gRPCとは

🚀 gRPCとは

gRPCは、Googleが開発した高性能なRPC（Remote Procedure Call）フレームワークです。Protocol Buffersを使用して、効率的な通信を実現します。

🎯 なぜgRPCが必要なのか

❌ RESTful APIの課題

❌ 問題のある実装:

// RESTful API: JSON形式で通信
// リクエスト
POST /api/users
Content-Type: application/json

{
  "name": "Alice",
  "email": "alice@example.com",
  "age": 25
}

// レスポンス
{
  "id": 1,
  "name": "Alice",
  "email": "alice@example.com",
  "age": 25
}

// 問題点:
// - テキスト形式のため、サイズが大きい
// - 型安全性がない
// - パフォーマンスが限定的

⚠️ 影響:

• 📈 通信量の増加
• ⚠️ パフォーマンスの低下
• ❌ 型安全性の欠如

✅ gRPCによる解決

✅ 改善された実装:

// Protocol Buffers: バイナリ形式で通信
syntax = "proto3";

service UserService {
  rpc GetUser(GetUserRequest) returns (User);
  rpc CreateUser(CreateUserRequest) returns (User);
}

message GetUserRequest {
  int32 id = 1;
}

message CreateUserRequest {
  string name = 1;
  string email = 2;
  int32 age = 3;
}

message User {
  int32 id = 1;
  string name = 2;
  string email = 3;
  int32 age = 4;
}

✅ メリット:

• 📦 バイナリ形式のため、サイズが小さい
• ✅ 型安全性が保証される
• ⚡ 高いパフォーマンス
• 🔄 ストリーミング対応

🎯 gRPCの特徴

📦 1. Protocol Buffers

📋 定義: 構造化データをシリアライズするための言語非依存のフォーマットです。

✅ メリット:

• 📦 サイズ: JSONより約3-10倍小さい
• ⚡ 速度: シリアライズ/デシリアライズが高速
• ✅ 型安全性: スキーマにより型が保証される
• 🔄 後方互換性: スキーマの進化に対応

🌐 2. HTTP/2ベース

📋 特徴:

• 🔄 マルチプレクシング（複数のリクエストを並列処理）
• 📤 サーバープッシュ
• 📦 ヘッダー圧縮
• 🔄 ストリーミング

⚡ なぜgRPCは速いのか（仕組みまで）

gRPCの速さは「通信プロトコル」と「データ表現」の両方で発生します。

1. バイナリシリアライズ（Protocol Buffers）

• JSONは「文字列」であり、サイズもパースコストも大きい
• Protocol Buffersは「数値タグ＋バイナリ」で構造を表現する
• 送受信サイズが小さく、シリアライズ/デシリアライズが高速

2. HTTP/2の多重化（マルチプレクシング）

• HTTP/1.1は同一コネクション内でリクエストが詰まりやすい
• HTTP/2は1本のTCP上で複数ストリームを同時処理できる
• 待ち時間が減り、スループットが上がる

3. ヘッダー圧縮（HPACK）

• RESTはヘッダーが毎回冗長になりやすい
• HTTP/2はヘッダーを圧縮し、繰り返しを省く
• 小さなリクエストほど効果が大きい

4. 接続回数の削減

• gRPCは長時間の接続を前提に設計されている
• ハンドシェイク回数が減り、往復遅延が縮む

5. 双方向ストリーミング

• リクエスト/レスポンスの分離ではなく、ストリームで連続送信できる
• 大量データやリアルタイム通信でオーバーヘッドが減る

🔄 3. 4つの通信パターン

1. Unary RPC（単一リクエスト・単一レスポンス）:

rpc GetUser(GetUserRequest) returns (User);

2. Server Streaming（単一リクエスト・複数レスポンス）:

rpc ListUsers(ListUsersRequest) returns (stream User);

3. Client Streaming（複数リクエスト・単一レスポンス）:

rpc CreateUsers(stream CreateUserRequest) returns (CreateUsersResponse);

4. Bidirectional Streaming（複数リクエスト・複数レスポンス）:

rpc Chat(stream ChatMessage) returns (stream ChatMessage);

gRPCの実装例

Node.jsでの実装

プロトファイル:

user.proto

syntax = "proto3";

package user;

service UserService {
  rpc GetUser(GetUserRequest) returns (User);
  rpc CreateUser(CreateUserRequest) returns (User);
  rpc ListUsers(ListUsersRequest) returns (stream User);
}

message GetUserRequest {
  int32 id = 1;
}

message CreateUserRequest {
  string name = 1;
  string email = 2;
  int32 age = 3;
}

message ListUsersRequest {
  int32 page = 1;
  int32 page_size = 2;
}

message User {
  int32 id = 1;
  string name = 2;
  string email = 3;
  int32 age = 4;
}

サーバー実装:

import * as grpc from '@grpc/grpc-js';
import * as protoLoader from '@grpc/proto-loader';
import path from 'path';

const PROTO_PATH = path.join(__dirname, '../proto/user.proto');

const packageDefinition = protoLoader.loadSync(PROTO_PATH, {
  keepCase: true,
  longs: String,
  enums: String,
  defaults: true,
  oneofs: true,
});

const userProto = grpc.loadPackageDefinition(packageDefinition).user as any;

// サーバーの実装
const server = new grpc.Server();

server.addService(userProto.UserService.service, {
  GetUser: (call: any, callback: any) => {
    const userId = call.request.id;
    const user = getUserById(userId);

    if (!user) {
      callback({
        code: grpc.status.NOT_FOUND,
        message: `User ${userId} not found`,
      });
      return;
    }

    callback(null, user);
  },

  CreateUser: (call: any, callback: any) => {
    const { name, email, age } = call.request;
    const user = createUser({ name, email, age });
    callback(null, user);
  },

  ListUsers: (call: any) => {
    const { page, page_size } = call.request;
    const users = getUsers(page, page_size);

    users.forEach((user: any) => {
      call.write(user);
    });

    call.end();
  },
});

server.bindAsync(
  '0.0.0.0:50051',
  grpc.ServerCredentials.createInsecure(),
  (error, port) => {
    if (error) {
      console.error('Server failed to start:', error);
      return;
    }
    server.start();
    console.log(`Server running on port ${port}`);
  }
);

クライアント実装:

import * as grpc from '@grpc/grpc-js';
import * as protoLoader from '@grpc/proto-loader';
import path from 'path';

const PROTO_PATH = path.join(__dirname, '../proto/user.proto');

const packageDefinition = protoLoader.loadSync(PROTO_PATH, {
  keepCase: true,
  longs: String,
  enums: String,
  defaults: true,
  oneofs: true,
});

const userProto = grpc.loadPackageDefinition(packageDefinition).user as any;

const client = new userProto.UserService(
  'localhost:50051',
  grpc.credentials.createInsecure()
);

// Unary RPC
client.GetUser({ id: 1 }, (error: any, user: any) => {
  if (error) {
    console.error('Error:', error);
    return;
  }
  console.log('User:', user);
});

// Server Streaming
const stream = client.ListUsers({ page: 1, page_size: 10 });
stream.on('data', (user: any) => {
  console.log('User:', user);
});
stream.on('end', () => {
  console.log('Stream ended');
});
stream.on('error', (error: any) => {
  console.error('Stream error:', error);
});

⚖️ gRPC vs RESTful API

📊 比較表

項目	gRPC	RESTful API
通信形式	Protocol Buffers（バイナリ）	JSON（テキスト）
パフォーマンス	高い	中程度
型安全性	高い	低い
ストリーミング	対応	限定的（SSE、WebSocket）
ブラウザサポート	限定的（gRPC-Web）	完全
学習コスト	高い	低い

🎯 使い分け

✅ gRPCを使うべき場合:

• 🔄 マイクロサービス間の通信
• ⚡ 高いパフォーマンスが必要
• ✅ 型安全性が重要
• 🔄 ストリーミングが必要

✅ RESTful APIを使うべき場合:

• 🌐 ブラウザからのアクセス
• 📝 シンプルなAPI
• 🌍 広くサポートされている形式が必要

🎯 まとめ

gRPCのポイント：

• 📦 Protocol Buffers: 効率的なシリアライゼーション
• 🌐 HTTP/2: マルチプレクシングとストリーミング
• 🔄 4つの通信パターン: Unary、Server Streaming、Client Streaming、Bidirectional Streaming
• ⚡ 高いパフォーマンス: バイナリ形式により高速
• ✅ 型安全性: スキーマにより型が保証される

適切にgRPCを使用することで、高性能なAPIを構築できます。