浅谈 RPC 和 REST: SOAP, gRPC, REST

在一次高盛面试中，被问到了一个问题，SOAP 和 REST 之间的区别是什么？当时东一榔头西一棒槌的答了几条，总感觉很了解的很肤浅。怎么从一个比较全面的角度，去了解 SOAP 和 REST ？最近看了个专栏，文章里相对详细的介绍了他们，加上一些别的搜索和理解，在这里做个总结和梳理。

首先，第一个问题应该是为什么会将 SOAP 和 REST 进行对比？为了搞清楚这个问题，这篇文章会先介绍 SOAP 基于的模式 RPC，然后依次介绍 RPC 框架 ONC RPC、SOAP、gRPC，最后讲讲 REST ，以及他们的对比。

RPC

在网络世界里，不同机器要怎么互相通信？最基础的方法是基于 TCP/IP 通过 Socket 编程去实现调用方和被调用方。但是 Socket 编程的难度大，需要比较强的专业性，实现又复杂，如果每一次机器之间要通信时，程序员都要手动去处理这么多，这就让新手能做的，变成了要精通网络的老师傅才能完成。有没有什么更好的办法呢？

在 1984 年，Bruce Jay Nelson 发表了奠定基础性的论文 Implementing Remote Procedure Call，定义了机器之间互通这种远程调用的标准。RPC (Remote Procedure Call) 即远程过程调用，有了它，客户端可以像调用本地接口一样调用远程的服务端。

怎么实现远程调用像本地调用一样呢？RPC 模式分为三层，RPCRuntime 负责最底层的网络传输，Stub 处理客户端和服务端约定好的语法、语义的封装和解封装，这些调用远程的细节都被这两层搞定了，用户和服务器这层就只要负责处理业务逻辑，调用本地 Stub 就可以调用远程。

做个比较通俗的类比，你要叫朋友打游戏，如果你和朋友在同一个地方，面对面，你直接跟他说就行了，但是如果你们不在同一个地方，你可以打个电话，你说的和面对面时说的还是一样的，只是通过了电话把这个消息远程的传递给了对方。

RPC 框架要解决的三个问题

基于上述 RPC 模式，一个 RPC 框架基本需要解决协议约定、网络传输、服务发现这三个问题。

协议约定问题 指的是怎么规定远程调用的语法，怎么传参数等。用上面的类比，你怎么告诉你的朋友要玩什么游戏？是直接说游戏的名字，王者荣耀，绝地求生，还是说简称，王者，吃鸡，或者用 1 代表王者，2 代表吃鸡，只说 1 或 2。

传输协议问题 指的是在网络发生错误、重传、丢包或者有性能问题时怎么办？用上面的类比，你打电话时，刚说了打什么游戏，但是还没有收到对方回复，电话信号不好断了，这时候怎么处理？

服务发现问题 指的是如果知道服务端有哪些服务可以调用，从哪个端口访问？服务端可能实现多个远程调用，在不同的进程上，随机监听端口，客户端要怎么才能知道这些端口呢？

接下来，对比几个 RPC 框架是如何解决这几个问题的。

ONC RPC

ONC RPC 算是最早 RPC 的一种实现方式，由 Sun 公司开发，在 NFS (Network File System) 中使用。

协议约定

ONC RPC 协议用的是 XDR (External Data Representation)，是一个标准的数据压缩格式，所有的请求和回复都有严格的格式要求，并且不能随意更改。

传输协议

ONC RPC 传输方面主要是通过一个状态机来实现。

服务发现

ONC RPC 通过服务端的一个 portmapper 来实现服务发现。服务端在启动时向 portmapper 注册，portmapper 的端口是大家都知道的，所以客户端可以通过 portmapper 找到服务端。

ONC RPC 作为最早的 RPC 框架，还是有很多问题的

协议格式要求严格：需要客户端和服务端的压缩格式完全一致。
协议修改不灵活：客户端和服务端都要做修改，如果只有一方做了修改，那 RPC 就会有错误。这导致版本更新的问题，每一次的版本更新，客户端和服务端基本是耦合的，必须同时作出更改，这就要求开发客户端和服务端的需要是同一批人，或者至少要有密切的交流。
面向函数：随着发展，面向对象是业务逻辑设计的主流，面向函数的 RPC 模式难用。

有没有比 ONC RPC 更好，能广泛应用到各个方面的框架？

SOAP

1998 年 XML 1.0 发布，被 W3C (World Wide Web Consortium) 推荐为标准的描述语言。同年，SOAP 也完成了初版设计。SOAP (Simple Object Access Protocol) 简单对象访问协议，在 1998 年因为微软 XML-RPC 的原因，还没有公之于众，一直到 2003 年 6 月的 SOAP 1.2 版本发布，才被 W3C 推荐。

SOAP 是基于文本 XML 的一种应用协议。随着当年 SOA (Service Oriented Architecture) 的走红，提倡将一个大的软件拆分成多个不同的小的服务，SOAP 在服务之间的远程调用大有用武之地。

协议约定

SOAP 的协议约定用的是 WSDL (Web Service Description Language) ，这是一种 Web 服务描述语言，在服务的客户端和服务端开发者不用面对面交流，只要用的是 WSDL 定义的格式，客户端知道了 WSDL 文件，就知道怎么去封装请求，调用服务。

 <wsdl:types>
  <xsd:schema targetNamespace="http://www.task.io/management">
   <xsd:complexType name="task">
    <xsd:element name="name" type="xsd:string"></xsd:element>
      <xsd:element name="type" type="xsd:string"></xsd:element>
    <xsd:element name="priority" type="xsd:int"></xsd:element>
   </xsd:complexType>
  </xsd:schema>
 </wsdl:types>

这只是一个对象类型的定义，一套完整的 WSDL 还会有消息结构体的定义，然后将信息绑定到 SOAP 请求的 body 里，然后编写成 service，具体这里就不展开了。

WSDL 有可以自动生成 Stub 的工具，客户端可以直接通过自动生成的 Stub 去调用服务端。

传输协议

SOAP 是用 HTTP 进行传输的，有个信封的概念，信息就像是一封信，有 Header 和 Body，SOAP 的请求和回复都放在信封里，进行传递。

POST /addTask HTTP/1.1
Host: www.task.io
Content-Type: application/soap+xml; charset=utf-8
Content-Length: nnn

<?xml version="1.0"?>
<soap:Envelope xmlns:soap="http://www.w3.org/2001/12/soap-envelope"
soap:encodingStyle="http://www.w3.org/2001/12/soap-encoding">
    <soap:Header>
        <m:Trans xmlns:m="http://www.w3schools.com/transaction/"
          soap:mustUnderstand="1">1234
        </m:Trans>
    </soap:Header>
    <soap:Body xmlns:m="http://www.task.io/management">
        <m:addTask">
            <task>
                <name>Write a blog article</name>
                <type>Writing</type>
                <priority>1</priority>
            </task>
        </m:addTask>
    </soap:Body>
</soap:Envelope>

服务发现

SOAP 的服务发现用的是 UDDI（Universal Description, Discovery, Integration) 统一描述发现集成，相当于一个注册中心，服务提供方将 WSDL 文件发布到注册中心，使用方可以到这个注册中心查找。

SOAP 在当时也是风靡一时，主要有这些优点：

协议约定面向对象，更贴合业务逻辑的应用场景。
服务定义清楚，在 WSDL 能清楚了解到所有服务。
格式不用完全一致，比如上面那个请求里 name, type, priority 的顺序不用完全跟服务端的 WSDL 对应。版本更新上，客户端可以先增加新的项，服务端可以之后再更新。
使用 WS Security 所为安全标准，安全性较高。
SOAP 是 面向动作 的，支持比较复杂的动作，可以在 XML 里放热和动作，比如 ADD，MINUS

当然，现在新的软件开发，用到 SOAP 的越来越少了，可见 SOAP 也有很多不足：

远程调用速度慢，效率低。因为以 XML 作为数据格式，除了主要传输的数据之外，有较多冗余用在定义格式上，占用带宽，并且对于 XML 的序列化和解析的速度也比较慢
协议约定 WSDL 比较复杂，要经过好几个环节才能搞定。
SOAP 多数用的是 POST，而 HTTP 有 GET， DELETE，PUT 等很多别的方法，通常是 POST 加上动作，比如 POST CreateTask, POST DeleteTask。而多数用 POST 的原因是 GET 请求最大长度限制较多，而 SOAP 需要把数据加上 SOAP 标准化的格式，请求数据比较大，超过 GET 的限制。
SOAP 的业务状态大多是维护在服务端的，比如说分页，服务端会记住用户在哪个页面上，在企业软件中，客户端和服务端比较平衡的情况下是没有问题的，但是在失衡情况下，比如说客户端请求大大超过服务端时，服务端维护所有状态的成本太高，影响并发量。

针对 SOAP 速度慢的缺点，直接的有两种解决方案，一是使用简单一点的文本方式，比如 JSON，二是采用二进制调用。

gRPC

像 SOAP 这类基于文本类的 RPC 框架，速度上都是有先天不足的。为了有比较好的性能，还是得用二进制的方式进行远程调用。gRPC 是现在最流行的二进制 RPC 框架之一。2015 年由 Google 开源，在发布后迅速得到广泛关注。

协议约定

gRPC 的协议是 Protocol Buffers，是一种压缩率极高的序列化协议，效率甩 XML，JSON 好几条街。Google 在 2008 年开源了 Protocol Buffers，支持多种编程语言，所以 gRPC 支持客户端与服务端可以用不同语言实现。

传输协议

在 JAVA 技术栈中，gRPC 的数据传输用的是 Netty Channel， Netty 是一个高效的基于异步 IO 的网络传输架构。Netty Channel 中，每个 gRPC 请求封装成 HTTP 2.0 的 Stream。

基于 HTTP 2.0 是 gRPC 一个很大的优势，可以定义四种不同的服务方法：单向 RPC，客户端流式 RPC，服务端流式 RPC，双向流式 RPC。

服务发现

gRPC 本身没有提供服务发现的机制，需要通过其他组件。一个比较高性能的服务发现和负载均衡器是 Envoy，可以灵活配置转发规则，有兴趣的可以去了解下。

gRPC 是分布式微服务之间通信很好的一个选择，总结起来是因为有这些优点：

Protocol Buffers 压缩性高，速度快
HTTP 2.0 流传输
支持多语言

gRPC 更多的是用在微服务集群内部，服务与服务之间的通信，服务与客户端之间的通信，REST 可以说是现在的主流。

REST

REST (Representational State Transfer) 表述状态转移，是由 Roy Thomas Fielding 在 2000 年提出的，发表在论文《架构风格与基于网络的软件架构设计》。和之前提到的 ONC RPC，SOAP，gRPC 不同，REST 不是一种 RPC 架构，也不是一种协议，而是一种 架构风格，基于这种风格也能实现客户端与服务端之间的通信，因为 REST API 的简单直接，基本成为了互联网应用的标准接口。

协议约定

REST 没有严格规定的标准。与 SOAP 对比，更加侧重的是服务端的资源，而不是状态。拿刚刚 SOAP 分页的例子来说，SOAP 服务端会储存所有的分页状态，而 REST 的分页请求可能是这样的 /tasks?page=1&per=50 ，（每页50条，访问第一页），REST 将分页状态这部分的责任交由客户端来维护，服务端只需要维护资源状态，而不用去维护与客户端之间的会话状态。

传输协议

REST 是基于 HTTP 的文本类传输方式，与 SOAP 的 XML 相比，REST 用的是 Json，格式更加简单易懂。

服务发现

RESTful API 的服务发现有很多组件，比如说 Eureka，可以作为服务注册中心，也能用来做负载均衡和容错。

详细介绍 REST 的文章一搜一大把，这里就不赘述了。

SOAP 与 REST 对比

前面的长篇大伦，介绍了 RPC 的介绍和各种不同 RPC 框架的演变和优劣。我们回到最开始提出的那个问题 SOAP 和 REST 之间的区别是什么？

首先，他们都是实现了客户端与服务端的分离，客户端能远程调用服务端。

SOAP 是一种 RPC 框架，HTTP 是承载协议，本身是一种应用协议，实现了调用远程就像调用本地接口一样。而 REST 是一种架构风格，客户端需要通过 URL 去调用服务端，HTTP 本身即是承载协议，也是应用协议。

REST 的性能比 SOAP 更好。两者都是基于文本类的传输，REST 用的 Json 比 SOAP 的 XML 格式更加简单轻巧（参考下图），因此 REST 的性能会更好些。

SOAP 适合企业应用，REST 更适合高并发场景。 SOAP 的业务状态大多是维护在服务端的，而 REST 是无状态的操作，维护的是资源状态，将会话状态交由客户端维护。因此，SOAP 更适合企业软件中客户端与服务端比较平衡的情况，REST 更适合互联网应用中，多客户端的高并发场景，利于横向扩展。（分页的例子）

REST 更适合缓存，因为 REST 是无状态操作，信息可以被缓存。

SOAP 是「面向动作」的，多数用的是 POST，可以支持多步操作，或者各种动作，比如 ADD，MINUS 等。REST 是「面向资源」的，通过 GET, POST, DELETE, PUT 来调取和维护服务端的资源。GET 方法可以浏览器直接跳转，POST 必须借助表单或者 ajax，这就限制了 SOAP 请求只能在页面内获取或者提交数据。

SOAP 相比于 REST 有许多安全标准，相对来说安全性更高。

这篇文章介绍了 RPC 和几种不同的 RPC 框架，最后对 SOAP 和 REST 进行了直接对比，算是最近看这些东西的一个总结梳理。当然还可以有很多延伸内容，比如说有兴趣的朋友可以对比一下 REST 与 gRPC 。

参考资料

极客时间专栏：趣谈网络协议
XML - Wikipedia
SOAP - Wikipedia
Representational state transfer - Wikipedia
REST和SOAP：谁更好，或者都好？
Soap、REST应用场景 - 飞龙栖息地的个人空间 - 开源中国