه می‌دهد:
-
لایه فریم‌بندی باینری: درخواست‌ها و پاسخ‌ها به پیام‌های کوچک تقسیم شده و در فرمت باینری ارسال می‌شوند، که انتقال را کارآمدتر می‌کند.
-
استریمینگ دوطرفه: کلاینت و سرور می‌توانند به‌طور همزمان درخواست و پاسخ ارسال کنند.
-
کنترل جریان: مکانیزم کنترل جریان، مدیریت حافظه برای پیام‌های در حال انتقال را بهبود می‌بخشد.
-
فشرده‌سازی هدر: با استفاده از روش HPACK، هدرهای تکراری حذف شده و تنها مقادیر متفاوت ارسال می‌شوند، که عملکرد را بهبود می‌بخشد.
این ویژگی‌ها باعث می‌شوند gRPC منابع کمتری مصرف کند، زمان پاسخ‌دهی را کاهش دهد، و عمر باتری دستگاه‌های موبایل را افزایش دهد.
کانال‌ها (Channels)
کانال‌ها مفهومی اساسی در gRPC هستند که امکان ایجاد چندین جریان همزمان بر روی یک یا چند اتصال را فراهم می‌کنند. کانال‌ها راهی برای اتصال به سرور gRPC در آدرس و پورت مشخص ارائه می‌دهند و برای ایجاد stub کلاینت استفاده می‌شوند.
آشنایی با زبان برنامه نویسی گولنگ
5 تا از بدترین آنتی پترن ها در API
معماری gRPC
معماری gRPC شامل دو بخش اصلی کلاینت و سرور است. در سمت کلاینت، یک stub (فایل‌های تولیدشده خودکار) وجود دارد که مانند یک رابط عمل می‌کند و رویه‌های راه‌دور را تعریف می‌کند. کلاینت یک فراخوانی رویه‌ای محلی به stub انجام می‌دهد و پارامترها را به آن ارسال می‌کند. stub پارامترها را با استفاده از Protobuf سریال‌سازی کرده و درخواست را از طریق پروتکل HTTP/2 به سرور ارسال می‌کند.
در سمت سرور، سیستم‌عامل سرور بسته‌ها را دریافت کرده و به stub سرور منتقل می‌کند. stub سرور پارامترها را دی‌کد کرده و رویه مربوطه را اجرا می‌کند. پاسخ سرور دوباره کدگذاری شده و به کلاینت بازمی‌گردد. این فرآیند تضمین می‌کند که ارتباطات سریع و امن باشند.
مزایای gRPC
gRPC با ارائه ویژگی‌های مدرن، مزایای متعددی را در مقایسه با روش‌های سنتی مانند REST+JSON فراهم می‌کند:
عملکرد بالا
gRPC تا 10 برابر سریع‌تر از REST+JSON عمل می‌کند، به لطف استفاده از Protobuf برای سریال‌سازی سریع و HTTP/2 برای فشرده‌سازی هدر، مالتی‌پلکسینگ، و server push.
پشتیبانی از استریمینگ
gRPC از انواع مختلف استریمینگ (یکسویه و دوطرفه) پشتیبانی می‌کند که برای برنامه‌های بلادرنگ مانند چت یا پخش ویدئو ایده‌آل است.
تولید کد خودکار
با استفاده از کامپایلر protoc، gRPC کدهای کلاینت و سرور را به‌صورت خودکار تولید می‌کند، که زمان توسعه را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.
قابلیت همکاری
gRPC از زبان‌های برنامه‌نویسی متعددی مانند Java، Python، Go، C# و غیره پشتیبانی می‌کند، که آن را برای محیط‌های چندزبانه مناسب می‌کند.
امنیت
gRPC از TLS برای رمزنگاری انتها-به-انتها استفاده می‌کند، که امنیت داده‌های تبادل‌شده بین کلاینت و سرور را تضمین می‌کند.
ابزارهای کاربردی
gRPC ویژگی‌های داخلی مانند تبادل متادیتا، احراز هویت، لغو درخواست، و متعادل‌سازی بار را ارائه می‌دهد که توسعه را ساده‌تر می‌کند.
معایب gRPC
با وجود مزایای فراوان، gRPC محدودیت‌هایی نیز دارد:
پشتیبانی محدود مرورگر
gRPC به دلیل وابستگی به HTTP/2، نمی‌تواند به‌طور مستقیم از مرورگرهای وب فراخوانی شود. برای این منظور، نیاز به لایه پراکسی و gRPC-web است.
فرمت غیرقابل‌خواندن
پیام‌های Protobuf به‌صورت باینری فشرده می‌شوند و برای انسان قابل‌خواندن نیستند، که اشکال‌زدایی را دشوار می‌کند.
عدم پشتیبانی از کش لبه‌ای
برخلاف HTTP، پاسخ‌های gRPC قابل کش شدن توسط واسطه‌ها نیستند، که می‌تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد.
منحنی یادگیری
یادگیری gRPC و مفاهیمی مانند Protobuf و HTTP/2 ممکن است برای تیم‌های جدید چالش‌برانگیز باشد.
مقایسه gRPC با REST
gRPC جایگزین REST نیست، بلکه یک جایگزین مناسب برای موارد خاص است. در مقایسه با REST:
-
مزایا gRPC با استفاده از HTTP/2 و Protobuf عملکرد بهتری ارائه می‌دهد، از استریمینگ پشتیبانی می‌کند، و تولید کد خودکار دارد.
-
معایب REST در مرورگرها پشتیبانی گسترده‌تری دارد و برای APIهای عمومی مناسب‌تر است.
gRPC برای میکروسرویس‌های بزرگ، ارتباطات بلادرنگ، و سیستم‌های با پهنای باند کم مناسب است، در حالی که REST برای پروژه‌هایی با نیاز به پشتیبانی گسترده مرورگر و سادگی بهتر است.
چه کسی از gRPC استفاده می‌کند؟
بسیاری از شرکت‌ها از gRPC برای اتصال سرویس‌های خود و بهبود عملکرد استفاده می‌کنند، از جمله Square، Cisco، Netflix، Uber، Dropbox و موارد دیگر.
نتیجه
gRPC یک فریمورک قدرتمند و مدرن است که به دلیل عملکرد بالا، پشتیبانی از استریمینگ، و قابلیت همکاری، به‌ویژه در معماری‌های میکروسرویس، محبوبیت زیادی کسب کرده است. با این حال، چالش‌های امنیتی مانند اعتبارسنجی محتوا و احراز هویت، و همچنین محدودیت‌هایی مانند پشتیبانی محدود مرورگر، باید در نظر گرفته شوند. برای اطمینان از امنیت، استفاده از استانداردهای OWASP API Security Top-10 و لایه‌های امنیتی در زمان اجرا توصیه می‌شود.