云原生計算基金會（Cloud Native Computing Foundation，CNCF）是一個非盈利的開源組織，專注于推動云原生計算的發展和標準化。而gRPC（Google Remote Procedure Call）是由Google發起并開源的高性能、跨語言RPC框架。2017年，Google將gRPC項目捐贈給了CNCF，使其成為云原生生態的核心組件之一。gRPC與Kubernetes（容器編排）、Prometheus（監控）、Istio（服務網格）等CNCF項目深度集成，廣泛應用于微服務架構和云原生應用中，其重要性隨著云原生理念的普及而日益凸顯。
gRPC巧妙地結合了ProtoBuf、HTTP/2等成熟技術，為上述RPC三大問題提供了全面且標準化的解決方案。
1）數據表示：默認采用 ProtoBuf作為其IDL和高效的二進制序列化方案。
2）數據傳遞：建立在 HTTP/2 協議之上，利用其多路復用、流控、頭部壓縮等特性實現高效網絡通信。
3）方法約定：通過 ProtoBuf IDL (.proto 文件) 定義服務接口和消息結構。

HTTP/2協議

HTTP/2是HTTP/1.1的重大升級版，其設計源于Google的SPDY協議，并于2015年正式成為標準（RFC 7540）。HTTP/1.1雖應用廣泛，但其固有的性能瓶頸——如隊頭阻塞（Head-of-Line Blocking）、較高的連接建立延遲、低效的文本頭部傳輸——已難以滿足現代Web應用對高性能、低延遲的需求。HTTP/2旨在克服這些問題，顯著提升傳輸效率和用戶體驗。
與HTTP/1.1的純文本傳輸不同，HTTP/2引入了二進制分幀層 (Binary Framing Layer)。所有HTTP消息（請求/響應）都被封裝成一個個二進制編碼的幀 (Frame) 進行傳輸。這種設計不僅提高了處理效率和健壯性（解析二進制比文本更快更不容易出錯），還為多路復用（Multiplexing）、頭部壓縮（Header Compression）和服務器推送（Server Push）等高級特性奠定了基礎。
HTTP/2的核心架構包含以下幾個關鍵概念。
1）Connection（連接）：一個TCP連接支持多個并發Stream，減少了HTTP/1.1中多個TCP連接的開銷和延遲。
2）Stream（流）：獨立的雙向通信通道，用于傳輸一條或多條Message，避免了隊頭阻塞。
3）Message（消息）：對應HTTP/1.1的請求或響應，由一個或多個Frame組成，使數據傳輸更靈活。
4）Frame（幀）：最小的通信單位，采用二進制格式，包含元數據和有效載荷，用于客戶端與服務器間的信息傳遞。

幀結構
幀是一種長度前綴消息（Length-Prefixed-Message）。幀以固定的9字節作為幀頭，后面跟著變長的幀載荷（Frame Payload），幀頭包括如下公共字段：Type、Length、Flags， Stream Identifier。

 +-----------------------------------------------+
 |                 Length (24)                   |
 +---------------+---------------+---------------+
 |   Type (8)    |   Flags (8)   |
 +-+-------------+---------------+-------------------------------+
 |R|                 Stream Identifier (31)                      |
 +=+=============================================================+
 |                   Frame Payload (0...)                      ...
 +---------------------------------------------------------------+

HTTP/2協議定義了10種不同類型的幀（Frame），其中通用格式包含以下幾個關鍵類型，這些類型共同定義了幀的行為和內容。
1）Length（長度）：表示幀載荷（Frame Payload）的長度，以字節為單位。其最大長度為2^14（即16384字節），不包括幀頭的9個字節。
2）Type（類型）：用于標識幀的類型。其中，DATA幀和HEADERS幀，分別對應于HTTP/1.1中的數據和頭部信息。其他幀類型還包括SETTINGS、PRIORITY、RST_STREAM等，用于實現協議的各種高級特性。
3）Flags（標志）：該字段包含一組標志位，用于傳遞幀的附加控制信息。常用的標志位包括： END_HEADERS：表示當前幀是頭數據（Headers）的最后一幀，相當于HTTP/1.1中頭信息結束后的空行（“\r\n”）；END_STREAM：表示當前幀是流（Stream）中最后一個幀，標志著單方向數據傳輸的結束（End of Stream, EOS），相當于HTTP/1.1中分塊傳輸編碼（Chunked Encoding）的結束標志（“0\r\n\r\n”）；PRIORITY：用于指示流的優先級，幫助服務器和客戶端優化資源分配。
4）R（保留字段）：該字段為保留位，目前未使用，必須設置為0。
5）Stream Identifier（流標識符）：用于標識幀所屬的流（Stream）。每個流都有一個唯一的標識符，用于在同一個TCP連接中區分不同的并發流。流標識符的長度為31位，其中客戶端發起的流使用奇數標識符，服務器發起的流使用偶數標識符。

消息的語義兼容性
HTTP/2 協議與 HTTP/1盡可能保持兼容。從應用程序的角度來看，協議的功能基本沒有變化。為了實現這一點，HTTP/1的所有請求和響應語義被保留，雖然傳達那些語義的語法已經改變。
HTTP/1使用消息起始行（start-line）來傳達目標 URI，請求方法和響應的狀態代碼，而HTTP/2為此使用以“:”字符開頭的特殊字段（pseudo-header）來達到相同的目的。

可以看到在第一個請求中，前兩個頭通常類似與HTTP/1。

GET /resoure HTTP/1.1
Host: https://example.com
...

現在被拆分為一個標題框。

:method: GET
:scheme: https
:host: example.com
:path: /resource
...

而其余的頭則大致相同，都是lower-case字符。
HTTP/2嘗試盡可能地最小化有效載荷大小。它將壓縮與前一個請求中相同的頭。在HTTP/1中，一個連續的請求看起來像是針對不同資源的初始請求。

GET /otherResource HTTP/1.1
Host: https://example.org
...

而在HTTP/2中，對同一服務器的連續請求只需要:path頭部信息。

:path: /otherResource

因為所有其他頭部信息都被標記并壓縮緩存，并且可以通過“索引”進行還原。

未完待續

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