[gRPC] gRPC란 무엇인가?

gRPC는 Google이 개발한 오픈 소스 원격 프로시저 호출(Remote Procedure Call, RPC) 프레임워크입니다. gRPC는 네트워크를 통해 클라이언트와 서버 간에 함수 호출을 할 수 있도록 설계된 시스템으로, 마치 로컬 함수 호출처럼 사용 가능합니다. gRPC의 주요 특징은 다음과 같습니다

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1. 프로토콜 버퍼 사용: gRPC는 데이터 직렬화 및 역직렬화를 위해 Protocol Buffers (Protobuf)라는 언어 중립적이고 플랫폼 중립적인 메커니즘을 사용합니다. 이는 효율적이고 빠른 데이터 처리를 가능하게 합니다.
2. 다양한 언어 지원: gRPC는 C++, Java, Python, Go, Ruby 등 여러 프로그래밍 언어를 지원합니다. 이는 클라이언트와 서버가 서로 다른 언어로 작성된 경우에도 상호 운용성을 보장합니다.
3. HTTP/2 기반: gRPC는 HTTP/2를 기반으로 하며, 이를 통해 멀티플렉싱, 스트리밍, 압축, 바이너리 프레이밍 등의 기능을 제공합니다. 이는 더 나은 성능과 효율성을 제공합니다.
4. 다양한 통신 패턴:
   • Unary RPC: 클라이언트가 서버에 요청을 보내고 단일 응답을 받는 방식.
   • Server streaming RPC: 클라이언트가 서버에 요청을 보내고 여러 응답을 스트림으로 받는 방식.
   • Client streaming RPC: 클라이언트가 여러 요청을 스트림으로 보내고 단일 응답을 받는 방식.
   • Bidirectional streaming RPC: 클라이언트와 서버가 서로 여러 메시지를 스트림으로 주고받는 방식.
5. 서비스 정의: gRPC에서 서비스는 Protobuf 파일을 통해 정의됩니다. 이 파일은 서비스와 메서드를 정의하고 각 메서드의 요청 및 응답 메시지 형식을 지정합니다.
6. 성능: gRPC는 HTTP/2와 프로토콜 버퍼를 사용하여 낮은 지연 시간과 높은 처리량을 제공하도록 최적화되어 있습니다.

gRPC는 마이크로서비스 아키텍처, 분산 시스템, 모바일 애플리케이션 등 다양한 환경에서 널리 사용되며, 강력한 타입 안전성과 언어 중립성 덕분에 신뢰성과 유지보수성을 향상시킵니다.

 

gRPC를 이루고 있는 주요 개념 알아보기!

프로토콜 버퍼

프로토콜 버퍼(Protocol Buffers, 줄여서 Protobuf)는 Google이 개발한 언어 중립적이고 플랫폼 중립적인 데이터 직렬화 라이브러리입니다. 프로토콜 버퍼는 데이터를 효율적으로 직렬화하고 역직렬화하는 방법을 제공하여 다양한 시스템 간의 데이터 교환을 쉽게 합니다. 이는 특히 네트워크 통신, 데이터 저장, RPC 시스템 등에서 널리 사용됩니다. 프로토콜 버퍼의 주요 특징과 개념은 다음과 같습니다:

주요 특징

1. 효율성:
   • 이진 포맷을 사용하여 데이터의 크기를 최소화하고, 처리 속도를 극대화합니다.
   • 텍스트 기반 포맷보다 더 작은 크기의 메시지를 생성하며, 빠르게 인코딩 및 디코딩이 가능합니다.
2. 언어 중립성:
   • 다양한 프로그래밍 언어를 지원합니다. 공식적으로는 C++, Java, Python, Go, Ruby 등을 지원하며, 커뮤니티에서 다른 언어에 대한 지원도 제공하고 있습니다.
3. 플랫폼 중립성:
   • 플랫폼 간에 일관된 데이터를 교환할 수 있도록 설계되었습니다. 이는 서로 다른 시스템 간의 데이터 교환을 용이하게 합니다.
4. 강력한 타입 시스템:
   • 정해진 데이터 구조(스키마)를 기반으로 작동하며, 데이터의 타입과 구조를 명확히 정의할 수 있습니다. 이를 통해 데이터 무결성을 유지하고 오류를 줄일 수 있습니다.

 

HTTP/2

gRPC는 HTTP/2를 기반으로 구축된 RPC(Remote Procedure Call) 프레임워크입니다. HTTP/2는 HTTP/1.1의 한계를 극복하고 성능을 개선하기 위해 설계된 최신 HTTP 프로토콜 버전입니다. HTTP/2의 주요 특징과 이러한 특징들이 gRPC에 어떻게 기여하는지 살펴보겠습니다.

HTTP/2의 주요 특징

1. 멀티플렉싱(Multiplexing):
   • 단일 TCP 연결을 통해 여러 메시지를 동시에 주고받을 수 있습니다. 이는 병목 현상을 줄이고 네트워크 사용률을 최적화합니다.
2. 헤더 압축(Header Compression):
   • HTTP/2는 헤더 정보를 압축하여 전송합니다. 이를 통해 전송 크기를 줄이고 성능을 향상시킵니다. 이를 위해 HPACK이라는 헤더 압축 방식을 사용합니다.
3. 서버 푸시(Server Push):
   • 서버가 클라이언트의 요청 없이도 클라이언트가 필요로 할 만한 리소스를 미리 전송할 수 있습니다. 이를 통해 초기 로드 시간을 줄일 수 있습니다.
4. 스트림 우선 순위(Stream Prioritization):
   • 클라이언트가 스트림의 우선 순위를 지정할 수 있습니다. 이를 통해 중요한 리소스를 먼저 전송받을 수 있습니다.
5. 이진 프로토콜(Binary Protocol):
   • HTTP/2는 텍스트 기반이 아닌 이진 프레이밍을 사용합니다. 이는 데이터를 더 효율적으로 전송하고 파싱할 수 있게 합니다.

 

스트리밍 (Streaming)

gRPC에서 스트리밍은 클라이언트와 서버 간에 여러 메시지를 주고받을 수 있는 통신 방식입니다. gRPC는 네 가지 유형의 RPC를 지원하며, 그중 세 가지가 스트리밍 관련입니다:

• 단일 요청-응답(Unary RPC):
  • 클라이언트가 단일 요청을 보내고 서버가 단일 응답을 반환합니다.
  • 일반적인 HTTP 요청-응답 패턴과 유사합니다.

rpc GetFeature(Point) returns (Feature) {}

• 서버 스트리밍(Server Streaming RPC):
  • 클라이언트가 단일 요청을 보내고, 서버가 여러 응답을 스트리밍 방식으로 반환합니다.
  • 클라이언트는 스트림을 통해 서버로부터 여러 응답을 순차적으로 받습니다.

rpc ListFeatures(Rectangle) returns (stream Feature) {}

• 클라이언트 스트리밍(Client Streaming RPC):
  • 클라이언트가 여러 요청을 스트리밍 방식으로 보내고, 서버가 단일 응답을 반환합니다.
  • 서버는 클라이언트가 모든 요청을 보낸 후 응답을 반환합니다.

rpc RecordRoute(stream Point) returns (RouteSummary) {}

• 양방향 스트리밍(Bidirectional Streaming RPC):
  • 클라이언트와 서버가 모두 여러 메시지를 스트리밍 방식으로 주고받습니다.
  • 클라이언트와 서버는 독립적으로 메시지를 보낼 수 있으며, 양방향 통신이 가능합니다.

rpc RouteChat(stream RouteNote) returns (stream RouteNote) {}

 

채널 (Channel)

gRPC에서 채널은 클라이언트와 서버 간의 통신을 관리하는 객체입니다. 클라이언트는 서버와의 모든 RPC 호출을 위해 채널을 사용합니다. 채널은 다음과 같은 기능을 제공합니다:

• 서버 주소와 연결 관리:
  • 채널은 특정 서버 주소를 통해 gRPC 서버와 연결을 설정합니다.
  • 클라이언트는 채널을 통해 여러 RPC 호출을 동일한 서버로 보낼 수 있습니다.

import grpc
channel = grpc.insecure_channel('localhost:50051')

• 연결 재시도 및 로드 밸런싱:
  • 채널은 연결 실패 시 자동으로 재시도하거나, 여러 서버 주소를 제공받아 로드 밸런싱을 수행할 수 있습니다.
  • 이는 고가용성과 안정성을 보장합니다.
• 보안 설정:
  • 채널은 TLS/SSL 등을 사용하여 보안을 설정할 수 있습니다.

creds = grpc.ssl_channel_credentials()
secure_channel = grpc.secure_channel('localhost:50051', creds)

• 인터셉터:
  • 채널은 인터셉터를 사용하여 RPC 호출을 가로채고 처리할 수 있습니다. 이는 로깅, 인증, 모니터링 등에 유용합니다.

gRPC의 장점과 단점

장점

1. 효율적인 통신:
   • HTTP/2를 기반으로 하여 멀티플렉싱, 헤더 압축 등을 이용해 높은 성능을 제공합니다. 이는 네트워크 사용을 최적화하고, 빠른 데이터 전송을 가능하게 합니다.
2. 다양한 통신 패턴 지원:
   • Unary RPC, 서버 스트리밍, 클라이언트 스트리밍, 양방향 스트리밍 등 다양한 RPC 패턴을 지원하여 다양한 요구 사항에 맞는 효율적인 통신을 구현할 수 있습니다.
3. 간결하고 강력한 메시지 형식:
   • Protocol Buffers를 사용하여 데이터를 직렬화하므로 데이터 크기가 작고, 이진 형식으로 효율적으로 처리할 수 있습니다. 이는 통신 성능을 크게 향상시킵니다.
4. 언어 및 플랫폼 중립성:
   • 다양한 프로그래밍 언어에서 gRPC를 지원하며, 이는 클라이언트와 서버 간의 상호 운용성을 높이는 데 도움이 됩니다.
5. 자동 코드 생성:
   • Protocol Buffers 파일을 기반으로 클라이언트 및 서버 코드를 자동으로 생성할 수 있어 개발 생산성을 높입니다.
6. 보안:
   • TLS/SSL을 지원하여 데이터를 암호화하고 인증할 수 있습니다. 이는 보안 요구 사항을 충족시키는 데 유리합니다.
7. 진단 및 모니터링:
   • 풍부한 진단 및 모니터링 기능을 제공하여 시스템 상태를 실시간으로 확인하고 문제를 해결할 수 있습니다.

단점

1. 학습 곡선:
   • gRPC와 Protocol Buffers를 처음 사용할 때는 학습 곡선이 높을 수 있습니다. 특히 RPC 개념에 익숙하지 않은 개발자에게는 추가적인 학습이 필요할 수 있습니다.
2. 디버깅:
   • 이진 형식으로 데이터가 전송되기 때문에 텍스트 기반 프로토콜보다 디버깅이 어려울 수 있습니다. 디버깅을 위한 추가 도구가 필요할 수 있습니다.
3. 서버 구현의 복잡성:
   • 어떤 상황에서는 기존의 RESTful API보다 서버 구현이 더 복잡할 수 있습니다. 특히 스트리밍이나 복잡한 RPC 패턴을 다루는 경우 구현이 어려울 수 있습니다.
4. 성능 튜닝의 어려움:
   • gRPC의 성능을 최적화하려면 적절한 설정 및 세심한 튜닝이 필요할 수 있습니다. 이는 초보자에게는 어려울 수 있습니다.
5. 전통적인 HTTP 기반의 API와의 호환성:
   • 기존의 RESTful API나 HTTP 기반의 시스템과의 호환성이 중요한 경우, 이를 고려해야 할 수 있습니다. gRPC는 HTTP/2 기반의 프로토콜이기 때문에 이러한 호환성 문제가 발생할 수 있습니다.