关于protocol buffers:如何直接从protobuf创建GRPC客户端而不用编译成java代码

How to create GRPC client directly from protobuf without compiling it into java code

使用 GRPC 时,我们需要通过协议缓冲区编译器 (protoc) 或使用 Gradle 或 Maven protoc 构建插件从我们的 .proto 服务定义生成 gRPC 客户端和服务器接口。

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Flow now: protobuf file -> java code -> gRPC client.

那么,有没有办法跳过这一步?

如何创建一个通用的GRPC客户端,可以直接从protobuf文件调用服务器而不编译成java代码?
或者,有没有办法在运行时生成代码?

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Flow expect: protobuf file -> gRPC client.

我想构建一个通用的 gRPC 客户端系统,输入是 protobuf 文件以及方法、包、消息请求的描述……而不必为每个 protobuf 重新编译。

非常感谢。


Protobuf 系统确实需要运行 protoc。但是,可以跳过生成的代码。除了将 –java_out–grpc_java_out 之类的东西传递给 protoc 之外,您还可以传递 –descriptor_set_out=FILE ,它会将 .proto 文件解析为描述符文件。描述符文件是原始编码的 FileDescriptorSet。这与反射服务使用的基本格式相同。

一旦你有了一个描述符,你就可以一次加载一个 FileDescriptor 并创建一个 DynamicMessage。

那么对于 gRPC 部分,您需要创建一个 gRPC MethodDescriptor。

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MethodDescriptor.<DynamicMessage, DynamicMessage>newBuilder()
    // UNKNOWN is fine, but the"correct" value can be computed from
    // methodDesc.toProto().getClientStreaming()/getServerStreaming()
    .setType(MethodDescriptor.MethodType.UNKNOWN)
    .setFullMethodName(MethodDescriptor.generateFullMethodName(
        serviceDesc.getFullName(), methodDesc.getName()))
    .setRequestMarshaller(ProtoUtils.marshaller(
        DynamicMessage.newBuilder(methodDesc.getInputType()).buildPartial()))
    .setResponseMarshaller(ProtoUtils.marshaller(
        DynamicMessage.newBuilder(methodDesc.getOutputType()).buildPartial()))
    .build();

此时你已经拥有了你需要的一切,并且可以在 gRPC 中调用 Channel.newCall(method, CallOptions.DEFAULT)。您还可以自由地使用 ClientCalls 来使用更类似于Stubbing API 的东西。

所以动态调用绝对是可能的,并且用于诸如grpcurl之类的东西。但这也不是一件容易的事,所以一般只在必要时才做。


我是用Java做的,步骤是:

  • 调用反射服务通过方法名获取FileDescriptorProto列表
  • 通过包名、服务名从 FileDescriptorProto 列表中获取方法的 FileDescriptor
  • ServiceDescriptor 中获取 MethodDescriptor,从 FileDescriptor 中获取
  • 通过 MethodDescriptor 生成一个 MethodDescriptor<DynamicMessage, DynamicMessage>
  • 从 JSON 或其他内容构建请求 DynamicMessage
  • 调用方法
  • 将响应内容从 DynamicMessage 响应解析为 JSON
  • 您可以在项目 helloworlde/grpc-java-sample#reflection

    中参考完整示例

    而proto是:

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    syntax ="proto3";

    package io.github.helloworlde.grpc;

    option go_package ="api;grpc_gateway";
    option java_package ="io.github.helloworlde.grpc";
    option java_multiple_files = true;
    option java_outer_classname ="HelloWorldGrpc";

    service HelloService{
      rpc SayHello(HelloMessage) returns (HelloResponse){
      }
    }

    message HelloMessage {
      string message = 2;
    }

    message HelloResponse {
      string message = 1;
    }

    为这个 proto 自己启动服务器,完整的 Java 代码如下:

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    import com.google.protobuf.ByteString;
    import com.google.protobuf.DescriptorProtos;
    import com.google.protobuf.Descriptors;
    import com.google.protobuf.DynamicMessage;
    import com.google.protobuf.InvalidProtocolBufferException;
    import com.google.protobuf.TypeRegistry;
    import com.google.protobuf.util.JsonFormat;
    import io.grpc.CallOptions;
    import io.grpc.ManagedChannel;
    import io.grpc.ManagedChannelBuilder;
    import io.grpc.MethodDescriptor;
    import io.grpc.protobuf.ProtoUtils;
    import io.grpc.reflection.v1alpha.ServerReflectionGrpc;
    import io.grpc.reflection.v1alpha.ServerReflectionRequest;
    import io.grpc.reflection.v1alpha.ServerReflectionResponse;
    import io.grpc.stub.ClientCalls;
    import io.grpc.stub.StreamObserver;
    import lombok.SneakyThrows;
    import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    import java.util.Objects;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.stream.Collectors;

    @Slf4j
    public class ReflectionCall {

        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // ????°??–1?3???????????a?"ˉ??? package.service.method ??–者 package.service
            String methodSymbol ="io.github.helloworlde.grpc.HelloService.SayHello";
            String requestContent ="{"message": "Reflection"}";

            // ?????o Channel
            ManagedChannel channel = ManagedChannelBuilder.forAddress("127.0.0.1", 9090)
                                                          .usePlaintext()
                                                          .build();
            // ????"¨ Channel ?????o BlockingStub
            ServerReflectionGrpc.ServerReflectionStub reflectionStub = ServerReflectionGrpc.newStub(channel);
            // ?"??o"è§??ˉ???¨
            StreamObserver<ServerReflectionResponse> streamObserver = new StreamObserver<ServerReflectionResponse>() {
                @Override
                public void onNext(ServerReflectionResponse response) {
                    try {
                        // ??aé?€è|??…3?3¨?–???????è?°?±????????"??o"
                        if (response.getMessageResponseCase() == ServerReflectionResponse.MessageResponseCase.FILE_DESCRIPTOR_RESPONSE) {
                            List<ByteString> fileDescriptorProtoList = response.getFileDescriptorResponse().getFileDescriptorProtoList();
                            handleResponse(fileDescriptorProtoList, channel, methodSymbol, requestContent);
                        } else {
                            log.warn("??a??¥?"??o"?±????:" + response.getMessageResponseCase());
                        }
                    } catch (Exception e) {
                        log.error("?¤?????"??o"?¤±è′¥: {}", e.getMessage(), e);
                    }
                }

                @Override
                public void onError(Throwable t) {

                }

                @Override
                public void onCompleted() {
                    log.info("Complete");
                }
            };
            // èˉ·?±?è§??ˉ???¨
            StreamObserver<ServerReflectionRequest> requestStreamObserver = reflectionStub.serverReflectionInfo(streamObserver);

            // ?????o?1???‘é€?è?·??–?–1?3??–???????è?°èˉ·?±?
            ServerReflectionRequest getFileContainingSymbolRequest = ServerReflectionRequest.newBuilder()
                                                                                            .setFileContainingSymbol(methodSymbol)
                                                                                            .build();
            requestStreamObserver.onNext(getFileContainingSymbolRequest);
            channel.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);
        }

        /**
         * ?¤?????"??o"
         */

        private static void handleResponse(List<ByteString> fileDescriptorProtoList,
                                           ManagedChannel channel,
                                           String methodFullName,
                                           String requestContent) {
            try {
                // 解????–1?3??’???????????§°
                String fullServiceName = extraPrefix(methodFullName);
                String methodName = extraSuffix(methodFullName);
                String packageName = extraPrefix(fullServiceName);
                String serviceName = extraSuffix(fullServiceName);

                // ?1????"??o"解??? FileDescriptor
                Descriptors.FileDescriptor fileDescriptor = getFileDescriptor(fileDescriptorProtoList, packageName, serviceName);

                // ??¥?‰??????????è?°
                Descriptors.ServiceDescriptor serviceDescriptor = fileDescriptor.getFile().findServiceByName(serviceName);
                // ??¥?‰??–1?3????è?°
                Descriptors.MethodDescriptor methodDescriptor = serviceDescriptor.findMethodByName(methodName);

                // ??‘èμ·èˉ·?±?
                executeCall(channel, fileDescriptor, methodDescriptor, requestContent);
            } catch (Exception e) {
                log.error(e.getMessage(), e);
            }
        }

        /**
         * 解????1???¥?‰??–1?3??ˉ1?o"????–???????è?°
         */

        private static Descriptors.FileDescriptor getFileDescriptor(List<ByteString> fileDescriptorProtoList,
                                                                    String packageName,
                                                                    String serviceName) throws Exception {

            Map<String, DescriptorProtos.FileDescriptorProto> fileDescriptorProtoMap =
                    fileDescriptorProtoList.stream()
                                           .map(bs -> {
                                               try {
                                                   return DescriptorProtos.FileDescriptorProto.parseFrom(bs);
                                               } catch (InvalidProtocolBufferException e) {
                                                   e.printStackTrace();
                                               }
                                               return null;
                                           })
                                           .filter(Objects::nonNull)
                                           .collect(Collectors.toMap(DescriptorProtos.FileDescriptorProto::getName, f -> f));

            if (fileDescriptorProtoMap.isEmpty()) {
                log.error("??????????-???¨");
                throw new IllegalArgumentException("?–1?3?????–???????è?°????-???¨");
            }

            // ??¥?‰????????ˉ1?o"??? Proto ???è?°
            DescriptorProtos.FileDescriptorProto fileDescriptorProto = findServiceFileDescriptorProto(packageName, serviceName, fileDescriptorProtoMap);

            // è?·??–è????a Proto ??????èμ–
            Descriptors.FileDescriptor[] dependencies = getDependencies(fileDescriptorProto, fileDescriptorProtoMap);

            // ?"???? Proto ??? FileDescriptor
            return Descriptors.FileDescriptor.buildFrom(fileDescriptorProto, dependencies);
        }

        /**
         * ?1?????…????’????????????¥?‰?????o"????–???????è?°
         */

        private static DescriptorProtos.FileDescriptorProto findServiceFileDescriptorProto(String packageName,
                                                                                           String serviceName,
                                                                                           Map<String, DescriptorProtos.FileDescriptorProto> fileDescriptorProtoMap) {
            for (DescriptorProtos.FileDescriptorProto proto : fileDescriptorProtoMap.values()) {
                if (proto.getPackage().equals(packageName)) {
                    boolean exist = proto.getServiceList()
                                         .stream()
                                         .anyMatch(s -> serviceName.equals(s.getName()));
                    if (exist) {
                        return proto;
                    }
                }
            }

            throw new IllegalArgumentException("??????????-???¨");
        }

        /**
         * è?·??–?‰???€
         */

        private static String extraPrefix(String content) {
            int index = content.lastIndexOf(".");
            return content.substring(0, index);
        }

        /**
         * è?·??–?????€
         */

        private static String extraSuffix(String content) {
            int index = content.lastIndexOf(".");
            return content.substring(index + 1);
        }

        /**
         * è?·??–???èμ–?±????
         */

        private static Descriptors.FileDescriptor[] getDependencies(DescriptorProtos.FileDescriptorProto proto,
                                                                    Map<String, DescriptorProtos.FileDescriptorProto> finalDescriptorProtoMap) {
            return proto.getDependencyList()
                        .stream()
                        .map(finalDescriptorProtoMap::get)
                        .map(f -> toFileDescriptor(f, getDependencies(f, finalDescriptorProtoMap)))
                        .toArray(Descriptors.FileDescriptor[]::new);
        }

        /**
         * ?°? FileDescriptorProto è????o FileDescriptor
         */

        @SneakyThrows
        private static Descriptors.FileDescriptor toFileDescriptor(DescriptorProtos.FileDescriptorProto fileDescriptorProto,
                                                                   Descriptors.FileDescriptor[] dependencies) {
            return Descriptors.FileDescriptor.buildFrom(fileDescriptorProto, dependencies);
        }

        /**
         * ?‰§è???–1?3?è°??"¨
         */

        private static void executeCall(ManagedChannel channel,
                                        Descriptors.FileDescriptor fileDescriptor,
                                        Descriptors.MethodDescriptor originMethodDescriptor,
                                        String requestContent) throws Exception {

            // é???–°?"???? MethodDescriptor
            MethodDescriptor<DynamicMessage, DynamicMessage> methodDescriptor = generateMethodDescriptor(originMethodDescriptor);

            CallOptions callOptions = CallOptions.DEFAULT;

            TypeRegistry registry = TypeRegistry.newBuilder()
                                                .add(fileDescriptor.getMessageTypes())
                                                .build();

            // ?°?èˉ·?±???…??1?"± JSON ?-—??|??2è????o????o"????±????
            JsonFormat.Parser parser = JsonFormat.parser().usingTypeRegistry(registry);
            DynamicMessage.Builder messageBuilder = DynamicMessage.newBuilder(originMethodDescriptor.getInputType());
            parser.merge(requestContent, messageBuilder);
            DynamicMessage requestMessage = messageBuilder.build();

            // è°??"¨???è°??"¨?–1?????ˉ??¥é€?è?? originMethodDescriptor.isClientStreaming() ?’? originMethodDescriptor.isServerStreaming() ??¨?–-
            DynamicMessage response = ClientCalls.blockingUnaryCall(channel, methodDescriptor, callOptions, requestMessage);

            // ?°??"??o"解?????o JSON ?-—??|??2
            JsonFormat.Printer printer = JsonFormat.printer()
                                                   .usingTypeRegistry(registry)
                                                   .includingDefaultValueFields();
            String responseContent = printer.print(response);

            log.info("?"??o": {}", responseContent);
        }

        /**
         * é???–°?"?????–1?3????è?°
         */

        private static MethodDescriptor<DynamicMessage, DynamicMessage> generateMethodDescriptor(Descriptors.MethodDescriptor originMethodDescriptor) {
            // ?"?????–1?3??…¨???
            String fullMethodName = MethodDescriptor.generateFullMethodName(originMethodDescriptor.getService().getFullName(), originMethodDescriptor.getName());
            // èˉ·?±??’??"??o"?±????
            MethodDescriptor.Marshaller<DynamicMessage> inputTypeMarshaller = ProtoUtils.marshaller(DynamicMessage.newBuilder(originMethodDescriptor.getInputType())
                                                                                                                  .buildPartial());
            MethodDescriptor.Marshaller<DynamicMessage> outputTypeMarshaller = ProtoUtils.marshaller(DynamicMessage.newBuilder(originMethodDescriptor.getOutputType())
                                                                                                                   .buildPartial());

            // ?"?????–1?3????è?°, originMethodDescriptor ??? fullMethodName ????-£???
            return MethodDescriptor.<DynamicMessage, DynamicMessage>newBuilder()
                    .setFullMethodName(fullMethodName)
                    .setRequestMarshaller(inputTypeMarshaller)
                    .setResponseMarshaller(outputTypeMarshaller)
                    // ????"¨ UNKNOWN???è?a??¨????"1
                    .setType(MethodDescriptor.MethodType.UNKNOWN)
                    .build();
        }
    }


    在技术上没有太多可以防止这种情况发生。两大障碍是:

  • 具有用于读取 .proto 的运行时可调用解析器,以及
  • 有一个通用的 gRPC 客户端可用,它将服务方法名称等内容作为文字
  • 两者都有可能,但都不是微不足道的。

    对于1,粗略的方法是使用descriptor-set选项来shell/invoke protoc以生成模式二进制文件,然后将其反序列化为FileDescriptorSet(来自descriptor.proto);此模型使您可以访问 protoc 如何查看文件。一些平台也有本机解析器(本质上是重新实现 protoc 作为该平台中的库),例如 protobuf-net.Reflection 在 .NET-land

    中执行此操作

    对于 2,这是 C# 中的一个实现。即使细节有所不同,该方法也应该相当可移植到 Java。您可以查看生成的实现以了解它在任何特定语言中的工作方式。

    (抱歉,具体示例是 C#/.NET,但那是我住的地方;方法应该是可移植的,即使具体代码:不是直接的)


    技术上两者都是可能的。

    代码生成器只是生成少数类;主要是 protobuf 消息、grpc 方法描述符和Stubbing。您可以实现它或签入生成的代码以绕过 codegen。我不确定这样做有什么好处。另外,如果更改了 proto 会很烦人。

    只要您签入一些接口/抽象类来表示那些生成的Stubbing/方法描述符和protobuf消息,也可以使用字节码生成动态地执行此操作。您必须确保那些非动态代码与原型定义同步(很可能是运行时检查/异常)。


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