吨微服务之间的通信方法对微服务架构内的各种软件质量因素有重大影响（有关微服务网络内通信的关键作用的更多信息）。沟通方式会影响软件的性能和效率等功能性需求，以及可变性、可扩展性和可维护性等非功能性需求。因此，有必要考虑不同方法的所有优缺点，以便在具体用例中合理选择正确的沟通方式。

本文比较了以下样式：REST、gRPC和使用消息代理 ( RabbitMQ ) 的异步通信，在微服务网络中了解它们对软件的性能影响。沟通方式的一些最重要的属性（反过来会影响整体表现）是：

数据传输格式

虽然使用AMQP 协议（​高级消息队列协议）的异步通信 和 gRPC 通信使用二进制协议进行数据传输，但 REST-API 通常以文本格式传输数据。与基于文本的协议相比，二进制协议的效率要高得多 [1,2]。因此，使用 gRPC 和 AMQP 进行通信会导致较低的网络负载，而使用 REST API 时可以预期更高的网络负载。

连接处理

REST-API 通常建立在 HTTP/1.1 协议之上，而 gRPC 依赖于 HTTP/2 协议的使用。HTTP/1.1、HTTP/2 以及 AMQP 都在传输层使用 TCP 来确保稳定的连接。要建立这样的连接，需要在客户端和服务器之间进行详细的通信。这些性能影响同样适用于所有沟通方式。但是，对于 AMQP 或 HTTP/2 连接，通信连接的初始建立只需执行一次，因为这两种协议的请求都可以多路复用。这意味着可以将现有连接重用于使用异步或 gRPC 通信的后续请求。另一方面，使用 HTTP/1.1 的 REST-API 为与远程服务器的每个请求建立新连接。

建立 TCP 连接的必要通信

消息序列化

通常，在通过网络传输消息之前，使用 JSON 执行 REST 和异步通信以进行消息序列化。另一方面，gRPC 默认以协议缓冲区格式传输数据。协议缓冲区通过允许使用更高级的序列化和反序列化方法来编码和使用消息内容 [1] 来提高通信速度。然而，选择正确的消息序列化格式取决于工程师。关于性能，protocol buffers 有很多优势，但是当必须调试微服务之间的通信时，依靠人类可读的 JSON 格式可能是更好的选择。

缓存

有效的缓存策略可以显着减少服务器的负载和必要的计算资源。由于其架构，REST-API 是唯一允许有效缓存的通信方式。REST-API 响应可以被其他服务器和缓存代理（如 Varnish）缓存和复制。这减少了 REST 服务的负载并允许处理大量的 HTTP 流量 [1]。但是，这只有在基础架构上部署更多服务（缓存代理）或使用第三方集成后才有可能。gRPC 官方文档和RabbitMQ文档都没有介绍任何形式的缓存。

负载均衡

除了临时存储响应之外，还有其他技术可以提高服务速度。负载均衡器（例如mod_proxy）可以高效透明的方式在服务之间分配 HTTP 流量 [1]。这可以实现使用 REST API 的服务的水平扩展。Kubernetes 作为容器编排解决方案，无需任何调整即可对 HTTP/1.1 流量进行负载均衡。另一方面，对于 gRPC，另一个服务（linkerd) 需要在网络上提供 [3]。异步通信无需进一步的帮助即可支持负载平衡。消息代理本身扮演负载均衡器的角色，因为它能够将请求分发到同一服务的多个实例。消息代理为此目的进行了优化，并且它们的设计已经考虑到它们必须具有特别可扩展性的事实[1]。

实验

为了能够评估各个通信方法对软件质量特性的影响，开发了四个微服务来模拟电子商务平台的订单场景。

实验过程中的交流

微服务部署在由三个不同服务器组成的自托管 Kubernetes 集群上。服务器通过千兆 (1000 Mbit/s) 网络连接，位于同一数据中心，服务器之间的平均延迟为 0.15 毫秒。每次实验运行时，各个服务都部署在相同的服务器上。这种行为是通过 pod 亲和性来实现的。

所有微服务都是用 GO 编程语言实现的。个别服务的实际业务逻辑，例如与数据库的通信，为了不被选择的通信方法之外的其他影响，故意不实现。因此，收集的结果不能代表这种类型的微服务架构，但可以使实验中的通信方法具有可比性。相反，业务逻辑的实现是通过将程序流程延迟 100 毫秒来模拟的。因此，在通信中，总延迟为 400 毫秒。

开源软件k6用于实现负载测试。

执行

Golang 标准库中包含的 net/http 模块用于提供 REST 接口。使用标准库中也包含的 encoding/json 模块对请求进行序列化和反序列化。所有请求都使用 HTTP POST 方法。

“谈话很便宜。给我看看密码。” - 莱纳斯·托瓦兹

Golang REST-Server 实现

RabbitMQ 消息代理用于异步通信，部署在同一个 Kubernetes 集群上。消息代理和各个微服务之间的通信使用github.com/spreadway/amqp库进行。该库是 GO 编程语言官方文档推荐的。

Golang AMQP 服务器实现

gRPC 客户端和服务器使用 gRPC 文档推荐的google.golang.org/grpc库。数据的序列化是使用协议缓冲区完成的。

Golang gRPC 服务器实现

收集数据

检查成功和失败的订单处理的数量，以确认它们所经过的时间。如果直到确认的持续时间超过 900 毫秒，则订单流程被解释为失败。选择此持续时间是因为在实验中可能会出现无限长的等待时间，尤其是在使用异步通信时。每次试验都会报告失败和成功订单的数量。

每种架构总共进行了 12 次不同的测量，每种情况下同时请求的数量不同，传输的数据量也不同。首先，在低负载下测试每种通信方式，然后在中等负载下，最后在高负载下测试。低负载模拟 10 个，中等负载模拟 100 个，高负载模拟 300 个同时向系统发出的请求。在这六次测试运行之后，要传输的数据量会增加，以了解各个接口的序列化方法的效率。数据量的增加是通过订购多个产品来实现的。

结果

gRPC API 架构是实验中研究的性能最佳的通信方法。在低负载下，它可以接受的订单数量是使用 REST 接口的系统的 3.41 倍。此外，平均响应时间比 REST-API 低 9.71 毫秒，比 AMQP-API 低 9.37 毫秒。

1个同时请求，低带宽使用。x：通信方法（请求数），y：持续时间（以毫秒为单位）

1个同时请求，高带宽使用。x：通信方法（请求数），y：持续时间（以毫秒为单位）

总体而言，这种趋势在更多并发请求的实验中继续存在。对于 100 个并发请求，使用 gRPC-API 架构可以处理的订单数量是 REST-API 的 3.7 倍。与 AMQP 的差异要小得多。GRPC 的处理能力比 AMQP 多 8.06%（1170 个订单）。虽然 gRPC 可以在 418.99 毫秒内处理 95% 的请求，但 AMQP 只能在 557.39 毫秒内完成，而 REST 在 1425.13 毫秒内完成。

100 个并发请求，低带宽使用。x：通信方法（请求数），y：持续时间（以毫秒为单位）

100 个并发请求，高带宽使用。x：通信方法（请求数），y：持续时间（以毫秒为单位）

在高负载下的第三次运行中，使用 gRPC API 的微服务架构可以成功确认 43122 个订单。这是使用 REST-API 的相同架构的 4.8 倍，是使用异步通信的架构的 2.02 倍。

300 个并发请求，低带宽使用。x：通信方法（请求数），y：持续时间（以毫秒为单位）

300 个并发请求，高带宽使用。x：通信方法（请求数），y：持续时间（以毫秒为单位）

从 JSON 格式的客户端请求大小与协议缓冲区格式的大小对比来看，对于单个产品，使用 gRPC 传输的数据量与 REST 相比减少了 34.202%。这种差异可以通过优化的协议缓冲区序列化来证明，它提供了比 JSON 更有效的编码。

结论

gRPC 被证明是最有效的 API 架构，其次是带有消息代理的 AMQP。gRPC 提供了一种比带有协议缓冲区的 JSON 更有效的序列化方法。总体而言，与 REST 相比，可以多处理 3.4-4.03 个订单。特别是在有许多并发连接的情况下，gRPC 可以提供优于 REST-API 的优势，因为 TCP 连接可以被重用。与异步通信 1.0–2.2 相比，可以处理更多的订单。通过实验显现的 gRPC 的另一个优点是 gRPC 提供了可预测的性能，而响应时间没有大的异常值。在实验过程中，AMQP，尤其是 REST，在平均响应时间和 95% 分位数之间显示出很大的差异。该实验检查了每种通信方式如何在可变数量的并发请求和传输数据下执行，但这项研究只能近似现实的复杂性。负载均衡器和缓存代理等支持技术可能会产生重大影响，尤其是在使用 REST API 时。必须在考虑实验设置的情况下评估该实验的结果。

不能说 gRPC 允许在微服务网络中进行最有效的通信。