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gRPC客户端的那些事儿

九月 17, 2021
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本文永久链接 – https://tonybai.com/2021/09/17/those-things-about-grpc-client

在云原生与微服务主导架构模式的时代，内部服务间交互所采用的通信协议选型无非就是两类：HTTP API(RESTful API)和RPC。在如今的硬件配置与网络条件下，现代RPC实现的性能一般都是好于HTTP API的。我们以json over http与gRPC(insecure)作比较，分别使用ghz和hey压测gRPC和json over http的实现，gRPC的性能（Requests/sec: 59924.34）要比http api性能(Requests/sec: 49969.9234)高出20%。实测gPRC使用的protobuf的编解码性能更是最快的json编解码的2-3倍，是Go标准库json包编解码性能的10倍以上(具体数据见本文附录)。

对于性能敏感并且内部通信协议较少变动的系统来说，内部服务使用RPC可能是多数人的选择。而gRPC虽然不是性能最好的RPC实现，但作为有谷歌大厂背书且是CNCF唯一的RPC项目，gRPC自然得到了开发人员最广泛的关注与使用。

本文也来说说gRPC，不过我们更多关注一下gRPC的客户端，我们来看看使用gRPC客户端时都会考虑的那些事情（本文所有代码基于gRPC v1.40.0版本，Go 1.17版本)。

1. 默认的gRPC的客户端

gRPC支持四种通信模式，它们是（以下四张图截自《gRPC: Up and Running》一书）：

简单RPC(Simple RPC)：最简单的，也是最常用的gRPC通信模式，简单来说就是一请求一应答

服务端流RPC(Server-streaming RPC)：一请求，多应答

客户端流RPC(Client-streaming RPC)：多请求，一应答

双向流RPC(Bidirectional-Streaming RPC)：多请求，多应答

我们以最常用的Simple RPC(也称Unary RPC)为例来看一下如何实现一个gRPC版的helloworld。

我们无需自己从头来编写helloworld.proto并生成相应的gRPC代码，gRPC官方提供了一个helloworld的例子，我们仅需对其略微改造一下即可。

helloworld例子的IDL文件helloworld.proto如下：

// https://github.com/grpc/grpc-go/tree/master/examples/helloworld/helloworld/helloworld.proto

syntax = "proto3";

option go_package = "google.golang.org/grpc/examples/helloworld/helloworld";
option java_multiple_files = true;
option java_package = "io.grpc.examples.helloworld";
option java_outer_classname = "HelloWorldProto";

package helloworld;

// The greeting service definition.
service Greeter {
  // Sends a greeting
  rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}

// The request message containing the user's name.
message HelloRequest {
  string name = 1;
}

// The response message containing the greetings
message HelloReply {
  string message = 1;
}

对.proto文件的规范讲解大家可以参考grpc官方文档，这里不赘述。显然上面这个IDL是极致简单的。这里定义了一个service：Greeter，它仅包含一个方法SayHello，并且这个方法的参数与返回值都是一个仅包含一个string字段的结构体。

我们无需手工执行protoc命令来基于该.proto文件生成对应的Greeter service的实现以及HelloRequest、HelloReply的protobuf编解码实现，因为gRPC在example下已经放置了生成后的Go源文件，我们直接引用即可。这里要注意，最新的grpc-go项目仓库采用了多module的管理模式，examples作为一个独立的go module而存在，因此我们需要将其单独作为一个module导入到其使用者的项目中。以gRPC客户端greeter_client为例，它的go.mod要这样来写：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo1/greeter_client/go.mod
module github.com/bigwhite/grpc-client/demo1

go 1.17

require (
    google.golang.org/grpc v1.40.0
    google.golang.org/grpc/examples v1.40.0
)

require (
    github.com/golang/protobuf v1.4.3 // indirect
    golang.org/x/net v0.0.0-20201021035429-f5854403a974 // indirect
    golang.org/x/sys v0.0.0-20200930185726-fdedc70b468f // indirect
    golang.org/x/text v0.3.3 // indirect
    google.golang.org/genproto v0.0.0-20200806141610-86f49bd18e98 // indirect
    google.golang.org/protobuf v1.25.0 // indirect
)

replace google.golang.org/grpc v1.40.0 => /Users/tonybai/Go/src/github.com/grpc/grpc-go

replace google.golang.org/grpc/examples v1.40.0 => /Users/tonybai/Go/src/github.com/grpc/grpc-go/examples

注：grpc-go项目的标签(tag)似乎打的有问题，由于没有打grpc/examples/v1.40.0标签，go命令在grpc-go的v1.40.0标签中找不到examples，因此上面的go.mod中使用了一个replace trick(example module的v1.40.0版本是假的哦)，将examples module指向本地的代码。

gRPC通信的两端我们也稍作改造。原greeter_client仅发送一个请求便退出，这里我们将其改为每隔2s发送请求（便于后续观察），如下面代码所示：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo1/greeter_client/main.go
... ...
func main() {
    // Set up a connection to the server.
    ctx, cf1 := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second*3)
    defer cf1()
    conn, err := grpc.DialContext(ctx, address, grpc.WithInsecure(), grpc.WithBlock())
    if err != nil {
        log.Fatalf("did not connect: %v", err)
    }
    defer conn.Close()
    c := pb.NewGreeterClient(conn)

    // Contact the server and print out its response.
    name := defaultName
    if len(os.Args) > 1 {
        name = os.Args[1]
    }

    for i := 0; ; i++ {
        ctx, _ := context.WithTimeout(context.Background(), time.Second)
        r, err := c.SayHello(ctx, &pb.HelloRequest{Name: fmt.Sprintf("%s-%d", name, i+1)})
        if err != nil {
            log.Fatalf("could not greet: %v", err)
        }
        log.Printf("Greeting: %s", r.GetMessage())
        time.Sleep(2 * time.Second)
    }
}

greeter_server加了一个命令行选项-port并支持gRPC server的优雅退出：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo1/greeter_server/main.go
... ...

var port int

func init() {
    flag.IntVar(&port, "port", 50051, "listen port")
}

func main() {
    flag.Parse()
    lis, err := net.Listen("tcp", fmt.Sprintf("localhost:%d", port))
    if err != nil {
        log.Fatalf("failed to listen: %v", err)
    }
    s := grpc.NewServer()
    pb.RegisterGreeterServer(s, &server{})

    go func() {
        if err := s.Serve(lis); err != nil {
            log.Fatalf("failed to serve: %v", err)
        }
    }()

    var c = make(chan os.Signal)
    signal.Notify(c, os.Interrupt, os.Kill)
    <-c
    s.Stop()
    fmt.Println("exit")
}

搞定go.mod以及对client和server进行改造ok后，我们就可以来构建和运行greeter_client和greeter_server了：

编译和启动server：

$cd grpc-client/demo1/greeter_server
$make
$./demo1-server -port 50051
2021/09/11 12:10:33 Received: world-1
2021/09/11 12:10:35 Received: world-2
2021/09/11 12:10:37 Received: world-3
... ...

编译和启动client：
$cd grpc-client/demo1/greeter_client
$make
$./demo1-client
2021/09/11 12:10:33 Greeting: Hello world-1
2021/09/11 12:10:35 Greeting: Hello world-2
2021/09/11 12:10:37 Greeting: Hello world-3
... ...

我们看到：greeter_client和greeter_server启动后可以正常的通信！我们重点看一下greeter_client。

greeter_client在Dial服务端时传给DialContext的target参数是一个静态的服务地址：

const (
      address     = "localhost:50051"
)

这个形式的target经过google.golang.org/grpc/internal/grpcutil.ParseTarget的解析后返回一个值为nil的resolver.Target。于是gRPC采用默认的scheme：”passthrough”(github.com/grpc/grpc-go/resolver/resolver.go)，默认的”passthrough” scheme下，gRPC将使用内置的passthrough resolver(google.golang.org/grpc/internal/resolver/passthrough)。默认的这个passthrough resolver是如何设置要连接的service地址的呢？下面是passthrough resolver的代码摘录：

// github.com/grpc/grpc-go/internal/resolver/passthrough/passthrough.go

func (r *passthroughResolver) start() {
    r.cc.UpdateState(resolver.State{Addresses: []resolver.Address{{Addr: r.target.Endpoint}}})
}

我们看到它将target.Endpoint，即localhost:50051直接传给了ClientConnection(上面代码的r.cc)，后者将向这个地址建立tcp连接。这正应了该resolver的名字：passthrough。

上面greeter_client连接的仅仅是service的一个实例(instance)，如果我们同时启动了该service的三个实例，比如使用goreman通过加载脚本文件来启动多个service实例：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo1/greeter_server/Procfile

# Use goreman to run `go get github.com/mattn/goreman`
demo1-server1: ./demo1-server -port 50051
demo1-server2: ./demo1-server -port 50052
demo1-server3: ./demo1-server -port 50053

同时启动多实例：

$goreman start
15:22:12 demo1-server3 | Starting demo1-server3 on port 5200
15:22:12 demo1-server2 | Starting demo1-server2 on port 5100
15:22:12 demo1-server1 | Starting demo1-server1 on port 5000

那么我们应该如何告诉greeter_client去连接这三个实例呢？是否可以将address改为下面这样就可以了呢：

const (
    address     = "localhost:50051,localhost:50052,localhost:50053"
    defaultName = "world"
)

我们来改改试试，修改后重新编译greeter_client，启动greeter_client，我们看到下面结果：

$./demo1-client
2021/09/11 15:26:32 did not connect: context deadline exceeded

greeter_client连接server超时！也就是说像上面这样简单的传入多个实例的地址是不行的！那问题来了！我们该怎么让greeter_client去连接一个service的多个实例呢？我们继续向下看。

2. 连接一个Service的多个实例(instance)

grpc.Dial/grpc.DialContext的参数target可不仅仅是service实例的服务地址这么简单，它的实参(argument)形式决定了gRPC client将采用哪一个resolver来确定service实例的地址集合。

下面我们以一个返回service实例地址静态集合(即service的实例数量固定且服务地址固定)的StaticResolver为例，来看如何让gRPC client连接一个Service的多个实例。

1) StaticResolver

我们首先来设计一下传给grpc.DialContext的target形式。关于gRPC naming resolution，gRPC有专门文档说明。在这里，我们也创建一个新的scheme：static，多个service instance的服务地址通过逗号分隔的字符串传入，如下面代码：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo2/greeter_client/main.go

const (
      address = "static:///localhost:50051,localhost:50052,localhost:50053"
)

当address被作为target的实参传入grpc.DialContext后，它会被grpcutil.ParseTarget解析为一个resolver.Target结构体，该结构体包含三个字段：

// github.com/grpc/grpc-go/resolver/resolver.go
type Target struct {
    Scheme    string
    Authority string
    Endpoint  string
}

其中Scheme为”static”，Authority为空，Endpoint为”localhost:50051,localhost:50052,localhost:50053″。

接下来，gRPC会根据Target.Scheme的值到resolver包中的builder map中查找是否有对应的Resolver Builder实例。到目前为止gRPC内置的的resolver Builder都无法匹配该Scheme值。是时候自定义一个StaticResolver的Builder了！

grpc的resolve包定义了一个Builder实例需要实现的接口：

// github.com/grpc/grpc-go/resolver/resolver.go 

// Builder creates a resolver that will be used to watch name resolution updates.
type Builder interface {
    // Build creates a new resolver for the given target.
    //
    // gRPC dial calls Build synchronously, and fails if the returned error is
    // not nil.
    Build(target Target, cc ClientConn, opts BuildOptions) (Resolver, error)
    // Scheme returns the scheme supported by this resolver.
    // Scheme is defined at https://github.com/grpc/grpc/blob/master/doc/naming.md.
    Scheme() string
}

Scheme方法返回这个Builder对应的scheme，而Build方法则是真正用于构建Resolver实例的方法，我们来看一下StaticBuilder的实现：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo2/greeter_client/builder.go

func init() {
    resolver.Register(&StaticBuilder{}) //在init函数中将StaticBuilder实例注册到resolver包的Resolver map中
}

type StaticBuilder struct{}

func (sb *StaticBuilder) Build(target resolver.Target, cc resolver.ClientConn,
    opts resolver.BuildOptions) (resolver.Resolver, error) {

    // 解析target.Endpoint (例如：localhost:50051,localhost:50052,localhost:50053)
    endpoints := strings.Split(target.Endpoint, ",")

    r := &StaticResolver{
        endpoints: endpoints,
        cc:        cc,
    }
    r.ResolveNow(resolver.ResolveNowOptions{})
    return r, nil
}

func (sb *StaticBuilder) Scheme() string {
    return "static" // 返回StaticBuilder对应的scheme字符串
}

在这个StaticBuilder实现中，init函数在包初始化是就将一个StaticBuilder实例注册到resolver包的Resolver map中。这样gRPC在Dial时就能通过target中的scheme找到该builder。Build方法是StaticBuilder的关键，在这个方法中，它首先解析传入的target.Endpoint，得到三个service instance的服务地址并存到新创建的StaticResolver实例中，并调用StaticResolver实例的ResolveNow方法确定即将连接的service instance集合。

和Builder一样，grpc的resolver包也定义了每个resolver需要实现的Resolver接口：

// github.com/grpc/grpc-go/resolver/resolver.go 

// Resolver watches for the updates on the specified target.
// Updates include address updates and service config updates.
type Resolver interface {
    // ResolveNow will be called by gRPC to try to resolve the target name
    // again. It's just a hint, resolver can ignore this if it's not necessary.
    //
    // It could be called multiple times concurrently.
    ResolveNow(ResolveNowOptions)
    // Close closes the resolver.
    Close()
}

从这个接口注释我们也能看出，Resolver的实现负责监视(watch)服务测的地址与配置变化，并将变化更新给grpc的ClientConn。我们来看看我们的StaticResolver的实现：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo2/greeter_client/resolver.go

type StaticResolver struct {
    endpoints []string
    cc        resolver.ClientConn
    sync.Mutex
}

func (r *StaticResolver) ResolveNow(opts resolver.ResolveNowOptions) {
    r.Lock()
    r.doResolve()
    r.Unlock()
}

func (r *StaticResolver) Close() {
}

func (r *StaticResolver) doResolve() {
    var addrs []resolver.Address
    for i, addr := range r.endpoints {
        addrs = append(addrs, resolver.Address{
            Addr:       addr,
            ServerName: fmt.Sprintf("instance-%d", i+1),
        })
    }

    newState := resolver.State{
        Addresses: addrs,
    }

    r.cc.UpdateState(newState)
}

注：resolver.Resolver接口的注释要求ResolveNow方法是要支持并发安全的，所以这里我们通过sync.Mutex来实现同步。

由于服务侧的服务地址数量与信息都是不变的，因此这里并没有watch和update的过程，而只是在实现了ResolveNow(并在Builder中的Build方法中调用），在ResolveNow中将service instance的地址集合更新给ClientConnection(r.cc)。

接下来我们来编译与运行一下demo2的client与server：

$cd grpc-client/demo2/greeter_server
$make
$goreman start
22:58:21 demo2-server1 | Starting demo2-server1 on port 5000
22:58:21 demo2-server2 | Starting demo2-server2 on port 5100
22:58:21 demo2-server3 | Starting demo2-server3 on port 5200

$cd grpc-client/demo2/greeter_client
$make
$./demo2-client

执行一段时间后，你会在server端的日志中发现一个问题，如下日志所示：

22:57:16 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:16 Received: world-1
22:57:18 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:18 Received: world-2
22:57:20 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:20 Received: world-3
22:57:22 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:22 Received: world-4
22:57:24 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:24 Received: world-5
22:57:26 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:26 Received: world-6
22:57:28 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:28 Received: world-7
22:57:30 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:30 Received: world-8
22:57:32 demo2-server1 | 2021/09/11 22:57:32 Received: world-9

我们的Service instance集合中明明有三个地址，为何只有server1收到了rpc请求，其他两个server都处于空闲状态呢？这是客户端的负载均衡策略在作祟！默认情况下，grpc会为客户端选择内置的“pick_first”负载均衡策略，即在service instance集合中选择第一个intance进行请求。在这个例子中，在pick_first策略的作用下，grpc总是会选择demo2-server1发起rpc请求。

如果要将请求发到各个server上，我们可以将负载均衡策略改为另外一个内置的策略：round_robin，就像下面代码这样：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo2/greeter_client/main.go

conn, err := grpc.DialContext(ctx, address, grpc.WithInsecure(), grpc.WithBlock(), grpc.WithBalancerName("round_robin"))

重新编译运行greeter_client后，在server测我们就可以看到rpc请求被轮询地发到了每个server instance上了。

2) Resolver原理

我们再来用一幅图来梳理一下Builder以及Resolver的工作原理：

图中的SchemeResolver泛指实现了某一特定scheme的resolver。如图所示，service instance集合resolve过程的步骤大致如下：

1. SchemeBuilder将自身实例注册到resolver包的map中；
1. grpc.Dial/DialContext时使用特定形式的target参数
1. 对target解析后，根据target.Scheme到resolver包的map中查找Scheme对应的Buider；
1. 调用Buider的Build方法
1. Build方法构建出SchemeResolver实例；
1. 后续由SchemeResolver实例监视service instance变更状态并在有变更的时候更新ClientConnection。

3) NacosResolver

在生产环境中，考虑到服务的高可用、可伸缩等，我们很少使用固定地址、固定数量的服务实例集合，更多是通过服务注册和发现机制自动实现服务实例集合的更新。这里我们再来实现一个基于nacos的NacosResolver，实现服务实例变更时grpc Client的自动调整(注：nacos的本地单节点安装方案见文本附录)，让示例具实战意义^_^。

由于有了上面关于Resolver原理的描述，这里简化了一些描述。

首先和StaticResolver一样，我们也来设计一下target的形式。nacos有namespace, group的概念，因此我们将target设计为如下形式：

nacos://[authority]/host:port/namespace/group/serviceName

具体到我们的greeter_client中，其address为：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo3/greeter_client/main.go

const (
      address = "nacos:///localhost:8848/public/group-a/demo3-service" //no authority
)

接下来我们来看NacosBuilder：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo3/greeter_client/builder.go

func (nb *NacosBuilder) Build(target resolver.Target,
    cc resolver.ClientConn,
    opts resolver.BuildOptions) (resolver.Resolver, error) {

    // use info in target to access naming service
    // parse the target.endpoint
    // target.Endpoint - localhost:8848/public/DEFAULT_GROUP/serviceName, the addr of naming service :nacos endpoint
    sl := strings.Split(target.Endpoint, "/")
    nacosAddr := sl[0]
    namespace := sl[1]
    group := sl[2]
    serviceName := sl[3]
    sl1 := strings.Split(nacosAddr, ":")
    host := sl1[0]
    port := sl1[1]
    namingClient, err := initNamingClient(host, port, namespace, group)
    if err != nil {
        return nil, err
    }

    r := &NacosResolver{
        namingClient: namingClient,
        cc:           cc,
        namespace:    namespace,
        group:        group,
        serviceName:  serviceName,
    }

    // initialize the cc's states
    r.ResolveNow(resolver.ResolveNowOptions{})

    // subscribe and watch
    r.watch()
    return r, nil
}

func (nb *NacosBuilder) Scheme() string {
    return "nacos"
}

NacosBuilder的Build方法流程也StaticBuilder并无二致，首先我们也是解析传入的target的Endpoint，即”localhost:8848/public/group-a/demo3-service”，并将解析后的各段信息存入新创建的NacosResolver实例中备用。NacosResolver还需要一个信息，那就是与nacos的连接，这里用initNamingClient创建一个nacos client端实例(调用nacos提供的go sdk)。

接下来我们调用NacosResolver的ResolveNow获取一次nacos上demo3-service的服务实例列表并初始化ClientConn，最后我们调用NacosResolver的watch方法来订阅并监视demo3-service的实例变化。下面是NacosResolver的部分实现：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo3/greeter_client/resolver.go

func (r *NacosResolver) doResolve(opts resolver.ResolveNowOptions) {
    instances, err := r.namingClient.SelectAllInstances(vo.SelectAllInstancesParam{
        ServiceName: r.serviceName,
        GroupName:   r.group,
    })
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }

    if len(instances) == 0 {
        fmt.Printf("service %s has zero instance\n", r.serviceName)
        return
    }

    // update cc.States
    var addrs []resolver.Address
    for i, inst := range instances {
        if (!inst.Enable) || (inst.Weight == 0) {
            continue
        }

        addrs = append(addrs, resolver.Address{
            Addr:       fmt.Sprintf("%s:%d", inst.Ip, inst.Port),
            ServerName: fmt.Sprintf("instance-%d", i+1),
        })
    }

    if len(addrs) == 0 {
        fmt.Printf("service %s has zero valid instance\n", r.serviceName)
    }

    newState := resolver.State{
        Addresses: addrs,
    }

    r.Lock()
    r.cc.UpdateState(newState)
    r.Unlock()
}

func (r *NacosResolver) ResolveNow(opts resolver.ResolveNowOptions) {
    r.doResolve(opts)
}

func (r *NacosResolver) Close() {
    r.namingClient.Unsubscribe(&vo.SubscribeParam{
        ServiceName: r.serviceName,
        GroupName:   r.group,
    })
}

func (r *NacosResolver) watch() {
    r.namingClient.Subscribe(&vo.SubscribeParam{
        ServiceName: r.serviceName,
        GroupName:   r.group,
        SubscribeCallback: func(services []model.SubscribeService, err error) {
            fmt.Printf("subcallback: %#v\n", services)
            r.doResolve(resolver.ResolveNowOptions{})
        },
    })
}

这里的一个重要实现是ResolveNow和watch都调用的doResolve方法，该方法通过nacos-go sdk中的SelectAllInstances获取demo-service3的所有实例，并将得到的enabled(=true)和权重(weight)不为0的合法实例集合更新给ClientConn(r.cc.UpdateState)。

在NacosResolver的watch方法中，我们通过nacos-go sdk中的Subscribe方法订阅demo3-service并提供了一个回调函数。这样每当demo3-service的实例发生变化时，该回调会被调用。在该回调中我们可以基于传回的最新的service实例集合（services []model.SubscribeService）来更新ClientConn，但在这里我们复用了doResolve方法，即又去nacos获取一次demo-service3的实例。

编译运行demo3下greeter_server：

$cd grpc-client/demo3/greeter_server
$make
$goreman start
06:06:02 demo3-server3 | Starting demo3-server3 on port 5200
06:06:02 demo3-server1 | Starting demo3-server1 on port 5000
06:06:02 demo3-server2 | Starting demo3-server2 on port 5100
06:06:02 demo3-server3 | 2021-09-12T06:06:02.913+0800   INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</tmp/nacos/log/50053>   cacheDir:</tmp/nacos/cache/50053>
06:06:02 demo3-server2 | 2021-09-12T06:06:02.913+0800   INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</tmp/nacos/log/50052>   cacheDir:</tmp/nacos/cache/50052>
06:06:02 demo3-server1 | 2021-09-12T06:06:02.913+0800   INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</tmp/nacos/log/50051>   cacheDir:</tmp/nacos/cache/50051>

运行greeter_server后，我们在nacos dashboard上会看到demo-service3的所有实例信息：

编译运行demo3下greeter_client：

$cd grpc-client/demo3/greeter_client
$make
$./demo3-client
2021-09-12T06:08:25.551+0800    INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</Users/tonybai/go/src/github.com/bigwhite/experiments/grpc-client/demo3/greeter_client/log>   cacheDir:</Users/tonybai/go/src/github.com/bigwhite/experiments/grpc-client/demo3/greeter_client/cache>
2021/09/12 06:08:25 Greeting: Hello world-1
2021/09/12 06:08:27 Greeting: Hello world-2
2021/09/12 06:08:29 Greeting: Hello world-3
2021/09/12 06:08:31 Greeting: Hello world-4
2021/09/12 06:08:33 Greeting: Hello world-5
2021/09/12 06:08:35 Greeting: Hello world-6
... ...

由于采用了round robin负载策略，greeter_server侧每个server(权重都为1)都会平等的收到rpc请求：

06:06:36 demo3-server1 | 2021/09/12 06:06:36 Received: world-1
06:06:38 demo3-server3 | 2021/09/12 06:06:38 Received: world-2
06:06:40 demo3-server2 | 2021/09/12 06:06:40 Received: world-3
06:06:42 demo3-server1 | 2021/09/12 06:06:42 Received: world-4
06:06:44 demo3-server3 | 2021/09/12 06:06:44 Received: world-5
06:06:46 demo3-server2 | 2021/09/12 06:06:46 Received: world-6
... ...

这时我们可以通过nacos dashboard调整demo3-service的实例权重或下线某个实例，比如下线service instance-2(端口50052)，之后我们会看到greeter_client回调函数执行，之后greeter_server侧将只有实例1和实例3收到rpc请求。重新上线service instance-2后，一切会恢复正常。

3. 自定义客户端balancer

现实中服务端的实例所部署的主机(虚拟机/容器)算力可能不同，如果所有实例都使用相同权重1，那么肯定是不科学且存在算力浪费。但grpc-go内置的balancer实现有限，不能满足我们需求，我们就需要自定义一个可以满足我们需求的balancer了。

这里我们以自定义一个Weighted Round Robin(wrr) Balancer为例，看看自定义balancer的步骤（我们参考grpc-go中内置round_robin的实现）。

和resolver包相似，balancer也是通过一个Builder(创建模式)来实例化的，并且balancer的Balancer接口与resolver.Balancer差不多：

// github.com/grpc/grpc-go/balancer/balancer.go 

// Builder creates a balancer.
type Builder interface {
    // Build creates a new balancer with the ClientConn.
    Build(cc ClientConn, opts BuildOptions) Balancer
    // Name returns the name of balancers built by this builder.
    // It will be used to pick balancers (for example in service config).
    Name() string
}

通过Builder.Build方法我们构建一个Balancer接口的实现，Balancer接口定义如下：

// github.com/grpc/grpc-go/balancer/balancer.go 

type Balancer interface {
    // UpdateClientConnState is called by gRPC when the state of the ClientConn
    // changes.  If the error returned is ErrBadResolverState, the ClientConn
    // will begin calling ResolveNow on the active name resolver with
    // exponential backoff until a subsequent call to UpdateClientConnState
    // returns a nil error.  Any other errors are currently ignored.
    UpdateClientConnState(ClientConnState) error
    // ResolverError is called by gRPC when the name resolver reports an error.
    ResolverError(error)
    // UpdateSubConnState is called by gRPC when the state of a SubConn
    // changes.
    UpdateSubConnState(SubConn, SubConnState)
    // Close closes the balancer. The balancer is not required to call
    // ClientConn.RemoveSubConn for its existing SubConns.
    Close()
}

可以看到，Balancer要比Resolver要复杂很多。gRPC的核心开发者们也看到了这一点，于是他们提供了一个可简化自定义Balancer创建的包：google.golang.org/grpc/balancer/base。gRPC内置的round_robin Balancer也是基于base包实现的。

base包提供了NewBalancerBuilder可以快速返回一个balancer.Builder的实现：

// github.com/grpc/grpc-go/balancer/base/base.go 

// NewBalancerBuilder returns a base balancer builder configured by the provided config.
func NewBalancerBuilder(name string, pb PickerBuilder, config Config) balancer.Builder {
    return &baseBuilder{
        name:          name,
        pickerBuilder: pb,
        config:        config,
    }
}

我们看到，这个函数接收一个参数：pb，它的类型是PikcerBuilder，这个接口类型则比较简单：

// github.com/grpc/grpc-go/balancer/base/base.go 

// PickerBuilder creates balancer.Picker.
type PickerBuilder interface {
    // Build returns a picker that will be used by gRPC to pick a SubConn.
    Build(info PickerBuildInfo) balancer.Picker
}

我们仅需要提供一个PickerBuilder的实现以及一个balancer.Picker的实现即可，而Picker则是仅有一个方法的接口类型：

// github.com/grpc/grpc-go/balancer/balancer.go 

type Picker interface {
    Pick(info PickInfo) (PickResult, error)
}

嵌套的有些多，我们用下面这幅图来直观看一下balancer的创建和使用流程：

再简述一下大致流程：

首先要注册一个名为”my_weighted_round_robin”的balancer Builder:wrrBuilder，该Builder由base包的NewBalancerBuilder构建；
base包的NewBalancerBuilder函数需要传入一个PickerBuilder实现，于是我们需要自定义一个返回Picker接口实现的PickerBuilder。
grpc.Dial调用时传入一个WithBalancerName(“my_weighted_round_robin”)，grpc通过balancer Name从已注册的balancer builder中选出我们实现的wrrBuilder，并调用wrrBuilder创建Picker：wrrPicker。
在grpc实施rpc调用SayHello时，wrrPicker的Pick方法会被调用，选出一个Connection，并在该connection上发送rpc请求。

由于用到的权重值，我们的resolver实现需要做一些变动，主要是在doResolve方法时将service instance的权重(weight)通过Attribute设置到ClientConnection中：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo4/greeter_client/resolver.go

func (r *NacosResolver) doResolve(opts resolver.ResolveNowOptions) {
    instances, err := r.namingClient.SelectAllInstances(vo.SelectAllInstancesParam{
        ServiceName: r.serviceName,
        GroupName:   r.group,
    })
    if err != nil {
        fmt.Println(err)
        return
    }

    if len(instances) == 0 {
        fmt.Printf("service %s has zero instance\n", r.serviceName)
        return
    }

    // update cc.States
    var addrs []resolver.Address
    for i, inst := range instances {
        if (!inst.Enable) || (inst.Weight == 0) {
            continue
        }

        addr := resolver.Address{
            Addr:       fmt.Sprintf("%s:%d", inst.Ip, inst.Port),
            ServerName: fmt.Sprintf("instance-%d", i+1),
        }
        addr.Attributes = addr.Attributes.WithValues("weight", int(inst.Weight)) //考虑权重并纳入cc的状态中
        addrs = append(addrs, addr)
    }

    if len(addrs) == 0 {
        fmt.Printf("service %s has zero valid instance\n", r.serviceName)
    }

    newState := resolver.State{
        Addresses: addrs,
    }

    r.Lock()
    r.cc.UpdateState(newState)
    r.Unlock()
}

接下来我们重点看看greeter_client中wrrPickerBuilder与wrrPicker的实现：

// https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/demo4/greeter_client/balancer.go

type wrrPickerBuilder struct{}

func (*wrrPickerBuilder) Build(info base.PickerBuildInfo) balancer.Picker {
    if len(info.ReadySCs) == 0 {
        return base.NewErrPicker(balancer.ErrNoSubConnAvailable)
    }

    var scs []balancer.SubConn
    // 提取已经就绪的connection的权重信息，作为Picker实例的输入
    for subConn, addr := range info.ReadySCs {
        weight := addr.Address.Attributes.Value("weight").(int)
        if weight <= 0 {
            weight = 1
        }
        for i := 0; i < weight; i++ {
            scs = append(scs, subConn)
        }
    }

    return &wrrPicker{
        subConns: scs,
        // Start at a random index, as the same RR balancer rebuilds a new
        // picker when SubConn states change, and we don't want to apply excess
        // load to the first server in the list.
        next: rand.Intn(len(scs)),
    }
}

type wrrPicker struct {
    // subConns is the snapshot of the roundrobin balancer when this picker was
    // created. The slice is immutable. Each Get() will do a round robin
    // selection from it and return the selected SubConn.
    subConns []balancer.SubConn

    mu   sync.Mutex
    next int
}

// 选出一个Connection
func (p *wrrPicker) Pick(info balancer.PickInfo) (balancer.PickResult, error) {
    p.mu.Lock()
    sc := p.subConns[p.next]
    p.next = (p.next + 1) % len(p.subConns)
    p.mu.Unlock()
    return balancer.PickResult{SubConn: sc}, nil
}

这是一个简单的Weighted Round Robin实现，加权算法十分简单，如果一个conn的权重为n，那么就在加权结果集中加入n个conn，这样在后续Pick时不需要考虑加权的问题，只需向普通Round Robin那样逐个Pick出来即可。

运行demo4 greeter_server后，我们在nacos将instance-1的权重改为5，我们后续就会看到如下输出：

$goreman start
09:20:18 demo4-server3 | Starting demo4-server3 on port 5200
09:20:18 demo4-server2 | Starting demo4-server2 on port 5100
09:20:18 demo4-server1 | Starting demo4-server1 on port 5000
09:20:18 demo4-server2 | 2021-09-12T09:20:18.633+0800   INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</tmp/nacos/log/50052>   cacheDir:</tmp/nacos/cache/50052>
09:20:18 demo4-server1 | 2021-09-12T09:20:18.633+0800   INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</tmp/nacos/log/50051>   cacheDir:</tmp/nacos/cache/50051>
09:20:18 demo4-server3 | 2021-09-12T09:20:18.633+0800   INFO    nacos_client/nacos_client.go:87 logDir:</tmp/nacos/log/50053>   cacheDir:</tmp/nacos/cache/50053>
09:20:23 demo4-server2 | 2021/09/12 09:20:23 Received: world-1
09:20:25 demo4-server3 | 2021/09/12 09:20:25 Received: world-2
09:20:27 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:27 Received: world-3
09:20:29 demo4-server2 | 2021/09/12 09:20:29 Received: world-4
09:20:31 demo4-server3 | 2021/09/12 09:20:31 Received: world-5
09:20:33 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:33 Received: world-6
09:20:35 demo4-server2 | 2021/09/12 09:20:35 Received: world-7
09:20:37 demo4-server3 | 2021/09/12 09:20:37 Received: world-8
09:20:39 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:39 Received: world-9
09:20:41 demo4-server2 | 2021/09/12 09:20:41 Received: world-10
09:20:43 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:43 Received: world-11
09:20:45 demo4-server2 | 2021/09/12 09:20:45 Received: world-12
09:20:47 demo4-server3 | 2021/09/12 09:20:47 Received: world-13
//这里将权重改为5后
09:20:49 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:49 Received: world-14
09:20:51 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:51 Received: world-15
09:20:53 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:53 Received: world-16
09:20:55 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:55 Received: world-17
09:20:57 demo4-server1 | 2021/09/12 09:20:57 Received: world-18
09:20:59 demo4-server2 | 2021/09/12 09:20:59 Received: world-19
09:21:01 demo4-server3 | 2021/09/12 09:21:01 Received: world-20
09:21:03 demo4-server1 | 2021/09/12 09:21:03 Received: world-21

注意：每次nacos的service instance发生变化后，balancer都会重新build一个新Picker实例，后续会使用新Picker实例在其Connection集合中Pick出一个conn。

4. 小结

在本文中我们了解了gRPC的四种通信模式。我们重点关注了在最常用的simple RPC(unary RPC)模式下gRPC Client侧需要考虑的事情，包括：

如何实现一个helloworld的一对一的通信
如何实现一个自定义的Resolver以实现一个client到一个静态服务实例集合的通信
如何实现一个自定义的Resolver以实现一个client到一个动态服务实例集合的通信
如何自定义客户端Balancer

本文代码仅做示例使用，并未考虑太多异常处理。

本文涉及的所有代码可以从这里下载：https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client

5. 参考资料

gRPC Name Resolution – https://github.com/grpc/grpc/blob/master/doc/naming.md
Load Balancing in gRPC – https://github.com/grpc/grpc/blob/master/doc/load-balancing.md
基于 gRPC的服务发现与负载均衡（基础篇）- https://pandaychen.github.io/2019/07/11/GRPC-SERVICE-DISCOVERY/
比较 gRPC服务和HTTP API – https://docs.microsoft.com/zh-cn/aspnet/core/grpc/comparison

6. 附录

1) json vs. protobuf编解码性能基准测试结果

测试源码位于这里：https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/grpc-vs-httpjson/codec

我们使用了Go标准库json编解码、字节开源的sonic json编解码包以及minio开源的simdjson-go高性能json解析库与protobuf作对比的结果如下：

$go test -bench .
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/bigwhite/codec
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8257U CPU @ 1.40GHz
BenchmarkSimdJsonUnmarshal-8           43304         28177 ns/op      113209 B/op         19 allocs/op
BenchmarkJsonUnmarshal-8              153214          7187 ns/op        1024 B/op          6 allocs/op
BenchmarkJsonMarshal-8                601590          2057 ns/op        2688 B/op          2 allocs/op
BenchmarkSonicJsonUnmarshal-8        1394211           861.1 ns/op      2342 B/op          2 allocs/op
BenchmarkSonicJsonMarshal-8          1592898           765.2 ns/op      2239 B/op          4 allocs/op
BenchmarkProtobufUnmarshal-8         3823441           317.0 ns/op      1208 B/op          3 allocs/op
BenchmarkProtobufMarshal-8           4461583           274.8 ns/op      1152 B/op          1 allocs/op
PASS
ok      github.com/bigwhite/codec   10.901s

benchmark测试结果印证了protobuf的编解码性能要远高于json编解码。但是在benchmark结果中，一个结果让我很意外，那就是号称高性能的simdjson-go的数据难看到离谱。谁知道为什么吗？simd指令没生效？字节开源的sonic的确性能很好，与pb也就2-3倍的差距，没有数量级的差距。

2) gRPC(insecure) vs. json over http

测试源码位于这里：https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/grpc-client/grpc-vs-httpjson/protocol

使用ghz对gRPC实现的server进行压测结果如下：

$ghz --insecure -n 100000 -c 500 --proto publish.proto --call proto.PublishService.Publish -D data.json localhost:10000

Summary:
  Count:    100000
  Total:    1.67 s
  Slowest:    48.49 ms
  Fastest:    0.13 ms
  Average:    6.34 ms
  Requests/sec:    59924.34

Response time histogram:
  0.133  [1]     |
  4.968  [40143] |∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎
  9.803  [47335] |∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎
  14.639 [11306] |∎∎∎∎∎∎∎∎∎∎
  19.474 [510]   |
  24.309 [84]    |
  29.144 [89]    |
  33.980 [29]    |
  38.815 [3]     |
  43.650 [8]     |
  48.485 [492]   |

Latency distribution:
  10 % in 3.07 ms
  25 % in 4.12 ms
  50 % in 5.49 ms
  75 % in 7.94 ms
  90 % in 10.24 ms
  95 % in 11.28 ms
  99 % in 15.52 ms

Status code distribution:
  [OK]   100000 responses

使用hey对使用fasthttp与sonic实现的http server进行压测结果如下：

$hey -n 100000 -c 500  -m POST -D ./data.json http://127.0.0.1:10001/

Summary:
  Total:    2.0012 secs
  Slowest:    0.1028 secs
  Fastest:    0.0001 secs
  Average:    0.0038 secs
  Requests/sec:    49969.9234

Response time histogram:
  0.000 [1]     |
  0.010 [96287] |■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
  0.021 [2639]  |■
  0.031 [261]   |
  0.041 [136]   |
  0.051 [146]   |
  0.062 [128]   |
  0.072 [43]    |
  0.082 [24]    |
  0.093 [10]    |
  0.103 [4]     |

Latency distribution:
  10% in 0.0013 secs
  25% in 0.0020 secs
  50% in 0.0031 secs
  75% in 0.0040 secs
  90% in 0.0062 secs
  95% in 0.0089 secs
  99% in 0.0179 secs

Details (average, fastest, slowest):
  DNS+dialup:    0.0000 secs, 0.0001 secs, 0.1028 secs
  DNS-lookup:    0.0000 secs, 0.0000 secs, 0.0000 secs
  req write:    0.0000 secs, 0.0000 secs, 0.0202 secs
  resp wait:    0.0031 secs, 0.0000 secs, 0.0972 secs
  resp read:    0.0005 secs, 0.0000 secs, 0.0575 secs

Status code distribution:
  [200]    99679 responses

我们看到：gRPC的性能（Requests/sec: 59924.34）要比http api性能(Requests/sec: 49969.9234)高出20%。

3) nacos docker安装

单机容器版nacos安装步骤如下：

$git clone https://github.com/nacos-group/nacos-docker.git
$cd nacos-docker
$docker-compose -f example/standalone-derby.yaml up

nacos相关容器启动成功后，可以打开浏览器访问http://localhost:8848/nacos，打开nacos仪表盘登录页面，输入nacos/nacos即可进入nacos web操作界面。

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以单件方式创建和获取数据库实例

二月 9, 2021
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在屡次的Go用户调查中，使用Go语言进行Web服务/API开发都占据了Go语言用途调查结果的头部位置。下面是知名Go IDE goland的母公司JetBrains最新发布的Go当前状态报告(2021.2.3)中的截图：

img{512x368}

开发Web或API服务，难免会与数据库打交道。如今创建数据库实例并访库的技术已经是很成熟了，于是就有了下面这样的程序结构：

img{512x368}

上面这个图片中，Web服务中的每个要与数据库进行数据交互的包都是自己创建并使用数据库实例，这显然是一种糟糕的设计，它不仅让每个包都耦合外部的第三方数据包，每个包还担负起管理数据库连接的责任，并且在Web服务的整个项目中，还会存在多处获取数据库连接配置、打开关闭数据库等的重复代码。一旦数据库访问代码发生变化，这些包就都得修改一遍。

那么如何优化呢？一个很自然的想法：将创建数据库实例以及对数据库实例的获取封装到一个包中，其他包无需再关心数据库实例的创建与释放，直接获取和使用实例即可，如下面示意图：

img{512x368}

从这段描述来看，这显然是单件(singleton，亦翻译为单例)这个“创建型”模式的应用场景。在这里我们给出一个用Go实现的以单件方式创建和获取数据库实例的demo。

Go语言标准库提供了sync.Once类型，这让Go实现单件模式变得天然简单了。为了模拟上述场景，我们先来描述一下demo项目的结构：

database-singleton
├── Makefile
├── cmd
│   └── main
│       └── main.go
├── conf
│   └── database.conf
├── go.mod
├── go.sum
└── pkg
    ├── config
    │   └── config.go
    ├── db
    │   └── db.go
    ├── model
    │   └── employee.go
    ├── reader
    │   └── reader.go
    └── updater
        └── updater.go

在database-singleton这个repo中：

pkg/db就是我们将数据库实例的创建和获取封装到单件中的实现；
pkg/reader和pkg/updater则模拟了两个通过单件获取数据库实例并分别读取和更新数据库的包；
pkg/config是数据库连接配置的读取包。关于go程序的配置读取方案的一些方案，可以参考我的《写Go代码时遇到的那些问题[第1期]》一文。

我们从cmd/main/main.go中，可以看到整个程序的运行结构：

// github.com/bigwhite/experiments/blob/master/database-singleton/cmd/main/main.go
package main

import (
    "log"
    "os"
    "os/signal"
    "sync"
    "syscall"

    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/config"
    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/db"
    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/reader"
    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/updater"
)

func init() {
    err := config.Init()
    if err != nil {
        panic(err)
    }
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)
    var quit = make(chan struct{})

    // do some init from db
    _ = db.DB()

    go func() {
        updater.Run(quit)
        wg.Done()
    }()
    go func() {
        reader.Run(quit)
        wg.Done()
    }()

    c := make(chan os.Signal, 1)
    signal.Notify(c, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)

    _ = <-c
    close(quit)
    log.Printf("recv exit signal...")
    wg.Wait()
    log.Printf("program exit ok")
}

简单解释一下上面main.go中的代码：

在init函数中，我们读取了用于整个程序的配置信息，主要是数据库的连接信息(ip、port、user、password等)；
我们启动了两个独立的goroutine，分别运行reader和updater两个模拟数据库读写场景的包；
我们使用quit channel通知两个goroutine退出，并使用sync.WaitGroup来等待两个goroutine的结束(关于goroutine的并发模式的详解，可以参考我的专栏文章《Go并发模型和常见并发模式》；
我们使用signal.Notify监听系统信号，并在收到系统信号后做出响应（关于signal包的使用，请参见我的专栏文章《小心被kill！不要忽略对系统信号的处理》）。

在main函数代码中，我们看到了如下调用：

    // do some init from db
    _ = db.DB()

这是在初始化的时候通过单件获取访问数据库的对象实例，但这个不是必须的，只有在初始化需要从数据库读取一些信息时才会用到。

接下来，我们就来看看创建数据库访问实例的单件是如何实现的：

// github.com/bigwhite/experiments/blob/master/database-singleton/pkg/db/db.go
package db

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"

    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/config"
    "github.com/jinzhu/gorm"
    _ "github.com/jinzhu/gorm/dialects/mysql"
)

var once sync.Once

type database struct {
    instance    *gorm.DB
    maxIdle     int
    maxOpen     int
    maxLifetime time.Duration
}

type Option func(db *database)

var db *database

func WithMaxIdle(maxIdle int) Option {
    return func(d *database) {
        d.maxIdle = maxIdle
    }
}
func WithMaxOpen(maxOpen int) Option {
    return func(d *database) {
        d.maxOpen = maxOpen
    }
}

func DB(opts ...Option) *gorm.DB {
    once.Do(func() {
        db = new(database)
        for _, f := range opts {
            f(db)
        }

        dsn := fmt.Sprintf("%s:%s@tcp(%s:%s)/%s?charset=utf8&parseTime=True&loc=Local",
            config.Config.Database.User,
            config.Config.Database.Password,
            config.Config.Database.IP,
            config.Config.Database.Port,
            config.Config.Database.DB)
        var err error
        db.instance, err = gorm.Open("mysql", dsn) // database: *gorm.DB
        if err != nil {
            panic(err)
        }

        sqlDB := db.instance.DB()
        if err != nil {
            panic(err)
        }

        if db.maxIdle != 0 {
            sqlDB.SetMaxIdleConns(db.maxIdle)
        }

        if db.maxLifetime != 0 {
            sqlDB.SetConnMaxLifetime(db.maxLifetime)
        }

        if db.maxOpen != 0 {
            sqlDB.SetMaxOpenConns(db.maxOpen)
        }

    })
    return db.instance
}

首先，上述代码使用sync.Once对象辅助实现单件模式，传给once.Do方法的函数在整个程序生命周期中执行且只执行一次。我们就是在这个函数中创建的数据库访问实例；
这里我们使用gorm库承担访问数据库的任务，因此所谓的实例，即gorm.DB类型的指针；
gorm.DB类型是并发安全的，我们无需考虑单件返回的实例的并发访问问题；
gorm.DB底层使用的是标准库database/sql维护的连接池，因此一旦gorm.DB实例建立成功，对连接的维护也全部交由它去处理，我们在业务层无需考虑保活和断连后重连问题；
这里我们没有将获取单件的函数DB设计为不带参数的函数，而是将其设计为携带可变参数列表的函数，这主要是考虑在初次调用DB函数时，可以对底层的连接池进行设置(MaxIdleConn、MaxLifetime、MaxOpenConn)。其他情况使用时，无需传入任何参数；当然由于返回的是gorm.DB的指针，因此外层也是可以基于该指针自行设置连接池的，但在业务层动态更改连接池属性似乎并不可取；
谈到可变参数函数，这里使用了功能选项(functional option)的设计，更多关于Go语言变长参数的妙用，可以参考我的专栏文章《变长参数函数的妙用》。

接下来，我们再看看reader和updater对单件函数db.DB的使用，以reader为例：

// github.com/bigwhite/experiments/blob/master/database-singleton/pkg/reader/reader.go
package reader

import (
    "log"
    "time"

    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/db"
    "github.com/bigwhite/testdboper/pkg/model"
)

func dumpEmployee() {
    var rs []model.Employee // rs: record slice
    d := db.DB()
    d.Find(&rs)
    log.Println(rs)
}

func Run(quit <-chan struct{}) {
    tk := time.NewTicker(5 * time.Second)
    for {
        select {
        case <-tk.C:
            dumpEmployee()

        case <-quit:
            return
        }
    }
}

我们看到，reader的Run函数通过定时器每隔5s读取数据库表employee的内容，并输出。dumpEmployee函数通过db.DB非常容易的获取到访问数据库的实例，再也无需自行管理数据库的打开和关闭操作了。

最后，我们说一下DB连接的释放。我们在上面的代码中并没有看到显式的db连接的释放，因此在这样的程序中，始终都需要访问和操作数据库。释放db连接的时候，也是程序退出的时候，当进程退出，与db之间的连接会自动释放，因此无需再显式释放。

注：对于mysql而言，我们可以通过下面命令查看数据库的当前连接数：

mysql> show status like  'Threads%';
+-------------------+-------+
| Variable_name     | Value |
+-------------------+-------+
| Threads_cached    | 2     |
| Threads_connected | 3     |
| Threads_created   | 5     |
| Threads_running   | 2     |
+-------------------+-------+
4 rows in set (0.00 sec)

以上示例代码可以在这里 https://github.com/bigwhite/experiments/tree/master/database-singleton 下载。

附录

mysql安装设置(on ubuntu)

// ubuntu 18.04, mysql 5.7.33

安装mysql：

$apt-get install mysql-server mysql-client

查看mysql安装成功与否：

$ps -ef|grep mysql
mysql    23965     1  0 22:55 ?        00:00:00 /usr/sbin/mysqld --daemonize --pid-file=/run/mysqld/mysqld.pid

设置root密码：

$cat /etc/mysql/debian.cnf

# Automatically generated for Debian scripts. DO NOT TOUCH!
[client]
host     = localhost
user     = debian-sys-maint
password = xxxxxxxxxx
socket   = /var/run/mysqld/mysqld.sock

使用debian-sys-maint/xxxxxxxxxx 登录数据库：

$mysql -u debian-sys-maint -p
Enter password:
Welcome to the MySQL monitor.  Commands end with ; or \g.
Your MySQL connection id is 4
Server version: 5.7.33-0ubuntu0.18.04.1 (Ubuntu)

Copyright (c) 2000, 2021, Oracle and/or its affiliates.

Oracle is a registered trademark of Oracle Corporation and/or its
affiliates. Other names may be trademarks of their respective
owners.

Type 'help;' or '\h' for help. Type '\c' to clear the current input statement.

mysql> use mysql;
Reading table information for completion of table and column names
You can turn off this feature to get a quicker startup with -A

Database changed
mysql> update user set authentication_string=PASSWORD("root123") where user='root';
Query OK, 1 row affected, 1 warning (0.01 sec)
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 1

mysql> update user set plugin="mysql_native_password";
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Rows matched: 4  Changed: 1  Warnings: 0

mysql> flush privileges;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

root密码生效：

重启mysql服务后，root密码才能生效。

$systemctl restart mysql.service

demo1数据和employee表的创建

>create database demo1;
> CREATE TABLE `employee` (
  `id` bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) NOT NULL,
  `age` int NOT NULL,
  `gender` varchar(8) NOT NULL,
  `birthday` char(14) NOT NULL,
  `email` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `id` (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

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