源码解析Grpc拦截器(C#版本)

2021 年 9 月 17 日
筆記
c#

前言

其实Grpc拦截器是我以前研究过，但是我看网上相关C#版本的源码解析相对少一点，所以笔者借这篇文章给大家分享下Grpc拦截器的实现，废话不多说，直接开讲(Grpc的源码看着很方便，包自动都能还原成功。.Net源码就硬生啃。。。弄了半天没还原成功😂)。
ps:

本篇文章主要是讲解源码，并不进行举例Demo，所以读者尽量先写一个小Demo，看看生成的代码，然后伴随着看文章。
如果没有用过Grpc的读者，可以先写个小Demo，可以看官网点击这里，主要是查看下通过Proto文件生成的代码的格式。
这篇文章讲解分别从客户端和服务端两部分讲解(实现有点不一样)，篇幅原因只讲解一元调用的示例，其他形式的调用其实是类似的。

Client端

Interceptor和CallInvoker抽象类

public abstract class Interceptor
{
    //一元调用同步拦截器
    public virtual TResponse BlockingUnaryCall<TRequest, TResponse>(TRequest request, ClientInterceptorContext<TRequest, TResponse> context, BlockingUnaryCallContinuation<TRequest, TResponse> continuation)
        where TRequest : class
        where TResponse : class
    {
        return continuation(request, context);
    }
    //一元调用异步拦截器
    public virtual AsyncUnaryCall<TResponse> AsyncUnaryCall<TRequest, TResponse>(TRequest request, ClientInterceptorContext<TRequest, TResponse> context, AsyncUnaryCallContinuation<TRequest, TResponse> continuation)
        where TRequest : class
        where TResponse : class
    {
        return continuation(request, context);
    }
}
public abstract class CallInvoker
{
    //一元调用同步拦截器
    public abstract TResponse BlockingUnaryCall<TRequest, TResponse>(Method<TRequest, TResponse> method, string host, CallOptions options, TRequest request)
        where TRequest : class
        where TResponse : class;
    //一元调用异步拦截器
    public abstract AsyncUnaryCall<TResponse> AsyncUnaryCall<TRequest, TResponse>(Method<TRequest, TResponse> method, string host, CallOptions options, TRequest request)
        where TRequest : class
        where TResponse : class;
}

首先我们要理解这两个抽象类分别是干什么的，上述代码讲解：

Interceptor我们知道，在实现自定义的拦截器时，需要继承这个类，并对某些方法进行自定义的实现，而continuation就是调用下一个拦截器。
其实CallInvoker其实就是客户端构造的对象，主要用于调用远程服务，通过你自己实现的Demo可以看到，先创建Channel，然后通过Channe创建默认的CallInvoker，而在创建Client通过proto生成的文件里可以看到对应的重载构造函数。

添加拦截器

public static class CallInvokerExtensions
{
    //增加一个拦截器
    public static CallInvoker Intercept(this CallInvoker invoker, Interceptor interceptor)
    {
        return new InterceptingCallInvoker(invoker, interceptor);
    }
    //增加一组拦截器
    public static CallInvoker Intercept(this CallInvoker invoker, params Interceptor[] interceptors)
    {
        //检查是否为Null
        GrpcPreconditions.CheckNotNull(invoker, nameof(invoker));
        GrpcPreconditions.CheckNotNull(interceptors, nameof(interceptors));
        //反转集合，构造对象
        foreach (var interceptor in interceptors.Reverse())
        {
            invoker = Intercept(invoker, interceptor);
        }

        return invoker;
    }
    //篇幅原因，这种方式这里不进行讲解，大家可以自己翻下源码看下，主要作用就是增加用户自定义的额外报文值，类似Http请求中的Header
    public static CallInvoker Intercept(this CallInvoker invoker, Func<Metadata, Metadata> interceptor)
    {
        return new InterceptingCallInvoker(invoker, new MetadataInterceptor(interceptor));
    }
}

上述代码总结：

添加一个拦截器，则直接创建一个InterceptingCallInvoker对象返回，而它必定继承CallInvoker。
添加一组拦截器，则将集合反转，然后构造Invoker。
而在客户端proto生成的代码中可以看到，方法的调用是通过CallInvoker对象调用的，读者可以看一下你自己生成的代码。

InterceptingCallInvoker类

internal class InterceptingCallInvoker : CallInvoker
{
    //下一个invoker对象
    readonly CallInvoker invoker;
    //当前的拦截器
    readonly Interceptor interceptor;

    public InterceptingCallInvoker(CallInvoker invoker, Interceptor interceptor)
    {
        this.invoker = GrpcPreconditions.CheckNotNull(invoker, nameof(invoker));
        this.interceptor = GrpcPreconditions.CheckNotNull(interceptor, nameof(interceptor));
    }
    //一元同步调用
    public override TResponse BlockingUnaryCall<TRequest, TResponse>(Method<TRequest, TResponse> method, string host, CallOptions options, TRequest request)
    {
        return interceptor.BlockingUnaryCall(
            request,
            new ClientInterceptorContext<TRequest, TResponse>(method, host, options),
            //当前请求参数和上下文，调用下一个BlockingUnaryCall
            (req, ctx) => invoker.BlockingUnaryCall(ctx.Method, ctx.Host, ctx.Options, req));
    }
    //一元异步调用
    public override AsyncUnaryCall<TResponse> AsyncUnaryCall<TRequest, TResponse>(Method<TRequest, TResponse> method, string host, CallOptions options, TRequest request)
    {
        return interceptor.AsyncUnaryCall(
            request,
            new ClientInterceptorContext<TRequest, TResponse>(method, host, options),
            //当前请求参数和上下文，调用下一个BlockingUnaryCall
            (req, ctx) => invoker.AsyncUnaryCall(ctx.Method, ctx.Host, ctx.Options, req));
    }
}
//默认的CallInvoker，也就是不加任何拦截器时候的实现
public class DefaultCallInvoker : CallInvoker
{
    readonly Channel channel;

    public DefaultCallInvoker(Channel channel)
    {
        this.channel = GrpcPreconditions.CheckNotNull(channel);
    }
    //一元同步调用
    public override TResponse BlockingUnaryCall<TRequest, TResponse>(Method<TRequest, TResponse> method, string host, CallOptions options, TRequest request)
    {
        var call = CreateCall(method, host, options);
        return Calls.BlockingUnaryCall(call, request);
    }
    //一元异步调用
    public override AsyncUnaryCall<TResponse> AsyncUnaryCall<TRequest, TResponse>(Method<TRequest, TResponse> method, string host, CallOptions options, TRequest request)
    {
        var call = CreateCall(method, host, options);
        return Calls.AsyncUnaryCall(call, request);
    }
}

上述代码总结：

构建InterceptingCallInvoker对象时，会保留当前拦截器对象和下一个invoker对象，以方便调用。
当前拦截器对象的在调用方法时，第三个参数是委托，而这个委托就是Interceptor对应方法里面的continuation参数，客户端通过它来调用下一个拦截器。
而DefaultInvoker里面其实是内部调用远程服务，也就是默认实现，而这个是在通过Channel来构造Client的时候构造出来的。

Client总结

贯穿上面的代码可以看出，不管是调用单个添加拦截器，或者链式添加单个拦截器，又或者是添加一组拦截器，最终必然返回CallInvoker对象，而CallInvoker对象是在proto生成的代码中可以看到，在调用对应方法时是由CallInvoker对象调用的。
关于构建InterceptingCallInvoker ，其实可以和设计模式中的装饰着模式关联下，刚开始只构建了默认的DefaultInvoke(这个里面其实是构建连接，调用server端)，然后在这基础上添加其他不同的拦截器功能，返回最终的CallInvoker对象。
需要注意的是，当链式添加单个拦截器时，比如Intercept(a).Intercept(b).Intercept(c)，那么最终执行的顺序是c(continuation前)->b(continuation前)->a->b(continuation后)->c(continuation后)。如果一次添加一组拦截器Intercept(a,b,c)，那么最终执行的顺序是：a(continuation前)->b(continuation前)->c->b(continuation后)->a(continuation后)。

Server端

Interceptor抽象类和ServerServiceDefinition类

public abstract class Interceptor
{
    //服务端一元调用拦截器
    public virtual Task<TResponse> UnaryServerHandler<TRequest, TResponse>(TRequest request, ServerCallContext context, UnaryServerMethod<TRequest, TResponse> continuation)
        where TRequest : class
        where TResponse : class
    {
        return continuation(request, context);
    }
}
public class ServerServiceDefinition
{
    //方法列表，也就是服务端写的那些方法
    readonly IReadOnlyList<Action<ServiceBinderBase>> addMethodActions;
    
    internal ServerServiceDefinition(List<Action<ServiceBinderBase>> addMethodActions)
    {
        this.addMethodActions = addMethodActions.AsReadOnly();
    }
    //给方法绑定服务，也就是绑定拦截器，一会的源码会提到
    internal void BindService(ServiceBinderBase serviceBinder)
    {
        //给每个方法都绑定一下拦截器
        foreach (var addMethodAction in addMethodActions)
        {
            addMethodAction(serviceBinder);
        }
    }
    //创建Builder，可以在proto文件中生成的代码看到，会有调用这个方法
    public static Builder CreateBuilder()
    {
        return new Builder();
    }
    
    public class Builder
    {
        //检测是否有同名方法，这是不被允许的
        readonly Dictionary<string, object> duplicateDetector = new Dictionary<string, object>();
        //服务端方法集合
        readonly List<Action<ServiceBinderBase>> addMethodActions = new List<Action<ServiceBinderBase>>();

        public Builder()
        {
        }
        //可以看到在proto生成的代码中，有调用AddMethod，将方法添加到集合中
        public Builder AddMethod<TRequest, TResponse>(
            Method<TRequest, TResponse> method,
            UnaryServerMethod<TRequest, TResponse> handler)
                where TRequest : class
                where TResponse : class
        {
            duplicateDetector.Add(method.FullName, null);
            addMethodActions.Add((serviceBinder) => serviceBinder.AddMethod(method, handler));
            return this;
        }

        //这中间省略了除一元调用的其他调用，有兴趣的可以自己翻下源码
        
        //初始化build，将上面的方法列表添加到其中
        public ServerServiceDefinition Build()
        {
            return new ServerServiceDefinition(addMethodActions);
        }
    }
}

上述代码总结：

对应每个service，都会维护一个方法的集合，然后把用户定义的方法添加到集合中(在proto生成的代码中可以看到)。
在给每个方法添加拦截器时(当然目前看不出来，下面会说)，会给每个方法都加上，也就是说，它们之间是互不影响的。

添加拦截器

public static class ServerServiceDefinitionExtensions
{
    //单个添加拦截器
    public static ServerServiceDefinition Intercept(this ServerServiceDefinition serverServiceDefinition, Interceptor interceptor)
    {
        GrpcPreconditions.CheckNotNull(serverServiceDefinition, nameof(serverServiceDefinition));
        GrpcPreconditions.CheckNotNull(interceptor, nameof(interceptor));
        //构造新的ServiceBinder
        var binder = new InterceptingServiceBinder(interceptor);
        //将拦截器绑定到每个方法上
        serverServiceDefinition.BindService(binder);
        //生成并返回新的service
        return binder.GetInterceptedServerServiceDefinition();
    }

    //添加一组拦截器
    public static ServerServiceDefinition Intercept(this ServerServiceDefinition serverServiceDefinition, params Interceptor[] interceptors)
    {
        GrpcPreconditions.CheckNotNull(serverServiceDefinition, nameof(serverServiceDefinition));
        GrpcPreconditions.CheckNotNull(interceptors, nameof(interceptors));

        foreach (var interceptor in interceptors.Reverse())
        {    
            serverServiceDefinition = Intercept(serverServiceDefinition, interceptor);
        }

        return serverServiceDefinition;
    }

    //只保留了一元调用的代码
    private class InterceptingServiceBinder : ServiceBinderBase
    {
        //创建一个空的Builder
        readonly ServerServiceDefinition.Builder builder = ServerServiceDefinition.CreateBuilder();
        //当前拦截器
        readonly Interceptor interceptor;

        public InterceptingServiceBinder(Interceptor interceptor)
        {
            this.interceptor = GrpcPreconditions.CheckNotNull(interceptor, nameof(interceptor));
        }
        //构造新的Builder
        internal ServerServiceDefinition GetInterceptedServerServiceDefinition()
        {
            return builder.Build();
        }
        //添加一元调用的方法，而这个就是你自定义的拦截器
        public override void AddMethod<TRequest, TResponse>(
            Method<TRequest, TResponse> method,
            UnaryServerMethod<TRequest, TResponse> handler)
        {
            builder.AddMethod(method, (request, context) => interceptor.UnaryServerHandler(request, context, handler));
        }
        //这里省略了一部分代码。。。
    }
}

其实到这里，咱们再串联上个小部分的代码，应该就能看出一些端倪，上述代码总结：

这里链式添加或者单次添加一组，它和客户端拦截器调用顺序其实是一致的。
我们结合目前上面Server端的所有代码，可以大概看出，当我们不添加任何拦截器时，ServerServiceDefinition对象里面的方法集合列表仅仅包含用户定义的方法委托集合。然而当我们添加拦截器时，它代码的执行顺序则是，构建InterceptingServiceBinder->调用BindService方法，原来的委托集合开始执行，构造新的委托，而调用的AddMethod则是InterceptingServiceBinder对象里面的AddMethod,handler则是我们写的拦截器里面的continuation，用于传递。
最终我们就会得到一个ServerServiceDefinition对象。当然，上述我们只看到了构造对象，而这个对象在哪里调用的呢？我们继续往下看。

DefaultServiceBinder类

internal static class ServerServiceDefinitionExtensions
{
    //在写服务端的时候，我们需要绑定服务，而在绑定服务的时候需要先调用静态BindService方法(可以在proto生成的代码中看到这个方法)，然后添加Services时，内部会调用GetCallHandlers方法。
    internal static ReadOnlyDictionary<string, IServerCallHandler> GetCallHandlers(this ServerServiceDefinition serviceDefinition)
    {    
        //构建默认的ServiceBinder，里面其实是执行构造的最终handler
        var binder = new DefaultServiceBinder();
        //调用BindService方法，将执行集合委托
        serviceDefinition.BindService(binder);
        //返回集合列表
        return binder.GetCallHandlers();
    }

    private class DefaultServiceBinder : ServiceBinderBase
    {
        readonly Dictionary<string, IServerCallHandler> callHandlers = new Dictionary<string, IServerCallHandler>();

        internal ReadOnlyDictionary<string, IServerCallHandler> GetCallHandlers()
        {
            return new ReadOnlyDictionary<string, IServerCallHandler>(this.callHandlers);
        }

        public override void AddMethod<TRequest, TResponse>(
            Method<TRequest, TResponse> method,
            UnaryServerMethod<TRequest, TResponse> handler)
        {
            //每个方法名称对应的一个handler
            callHandlers.Add(method.FullName, ServerCalls.UnaryCall(method, handler));
        }
    }
}

上述代码总结:

在构造出ServerServiceDefinition对象时，用户再将对象绑定到grpc的Servers时，开始执行GetCallHandlers方法，把它又重新构建一遍。
grpc默认的会构造一个集合，key是方法全名，value则是IServerCallHandler，实际上每次请求进来会检索方法名，然后执行IServerCallHandler内部的HandleCall方法(这个是在源码里面可以看到😜)。
ServerCalls.UnaryCall想了解的可以看下源码，实质上内部就是执行handler，而这个handler就是用户构建的最终ServerServiceDefinition。

Server总结

通过上面我们可以看出，其大致思路可Client端实现很相像，只不过最终返回的是ServerServiceDefinition对象，而这个对象从刚开始默认handler(用户重写的Server端方法)，到添加拦截器时在上面的封装，而这个拦截器又通过InterceptingServiceBinder类将其添加进去，它们都继承了ServiceBinderBase，通过构造最终的Builder对象来返回最终的ServerServiceDefinition。
最终的ServerServiceDefinition在我们写的服务端Demo中可以看到，它被添加到Servers中，而在这时候调用GetCallHandlers生成最终的以方法名为key，handler为value的集合。
当有请求进来时，我们只需要根据方法名找到对应的handler，然后把参数传递进去，再执行handler就可以把拦截器和自己定义的方法全部走一遍，这些有兴趣的可以参考下源码。

总结

关于Grpc的拦截器，相信你看完之后会有一定的收获，这里我再额外说一些其他的关于阅读Grpc源码时的小tips：

默认情况下，服务启动时，只有4个后台线程去消费请求(和计算机的CPU数量有关)，但是请求的执行默认是通过添加线程池任务来执行的，当然也可以设置不通过线程池执行，直接执行时要注意防止阻塞。
默认情况下，Grpc支持同一时间同时处理8000个请求(也和计算机的CPU数量有关)，如果有更多的请求应该就被阻塞了。这个数量是可以开发人员去调节的。

以上就是笔者对Grpc拦截器的理解，本篇文章也主要是希望给读者提供源码阅读思路，可能会有偏差，还请评论指正😂。

Tags: c#

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