.NET Core下使用gRpc公开服务（SSL/TLS）

一、前言

前一阵子关于.NET的各大公众号都发表了关于gRpc的消息，而随之而来的就是一波关于.NET Core下如何使用的教程，但是在这众多的教程中基本都是泛泛而谈，难以实际在实际环境中使用，而该篇教程以gRpc为主，但是使用了其SSL/TLS，这样更加符合实际的生产使用，期间也会配套的讲解Docker、openssl等。

二、服务端

a.准备工作

笔者的项目分为三个部分分别如下所示：

Sino.GrpcService.Host（控制台）：宿主程序

Sino.GrpcService.Impl（类库）：实现协议

Sino.GrpcService.Protocol（类库）：生成协议

最终的项目如下图所示：

每个项目的project.json如下所示：

 {
   "version": "1.0.0-*",
   "buildOptions": {
     "emitEntryPoint": true,
     "copyToOutput": [ "server.crt", "server.key", "appSettings.json", "appSettings.*.json" ]
   },
   "dependencies": {
     "Microsoft.NETCore.App": {
       "type": "platform",
       "version": "1.0.0"
     },
     "Sino.GrpcService.Impl": "1.0.0-*",
     "Microsoft.Extensions.Configuration.Json": "1.0.0",
     "Microsoft.Extensions.Configuration.Binder": "1.0.0",
     "Microsoft.Extensions.Configuration.EnvironmentVariables": "1.0.0"
   },
   "frameworks": {
     "netcoreapp1.0": {
       "imports": [ "dnxcore50", "net452" ]
     }
   },
   "publishOptions": {
     "include": [ "server.crt", "server.key", "appSettings.json", "appSettings.*.json" ]
   }
 }

其中“buildOptions”和“publishOptions”中我们将后面我们需要的证书包含到输出和发布中，其中我们还利用了“Configuration”相关组件去读取配置信息。

Sino.GrpcService.Impl：

 {
   "version": "1.0.0-*",
   "dependencies": {
     "Autofac": "4.1.1",
     "Google.Protobuf": "3.1.0",
     "Grpc.Core": "1.0.1-pre1",
     "NETStandard.Library": "1.6.0",
     "Sino.GrpcService.Protocol": "1.0.0-*",
     "MongoDB.Driver": "2.3.0",
     "Microsoft.Extensions.Configuration.Abstractions": "1.0.0"
   },
   "frameworks": {
     "netstandard1.6": {
       "imports": "dnxcore50"
     }
   }
 }

其中我们安装了“MongoDb.Driver”，为了能够贴近真实的情况，笔者这里采用MongoDb作为数据源来提供数据，当然读者为了能够快速上手可以硬编码一些数据。

Sino.GrpcService.Protocol：

 {
   "version": "1.0.0-*",
   "dependencies": {
     "Google.Protobuf": "3.1.0",
     "Grpc.Core": "1.0.1-pre1",
     "NETStandard.Library": "1.6.0"
   },
   "frameworks": {
     "netstandard1.6": {
       "imports": "dnxcore50"
     },
     "net452": {}
   }
 }

至此项目的初始化结束。

b.编写协议

首先我们打开Sino.GrpcService.Protocol项目，在其中新建一个msg.proto文件，打开msg.proto文件，我们将在其中编写基于proto3语言的协议，以便后面自动生成到各语言，如果读者需要更深入的学习可以打开该网站Proto3语言指南。

这里我们定义我们当前使用的是proto3语言并且包名（生成为C#则为命名空间）为：

syntax = "proto3";
package Sino.GrpcService;

笔者为该服务定义了1个服务，且有4种方法：

service MsgService{
  rpc GetList(GetMsgListRequest) returns (GetMsgListReply){}
  rpc GetOne(GetMsgOneRequest) returns (GetMsgOneReply){}
  rpc Edit(EditMsgRequest) returns (EditMsgReply){}
  rpc Remove(RemoveMsgRequest) returns (RemoveMsgReply){}
}

对应到其中每个方法的接收参数和返回参数的定义如下：

 message GetMsgListRequest {
   int64 UserId = ;
   string Title = ;
   int64 StartTime = ;
   int64 EndTime = ;
 }
 
 message GetMsgListReply {
   message MsgItem {
     string Id = ;
     string Title = ;
     string Content = ;
     int64 UserId = ;
     int64 Time = ;
   }
   repeated MsgItem Items = ;
   int64 Count = ;
   bool IsSuccess = ;
   string ErrorMsg = ;
 }
 
 message GetMsgOneRequest {
   string Id = ;
 }
 
 message GetMsgOneReply {
   string Id = ;
   string Title = ;
   string Content = ;
   int64 UserId = ;
   int64 Time = ;
   bool IsSuccess = ;
   string ErrorMsg = ;
 }
 
 message EditMsgRequest {
   string Id = ;
   string Title = ;
   string Content = ;
 }
 
 message EditMsgReply {
   bool IsSuccess = ;
   string ErrorMsg = ;
 }
 
 message RemoveMsgRequest {
   string Id = ;
 }
 
 message RemoveMsgReply {
   bool IsSuccess = ;
   string ErrorMsg = ;
 }

到这为止我们就完成了协议的编写。

c.将协议生成为C#代码

相对于网站的很多关于C#使用gRpc的教程都是基于.NET项目框架下的，所以可以安装gRpc.Tools，但是.NET Core安装后是找不到工具的，所以读者可以新建一个.NET项目安装该类库，然后将其中的工具复制到Sino.GrpcService.Protocol中，这里读者需要根据你当前的系统去选择，复制完成之后在该项目中新建一个名为“ProtocGenerate.cmd”的文件，在其中输入以下指令：

protoc -I . --csharp_out . --grpc_out . --plugin=protoc-gen-grpc=grpc_csharp_plugin.exe msg.proto

然后读者直接双击运行，就会看到项目下生成了“Msg.cs”和“MsgGrpc.cs”两个文件，这样就完成了所有协议部分的工作了，最终的项目结构如下所示：

d.编写实现代码

有了协议层之后我们就可以开始编写实现了，因为笔者这里使用了MongoDb提供数据所以下文篇幅会较长。

首先打开Sino.GrpcService.Impl项目在其中新建Model文件，然后在该文件夹下新建MsgDM.cs文件，该文件主要是定义MongoDb存储的数据结构，具体内容如下所示：

  /// <summary>
     /// 消息体
     /// </summary>
     public sealed class MsgDM
     {
         /// <summary>
         /// 编号
         /// </summary>
         public ObjectId Id { get; set; }
 
         /// <summary>
         /// 标题
         /// </summary>
         public string Title { get; set; }
 
         /// <summary>
         /// 内容
         /// </summary>
         public string Content { get; set; }
 
         /// <summary>
         /// 用户编号
         /// </summary>
         public long UserId { get; set; }
 
         /// <summary>
         /// 时间
         /// </summary>
         public long Time { get; set; }
     }

紧接着我们新建Repositories文件夹，在其中新建四个文件分别为“IDataContext.cs”、“DataContext.cs”、“IMsgRepository.cs”和“MsgRepository.cs”。打开IDataContext.cs文件在其中编写如下内容：

    /// <summary>
    /// 数据库上下文
    /// </summary>
    public interface IDataContext
    {
        IMongoDatabase Database { get; set; }
    }

打开DataContext.cs文件进行数据库初始化相关工作：

    public class DataContext : IDataContext
    {
        public IMongoDatabase Database { get; set; }
 
        public DataContext(IConfigurationRoot config)
        {
            var client = new MongoClient(config.GetConnectionString("mongodb"));
            Database = client.GetDatabase("aSQ0cWkEshl8NiVn");
        }
    }

打开IMsgRepository.cs，我们需要在其中定义仓储提供的操作：

/// <summary>
    /// 消息仓储
    /// </summary>
    public interface IMsgRepository
    {
        /// <summary>
        /// 获取列表
        /// </summary>
        Task<List<MsgDM>> GetList(long userId, string title, long startTime, long endTime);
 
        /// <summary>
        /// 获取实体
        /// </summary>
        Task<MsgDM> Get(string id);
 
        /// <summary>
        /// 更新实体
        /// </summary>
        Task<bool> Update(MsgDM data);
 
        /// <summary>
        /// 添加实体
        /// </summary>
        Task<string> Insert(MsgDM data);
 
        /// <summary>
        /// 删除实体
        /// </summary>
        Task<bool> Delete(string id);
    }

对应的我们还需要打开MsgRepository.cs文件实现该接口：

 public class MsgRepository : IMsgRepository
     {
         private IDataContext _dataContext;
         private IMongoCollection<MsgDM> _collection;
 
         public MsgRepository(IDataContext dataContext)
         {
             _dataContext = dataContext;
             _collection = _dataContext.Database.GetCollection<MsgDM>("msg");
         }
 
         public async Task<bool> Delete(string id)
         {
             var filter = Builders<MsgDM>.Filter.Eq(x => x.Id, new ObjectId(id));
             var result = await _collection.DeleteOneAsync(filter);
             return result.DeletedCount == ;
         }
 
         public Task<MsgDM> Get(string id)
         {
             var objectId = new ObjectId(id);
             var result = (from item in _collection.AsQueryable()
                           where item.Id == objectId
                           select item).FirstOrDefault();
             return Task.FromResult(result);
         }
 
         public Task<List<MsgDM>> GetList(long userId, string title, long startTime, long endTime)
         {
             IQueryable<MsgDM> filter = _collection.AsQueryable();
             if (userId != )
                 filter = filter.Where(x => x.UserId == userId);
             if (!string.IsNullOrEmpty(title))
                 filter = filter.Where(x => x.Title.Contains(title));
             if (startTime != )
                 filter = filter.Where(x => x.Time > startTime);
             if (endTime != )
                 filter = filter.Where(x => x.Time < startTime);
 
             return Task.FromResult(filter.ToList());
         }
 
         public async Task<string> Insert(MsgDM data)
         {
             await _collection.InsertOneAsync(data);
             return data.Id.ToString();
         }
 
         public async Task<bool> Update(MsgDM data)
         {
             var filter = Builders<MsgDM>.Filter.Eq(x => x.Id, data.Id);
             var update = Builders<MsgDM>.Update.Set(x => x.Title, data.Title).Set(x => x.Content, data.Content);
 
             var result = await _collection.UpdateOneAsync(Builders<MsgDM>.Filter.Eq(x => x.Id, data.Id), update);
 
             return result.ModifiedCount == ;
         }
     }

完成了上面关于数据库的工作，下面我们就进入正题，开始实现gRpc服务了，首先我们在项目根目录下新建MsgServiceImpl.cs文件，在其中实现我们协议中的服务：

  public class MsgServiceImpl : MsgService.MsgServiceBase
     {
         private IMsgRepository _msgRepository;
 
         public MsgServiceImpl(IMsgRepository msgRepository)
         {
             _msgRepository = msgRepository;
         }
 
         public override async Task<GetMsgListReply> GetList(GetMsgListRequest request, ServerCallContext context)
         {
             var result = new GetMsgListReply();
             var list = await _msgRepository.GetList(request.UserId, request.Title, request.StartTime, request.EndTime);
             result.IsSuccess = true;
             result.Items.AddRange(list.Select(x => new GetMsgListReply.Types.MsgItem
             {
                 UserId = x.UserId,
                 Title = x.Title,
                 Time = x.Time,
                 Content = x.Content
             }).ToList());
             return result;
         }
 
         public override async Task<EditMsgReply> Edit(EditMsgRequest request, ServerCallContext context)
         {
             var result = new EditMsgReply();
             result.IsSuccess = await _msgRepository.Update(new MsgDM
             {
                 Id = new MongoDB.Bson.ObjectId(request.Id),
                 Title = request.Title,
                 Content = request.Content
             });
 
             return result;
         }
 
         public override async Task<GetMsgOneReply> GetOne(GetMsgOneRequest request, ServerCallContext context)
         {
             var msg = await _msgRepository.Get(request.Id);
 
             return new GetMsgOneReply
             {
                 IsSuccess = true,
                 Id = msg.Id.ToString(),
                 UserId = msg.UserId,
                 Title = msg.Title,
                 Content = msg.Content,
                 Time = msg.Time
             };
         }
 
         public override async Task<RemoveMsgReply> Remove(RemoveMsgRequest request, ServerCallContext context)
         {
             var result = new RemoveMsgReply();
             result.IsSuccess = await _msgRepository.Delete(request.Id);
 
             return result;
         }
     }

三、证书生成

a.安装openssl

首先读者需要从该网站下载openssl安装程序：

Openssl下载

笔者的系统是Win10 64所以下载的是“Win64 OpenSSL v1.1.0b”。

b.制作证书

网上有很多的教程，但是对于新手来说直接给绕晕了，有的有ca、client和service有的没有，这里笔者提供一个全面的cmd脚本（默认CA是自己）：

 @echo off
 set OPENSSL_CONF=c:\OpenSSL-Win64\bin\openssl.cfg
 
 echo Generate CA key:
 openssl genrsa -passout pass: -des3 -out ca.key 
 
 echo Generate CA certificate:
 openssl req -passin pass: -new -x509 -days  -key ca.key -out ca.crt -subj  "/C=CN/ST=JS/L=ZJ/O=sino/OU=test/CN=root"
 
 echo Generate server key:
 openssl genrsa -passout pass: -des3 -out server.key 
 
 echo Generate server signing request:
 openssl req -passin pass: -new -key server.key -out server.csr -subj  "/C=CN/ST=JS/L=ZJ/O=sino/OU=test/CN=root"
 
 echo Self-sign server certificate:
 openssl x509 -req -passin pass: -days  -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -set_serial  -out server.crt
 
 echo Remove passphrase from server key:
 openssl rsa -passin pass: -in server.key -out server.key
 
 echo Generate client key
 openssl genrsa -passout pass: -des3 -out client.key 
 
 echo Generate client signing request:
 openssl req -passin pass: -new -key client.key -out client.csr -subj  "/C=CN/ST=JS/L=ZJ/O=sino/OU=test/CN=root"
 
 echo Self-sign client certificate:
 openssl x509 -passin pass: -req -days  -in client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -set_serial  -out client.crt
 
 echo Remove passphrase from client key:
 openssl rsa -passin pass: -in client.key -out client.key

以上的脚本也会生成我们下面Demo中使用的证书。

四、完善服务端

用了上面的证书之后我们需要继续把服务端启动gRpc服务部分的代码书写完毕，这里笔者是采用命令行形式运行的，所以gRpc的启动是独立放在一个文件文件中，如下RpcConfiguration所示：

 public static class RpcConfiguration
     {
         private static Server _server;
         private static IContainer _container;
 
         public static void Start(IConfigurationRoot config)
         {
             var builder = new ContainerBuilder();
 
             builder.RegisterInstance(config).As<IConfigurationRoot>();
             builder.RegisterInstance(new DataContext(config)).As<IDataContext>();
             builder.RegisterAssemblyTypes(typeof(IDataContext).GetTypeInfo().Assembly).Where(t => t.Name.EndsWith("Repository")).AsImplementedInterfaces();
 
             _container = builder.Build();
             var servercert = File.ReadAllText(@"server.crt");
             var serverkey = File.ReadAllText(@"server.key");
             var keypair = new KeyCertificatePair(servercert, serverkey);
             var sslCredentials = new SslServerCredentials(new List<KeyCertificatePair>() { keypair });
             _server = new Server
             {
                 Services = { MsgService.BindService(new MsgServiceImpl(_container.Resolve<IMsgRepository>())) },
                 Ports = { new ServerPort("0.0.0.0", , sslCredentials) }
             };
             _server.Start();
             _server.ShutdownTask.Wait();
         }
 
         public static void Stop()
         {
             _server?.ShutdownAsync().Wait();
         }
     }

其中我们使用了server.crt和server.key这两个证书，所以在Host项目中需要将这个两个证书文件copy到项目根目录下，如果需要发布的时候包含则需要在project.json中配置如下节：

  "publishOptions": {
    "include": [ "server.crt", "server.key", "appSettings.json", "appSettings.*.json" ]
  }

最后我们需要在Program中启动对应的gRpc即可。

五、客户端编写

完成了服务端的编写剩下的就是客户端的编写，当然客户端的编写相对容易很多，笔者这里直接把Sino.GrpcService.Protocol项目包含到客户端解决方案中了（在正式开发中建议采用nuget包进行管理），为了简单起见，所以只调用了其中一个服务接口：

public static class MsgServiceClient
    {
        private static Channel _channel;
        private static MsgService.MsgServiceClient _client;
 
        static MsgServiceClient()
        {
            var cacert = File.ReadAllText("server.crt");
            var ssl = new SslCredentials(cacert);
            var channOptions = new List<ChannelOption>
            {
                new ChannelOption(ChannelOptions.SslTargetNameOverride,"root")
            };
            _channel = new Channel("grpcservice.t0.daoapp.io:61130", ssl, channOptions);
            _client = new MsgService.MsgServiceClient(_channel);
        }
 
        public static GetMsgListReply GetList(int userId, string title, long startTime, long endTime)
        {
            return _client.GetList(new GetMsgListRequest
            {
                UserId = userId,
                Title = title,
                StartTime = startTime,
                EndTime = endTime
            });
        }
    }

需要注意下其中“ChannelOptions.SslTargetNameOverride”这部分是必须的，因为我们是自己生成的证书，所以域名是root，如果是生产环境可以不需要。

六、利用Docker运行

a.安装Docker For Windows

这里需要win10的系统，这样可以直接在ps中直接利用docker指令了。

b.编写Dockerfile

因为1.1版本出来了，但是经过本人的验证，如果你的应用不升级是无法使用该镜像的，默认使用1.1，所以这里我们的Dockerfile需要指定下特定的版本，否则是无法构建的，我们首先在解决方案的根目录下新建Dockerfile文件，然后在其中放入以下命令：

 FROM microsoft/dotnet:1.0-sdk-projectjson
 
 ADD ./ /usr/local/src
 WORKDIR /usr/local/src/Sino.GrpcService.Host/
 
 RUN cd /usr/local/src/
 RUN dotnet restore -v http://api.nuget.org/v3/index.json
 RUN dotnet build
 
 EXPOSE 
 
 CMD ["dotnet","run"]

c.生成镜像并运行

我们打开ps，然后cd到解决方案的文件夹下利用：

docker build -t gRpcService:1.0 .

开始构建，基于国内的情况建议大家将docker默认拉取镜像的地址调整下。生成好之后，利用以下指令去启动即可：

docker run -d –name -p : gRpcService gRpcService:1.0

当然客户端连接的地址和端口也要根据-p指定的情况去调整。

七、其他

对应的源码可以访问以下地址：

https://github.com/Vip56/Sino.GrpcService

https://github.com/Vip56/Sino.GrpcClient

如果需要询问相关问题的可以短消息给我。