在本文中，我们将研究gRPC如何建立在HTTP / 2的长期连接上，从而为服务间通信创建高性能，强大的平台。我们将探讨gRPC和HTTP / 2之间的关系，gRPC如何管理HTTP / 2连接以及gRPC如何使用HTTP / 2来保持连接的活动性，健康性和利用率。
gRPC语义
首先，让我们深入研究gRPC概念与HTTP / 2概念的关系。gRPC引入了三个新概念：通道1，远程过程调用（RPC）和消息。两者之间的关系很简单：每个通道可能有许多RPC，而每个RPC可能有许多消息。
让我们看一下gRPC语义与HTTP / 2的关系：
通道是gRPC中的关键概念。HTTP / 2中的流在单个连接上启用多个并发会话；通道通过在多个并发连接上启用多个流来扩展此概念。从表面上看，通道为用户发送消息提供了便捷的界面。但是，在引擎盖下，要进行大量的工程设计以保持这些连接的生命，健康和利用。
通道表示到端点的虚拟连接，实际上，它可以由许多HTTP / 2连接支持。RPC与连接关联（此关联将在后面进行描述）。RPC实际上是普通的HTTP / 2流。消息与RPC关联，并以HTTP / 2数据帧的形式发送。更具体地，消息被分层上的数据帧的顶部。一个数据帧可能包含许多gRPC消息，或者如果一个gRPC消息很大2，它可能会跨越多个数据帧。
解析器和负载平衡器
为了保持连接的活动性，健康性和可用性，gRPC利用了许多组件，其中最重要的是名称解析器和负载平衡器。解析程序将名称转换为地址，然后将这些地址交给负载平衡器。负载平衡器负责根据这些地址创建连接，并在连接之间进行负载平衡RPC。
例如，DNS解析器可能会将某些主机名解析为13个IP地址，然后RoundRobin平衡器可能会创建13个连接（每个地址一个），并在每个连接中循环RPC。一个更简单的平衡器可能只是创建到第一个地址的连接。或者，想要多个连接但知道主机名只能解析一个地址的用户，可以让其平衡器针对每个地址创建连接10次，以确保使用多个连接。
解析器和负载平衡器解决了gRPC系统中很小但很关键的问题。这种设计是有意的：将问题空间缩小到几个小的离散问题可以帮助用户构建自定义组件。这些组件可用于微调gRPC以适合每个系统的单独需求。
连接管理
配置完成后，gRPC将保持连接池（由解析器和平衡器定义）处于健康，活动和有效的状态。
连接失败时，负载均衡器将使用地址3的最新已知列表开始重新连接。同时，解析器将开始尝试重新解析主机名列表。在许多情况下这很有用。例如，如果代理不再可访问，我们希望解析器更新地址列表以不包括该代理的地址。再举一个例子：DNS条目可能会随着时间变化，因此地址列表可能需要定期更新。通过这种方式以及其他方式，gRPC被设计为具有长期弹性。
解析完成后，会将新地址通知负载平衡器。如果地址已更改，则负载平衡器可能会将与新列表中不存在的地址的连接放慢，或创建与先前不存在的地址的连接。
识别失败的连接
gRPC连接管理的有效性取决于其识别失败连接的能力。通常，有两种类型的连接故障：干净故障（不进行通信）和不干净故障（不进行通信）。
让我们考虑一个干净的，易于观察的故障。当端点有意终止连接时，可能会发生清除故障。例如，端点可能已正常关闭，或者已超过了计时器，提示端点关闭连接。当连接完全关闭时，TCP语义就足够了：关闭连接会导致FIN握手发生。这将结束HTTP / 2连接，从而结束gRPC连接。gRPC将立即开始重新连接（如上所述）。这很干净，不需要其他HTTP / 2或gRPC语义。
不太干净的版本是端点在不通知客户端的情况下死亡或挂起的位置。在这种情况下，TCP可能会重试长达10分钟，然后才能视为连接失败。当然，无法识别连接中断10分钟是无法接受的。gRPC使用HTTP / 2语义解决了这个问题：使用KeepAlive配置时，gRPC将定期发送HTTP / 2 PING帧。这些帧绕过流控制，用于确定连接是否有效。如果没有及时返回PING响应，则gRPC将认为连接失败，关闭连接，然后开始重新连接（如上所述）。
这样，gRPC可使连接池保持健康，并使用HTTP / 2定期确定连接的健康状况。所有这些行为对用户都是不透明的，并且消息重定向是自动且即时进行的。用户只需在看似始终健康的连接池上发送消息即可。
保持连接活跃
如上所述，KeepAlive提供了一个宝贵的好处：通过发送HTTP / 2 PING来定期检查连接的运行状况，以确定连接是否仍处于活动状态。但是，它还有另一个同样有用的好处：向代理发送信号。
考虑客户端通过代理将数据发送到服务器。客户端和服务器可能会乐于无限期地保持连接状态，并根据需要发送数据。另一方面，代理通常受到资源的限制，可能会杀死空闲的连接以节省资源。Google Cloud Platform（GCP）负载平衡器会在10分钟后断开明显空闲的连接，并且Amazon Web Services弹性负载平衡器（AWS ELB）在60秒后断开它们的连接。
使用gRPC定期在连接上发送HTTP / 2 PING帧时，将创建非空闲连接的感知。使用上述闲置终止规则的端点将通过终止这些连接。
强大的高性能协议
HTTP / 2为长期的实时通信流提供了基础。gRPC建立在此基础之上，具有连接池，运行状况语义，有效使用数据帧和多路复用以及KeepAlive。
选择协议的开发人员必须选择能够满足当今和未来需求的协议。选择gRPC可以很好地为他们服务，无论是针对弹性，性能，长期通信还是短期通信，可定制性，或者只是知道他们的协议将扩展到非常庞大的流量，同时始终保持高效。要立即使用gRPC和HTTP / 2，请查看gRPC的入门指南。