gRPC是如何work的，清楚的理解其调用逻辑，对于我们更好、更深入的使用gRPC很有必要。因此我们必须深度解析下gRPC的实现逻辑，在本文中，将分别从客户端和服务端来说明gRPC的实现原理。

准备条件

本文将以gRPC Github上helloword代码作为一个完整的项目示例作为介绍的基础，在展开分析之前，简单介绍下作为gRPC的文件结构：

greeter_client
greeter_server
helloworld
mock_helloworld

在这里，我们只需要关注前三个文件夹的内容。

其中，greet_client和greet_server文件中分别是grpc客户端和服务端的业务调用代码，包含了一个标准的gRPC调用过程。helloworld中包含了是protobuf的协议文件和生成的helloworld.pb.go文件（至于pb的协议和*.pb.go文件的生成等内容，不作为本文的介绍范围，不再赘述）。

客户端

首先，我们以Github官网上的example为示例来一览gRPC client端的使用，从而跟踪其调用的逻辑个原理。总的来看，调用的过程基本就是分为三步：

创建connection
创建业务客户端实例
调用RPC接口

{
	...
  // 创建connection
	conn, err := grpc.Dial(address, grpc.WithInsecure())
	if err != nil {
		log.Fatalf("did not connect: %v", err)
	}
	defer conn.Close()

  // 创建client
	c := pb.NewGreeterClient(conn)

  // 调用RPC接口
	name := defaultName
	r, err := c.SayHello(context.TODO(), &pb.HelloRequest{Name: name})
	if err != nil {
		log.Fatalf("could not greet: %v", err)
	}
	...
}

创建connection

通过grpc.Dial()接口创建了一个ClientConn类型实例。

Dial()函数的第一个参数作为endpoint我们就不多说了，同时Dial()还接受变长参数DialOption。DialOption是一个接口类型，在grpc中存在着多种返回了DialOption类型的函数，这些返回了DialOption类型的函数，例如编解码、负载均衡策略等，一些函数声明示例如下：

func WithBalancer() DialOption
func WithInsecure() DialOption
func WithCodec() DialOption

根据client的需求，调用方在调用Dial()的时候可以将这些函数作为参数传入Dial()中。

在Dial()中，首先是会根据参数进行一系列的初始化和赋值操作，就不在这里列出说明，而对于这些DailOption参数，在Dial()中最终实现对grpc.ClientConn的成员变量dopts中的CallOption进行了赋值。

通过Dial()的调用，grpc已经建立了到服务端的链接，同时也会附带一些诸如负载均衡、证书检查、Backoff等策略的执行（如果有进行配置的话）。

创建客户端实例

创建业务client实例，在使用gRPC的时候，我们都知道其传递协议是protobuf。

而NewGreeterClient()则是通过对pb协议生成的代码接口，存在于helloworld.pb.go中，该函数主要是返回了一个greeterClient类型的实例。

调用RPC请求

SayHello()中的RPC接口也是存在于根据pb协议生成的helloworld.pb.go文件中。

SayHello()除了接受一个context存储上下文信息和一个request类型参数，同时也支持一个CallOption类型的变量。关于CallOption在上文中有提到，其本身也是一个接口，其中before()用于在请求发送之前设置参数，而after()则是在请求调用完毕之后提取信息。通过对这两个函数的调用，方便的实现了在请求前后的一些参数设置的功能：

type CallOption interface {
	before(*callInfo) error
	after(*callInfo)
}

任何一个我们我们上文说到了返回值为DialOption的函数，大部分都有一个对应的结构实现了CallOption，诸如上面的WithCodec()，其对应的结构为：

type CustomCodecCallOption struct {
	Codec Codec
}

func (o CustomCodecCallOption) before(c *callInfo) error {
	c.codec = o.Codec
	return nil
}
func (o CustomCodecCallOption) after(c *callInfo) {}

回到SayHello()函数的逻辑中来，该函数最终会调用grpc中的call.go中的invoke函数来执行具体的操作。

在invoke()函数中，newClientStream()会首先获取传输层Trasport结构的实例并包装到一个ClientStream实例中返回，随后将RPC请求通过SendMsg()接口发送出去，注意，由于SendMsg()并不会等待服务端收到数据，因此还需要通过RecvMsg()同步接收收到的回复消息（关于SendMsg()和RecvMsg()中的具体发送和接收数据逻辑，不在赘述，可以去源码再详细了解）。

// pb.go文件
func (c *greeterClient) SayHello(ctx context.Context, in *HelloRequest, opts ...grpc.CallOption) (*HelloReply, error) {
	out := new(HelloReply)
	err := c.cc.Invoke(ctx, "/helloworld.Greeter/SayHello", in, out, opts...)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return out, nil
}

...

// grpc/grpc.go/call.go文件
func invoke(ctx context.Context, method string, req, reply interface{}, cc *ClientConn, opts ...CallOption) error {
	cs, err := newClientStream(ctx, unaryStreamDesc, cc, method, opts...)
	if err != nil {
		return err
	}
	if err := cs.SendMsg(req); err != nil {
		return err
	}
	return cs.RecvMsg(reply)
}

服务端

对于Server端，我们同样地根据Github上的官网示例来展开说明。总的来看，grpc在server端的调用逻辑如下，基本就是分为四步：

创建端口监听listener
创建server实例
注册服务（并未真正开始服务）
启动服务端

{        
  ...
  // 创建listener
  lis, err := net.Listen("tcp", port)
	if err != nil {
		log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
	}

  // 创建server示例
	s := grpc.NewServer()
  
  // 注册服务
	pb.RegisterGreeterServer(s, &server{})
	reflection.Register(s)
        
  // 启动服务端监听
	if err := s.Serve(lis); err != nil {
		log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
	}
        ...
}

创建监听端口

创建listener，不用多介绍了，就是创建了一个监听tcp端口的Listener实例。

创建服务端实例

NewServer()方法创建了一个grpc.Server实例，其函数内部会对该实例进行一系列初始化赋值操作。该接口与客户端中的Dial()接口类似，可以接受多个ServerOption入参，在helloworld的示例中并未传入任务参数，一个简单那的示例如下：

svr := grpc.NewServer(grpc.CustomCodec(proxy.Codec()))

在grpc中，也存在了多种类似于CustomCodec()这样返回值类型为ServerOption的函数，从而满足调用方在需要求进行传参赋值：

func CustomCodec() ServerOption
func MaxConcurrentStreams() ServerOption
func UnknownServiceHandler() ServerOption

服务注册

RegisterGreeterServer()是由helloworld.pb.go生成的接口，其主要调用了grpc的RegisterService() 来注册当前service及其实现。

grpc.RegisterService()接收一个参数类型为ServiceDesc的实例_Greeter_serviceDesc用以岁service的描述说明，同时接收一个service实例作注册进来。其中_Greeter_serviceDesc是由pb生成的对业务RPC接口的描述，如下所示：

// helloworld.pb.go
func RegisterGreeterServer(s *grpc.Server, srv GreeterServer) {
	s.RegisterService(&_Greeter_serviceDesc, srv)
}

var _Greeter_serviceDesc = grpc.ServiceDesc{
	ServiceName: "helloworld.Greeter",
	HandlerType: (*GreeterServer)(nil),
	Methods: []grpc.MethodDesc{
		{
			MethodName: "SayHello",
			Handler:    _Greeter_SayHello_Handler,
		},
	},
	Streams:  []grpc.StreamDesc{},
	Metadata: "helloworld.proto",
}

我们可以看到，在grpc.ServiceDesc中对Methods变量进行了赋值。其中Methods包含了一个RPC接口名到handler的映射数组，描述了当前service支持的所有的方法，MethodName即为调用的RPC接口名，而handler的值_Greeter_SayHello_Handler()也是由pb生成的方法，在其内部通过注册进来的service实例，实现了对我们的业务函数SayHello()进行了调用：

func _Greeter_SayHello_Handler(srv interface{}, ctx context.Context, dec func(interface{}) error, interceptor grpc.UnaryServerInterceptor) (interface{}, error) {
	in := new(HelloRequest)
	if err := dec(in); err != nil {
		return nil, err
	}
	if interceptor == nil {
		return srv.(GreeterServer).SayHello(ctx, in)
	}
	info := &grpc.UnaryServerInfo{
		Server:     srv,
		FullMethod: "/helloworld.Greeter/SayHello",
	}
	handler := func(ctx context.Context, req interface{}) (interface{}, error) {
		return srv.(GreeterServer).SayHello(ctx, req.(*HelloRequest))
	}
	return interceptor(ctx, in, info, handler)
}

启动服务

Serve函数中开始接收来到listener的请求（实际上也就是对listener进行了Accept()），并为每一个请求创建一个go程来服务。

Serve函数的逻辑判断比较复杂，但其实真正的调用逻辑过程十分简单，在下面列出，从而有助于我们的理解。

func (s *Server) Serve(lis net.Listener) error {
    ...
    for {
        // 开始接受服务
		    rawConn, err := lis.Accept()
        ...
        // 为每一个请求启动一个go程来处理链接
        s.serveWG.Add(1)
		    go func() {
			    s.handleRawConn(rawConn)
			    s.serveWG.Done()
		    }()
    }
}

func (s *Server) handleRawConn(rawConn net.Conn) {
  // 鉴权操作
	conn, authInfo, err := s.useTransportAuthenticator(rawConn)
  ...
	// 基于HTTP2，创建一个ServerTransport
	st := s.newHTTP2Transport(conn, authInfo)
  ...
	go func() {
		s.serveStreams(st)
		s.removeConn(st)
	}()
}

其中，newHTTP2Transport()的代码主要部分有一些关于HTTP2的赋值和初始化操作，存在于internal/transport/http2_server.go中，这儿就不再进入介绍http2的具体实现方式了。而serveStreams()中则主要是调用了HandleStreams()接口去真正的接受请求流。

func (s *Server) serveStreams(st transport.ServerTransport) {
	defer st.Close()
	var wg sync.WaitGroup
	st.HandleStreams(func(stream *transport.Stream) {
		wg.Add(1)
		go func() {
			defer wg.Done()
			s.handleStream(st, stream, s.traceInfo(st, stream))
		}()
	}, func(ctx context.Context, method string) context.Context {
		if !EnableTracing {
			return ctx
		}
		tr := trace.New("grpc.Recv."+methodFamily(method), method)
		return trace.NewContext(ctx, tr)
	})
	wg.Wait()
}

HandleStreams()中的实现在grpc-go/internal/transport/handler_server.go文件中。

在HandleStreams()实现中前面一大部分是对数据流Stream的初始化，数据接收以及赋值，详细的处理过程大家可以去文件中详细的看代码，这里我们只做逻辑流程的分析。在数据流stream接收完毕后，通过注册进来的server的startStream()来处理数据流。

注册进来的startStream()最终调用了Server中的startStream()函数，区分出是unary请求还是stream请求，并分别通过processUnaryRPC()和processStreamingRPC()进行区分处理。对于两个主要的处理函数processUnaryRPC()和processStreamingRPC()，基本上是一些具体的数据接收、编解码等操作，就不在浪费篇幅贴出代码了。

func (ht *serverHandlerTransport) HandleStreams(startStream func(*Stream), traceCtx func(context.Context, string) context.Context) {
	...
  // 数据流Stream的接受和赋值
	startStream(s)
	ht.runStream()
	close(requestOver)

	// 等待数据读取完毕
	req.Body.Close()
	<-readerDone
}

func (s *Server) handleStream(t transport.ServerTransport, stream *transport.Stream, trInfo *traceInfo) {
	...
  // 判断Unary RPC还是Streaming RPC
	if md, ok := srv.md[method]; ok {
		s.processUnaryRPC(t, stream, srv, md, trInfo)
		return
	}
	if sd, ok := srv.sd[method]; ok {
		s.processStreamingRPC(t, stream, srv, sd, trInfo)
		return
	}
        ...
	if unknownDesc := s.opts.unknownStreamDesc; unknownDesc != nil {
		s.processStreamingRPC(t, stream, nil, unknownDesc, trInfo)
		return
	}
	...
}