grpc

gRPC란 무엇인가?

gRPC는 Google에서 개발한 고성능 원격 프로시저 호출(Remote Procedure Call, RPC) 프레임워크입니다. Protocol Buffers(프로토콜 버퍼)라는 인터페이스 정의 언어(IDL)를 기반으로 작동하며, 다양한 언어 간 통신을 가능하게 하는 동시에, 성능과 타입 안전성을 보장하는 것이 특징입니다. 이 글에서는 gRPC의 기본 개념, 주요 특징 및 장점, REST API와의 차이점, 사용 사례, 그리고 gRPC의 아키텍처와 동작 방식을 알아봅시다.

1. gRPC의 기본 개념

gRPC는 클라이언트와 서버 간에 사전에 정의된 인터페이스를 통해 원격 프로시저 호출(RPC)을 수행할 수 있도록 지원하는 프레임워크입니다. gRPC의 핵심은 두 가지 주요 요소에 기반하는데, 바로 프로토콜 버퍼(Protocol Buffers)와 RPC 모델입니다.

  • 프로토콜 버퍼(Protocol Buffers): gRPC는 데이터를 직렬화(serialization)하기 위해 Google이 오픈소스로 공개한 Protocol Buffers를 사용합니다. 이 방식은 데이터를 작고 효율적으로 전송할 수 있도록 해주며, XML이나 JSON과 같은 다른 인터페이스 정의 언어에 비해 데이터 용량이 적어 압축률이 높고 처리 속도가 빠릅니다. 다만, 데이터가 바이너리 형식으로 표현되므로 사람이 직접 내용을 확인하기는 어렵다는 단점이 있습니다. 이 방식을 줄여서 Protobuf 또는 pb라고도 부릅니다.
  • RPC 모델: gRPC는 함수 호출 방식의 통신 모델을 채택하고 있습니다. 클라이언트는 서버의 메서드를 로컬 함수 호출하듯이 실행하며, 이 과정에서 데이터가 자동으로 직렬화되어 네트워크를 통해 전송되고, 서버에서는 이를 역직렬화하여 처리합니다. 이러한 방식은 네트워크 상의 원격 호출을 간편하고 효율적으로 만들어 줍니다.

2. gRPC의 특징과 장점

2-1. 성능

gRPC는 이진(binary) 데이터 포맷인 Protocol Buffers를 사용하기 때문에, JSON과 같은 텍스트 기반의 포맷보다 훨씬 빠르게 데이터를 직렬화하고 전송할 수 있습니다. 또한 HTTP/2 기반의 전송 프로토콜을 사용하여, 멀티플렉싱, 헤더 압축, 서버 푸시 등 최신 네트워킹 기능들을 활용함으로써 낮은 지연 시간과 높은 처리량을 보장합니다.

2-2. 타입 안전성

gRPC는 모든 서비스와 메시지 구조를 .proto 파일에 명확하게 정의합니다. 이 파일에는 각 RPC 메서드에 대한 요청과 응답 메시지의 데이터 타입, 필드 번호 및 순서가 엄격하게 명시되어 있어, 클라이언트와 서버가 동일한 인터페이스를 공유하게 됩니다. 예를 들어, TypeScript 환경에서는 .proto 파일을 기반으로 자동 생성된 클라이언트 스텁과 서버 스텁이 명확한 타입 정의를 따르므로, 잘못된 데이터 형식이 전달되거나 누락되는 문제를 컴파일 타임에 사전에 발견할 수 있습니다. 이러한 명시적인 타입 정의는 JSON과 같은 느슨한 포맷보다 훨씬 엄격한 타입 검사를 가능하게 하여, 클라이언트와 서버 간에 발생할 수 있는 데이터 불일치나 런타임 오류를 크게 줄입니다. 실제로, 자동 코드 생성 도구가 각 언어의 타입 시스템과 완벽히 통합되어 있기 때문에, 개발자는 추가적인 데이터 검증 코드를 작성할 필요 없이 안정적인 통신을 구현할 수 있습니다. 또한, gRPC의 타입 안전성은 다양한 프로그래밍 언어 간의 통신에서도 일관성을 유지합니다. 이는 여러 서비스가 서로 다른 언어로 작성되어 있더라도, .proto 파일에 정의된 명세를 기반으로 각 언어에 맞는 클라이언트와 서버 코드를 생성하여, 통신의 신뢰성을 보장하는 중요한 요소로 작용합니다.

스텁(stub) 은 gRPC와 같은 RPC 프레임워크에서 클라이언트와 서버 간의 통신을 간편하게 하기 위해 자동으로 생성되는 코드를 의미합니다.

  • 클라이언트 스텁(Client Stub): 클라이언트 측에서 서버의 메서드를 로컬 함수처럼 호출할 수 있도록 도와줍니다. 클라이언트는 이 스텁을 통해, 원격 서버의 RPC를 마치 로컬 함수 호출하듯이 사용할 수 있으며, 내부적으로는 메시지를 직렬화하여 네트워크로 전송합니다.
  • 서버 스텁(Server Stub): 서버 측에서는 클라이언트의 요청을 받아 해당 메서드를 호출하고, 그 결과를 클라이언트에게 반환하는 역할을 합니다. 서버 스텁은 클라이언트로부터 받은 데이터를 역직렬화하여 실제 비즈니스 로직에 전달하고, 처리 결과를 다시 직렬화해 응답합니다.

즉, 스텁은 클라이언트와 서버가 서로 간의 통신 규약을 쉽게 준수하고, 복잡한 네트워크 통신 로직을 자동으로 처리할 수 있도록 만들어주는 "중간 다리" 역할을 합니다.

2-3. 스트리밍 지원

gRPC는 단순한 요청-응답 패턴 외에도 다양한 스트리밍 방식을 지원합니다.

  • 서버 스트리밍: 클라이언트가 요청을 보내면, 서버는 단일 요청에 대해 여러 메시지를 스트리밍 형식으로 응답할 수 있습니다.
  • 클라이언트 스트리밍: 클라이언트가 여러 메시지를 순차적으로 보내고, 서버가 하나의 응답을 반환할 수 있습니다.
  • 양방향 스트리밍: 클라이언트와 서버가 동시에 스트리밍 형식으로 데이터를 주고받을 수 있어, 실시간 양방향 통신에 적합합니다.

3. REST API와 gRPC의 차이점

gRPC와 REST API는 모두 네트워크를 통한 서비스 통신 방법이지만, 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

  • 데이터 포맷: REST API는 주로 JSON과 같은 텍스트 기반 포맷을 사용하지만, gRPC는 Protocol Buffers라는 이진 포맷을 사용하여 전송 데이터 크기를 줄이고 성능을 향상시킵니다.
  • 전송 프로토콜: REST API는 보통 HTTP/1.1을 사용하지만, gRPC는 HTTP/2를 기반으로 하여 멀티플렉싱, 헤더 압축 등 최신 기능을 활용합니다.
  • 타입 안전성: gRPC는 .proto 파일로 서비스와 메시지 구조를 명시적으로 정의하여, 강력한 타입 검증과 코드 생성을 지원합니다. REST API는 이러한 면에서 다소 느슨하며, 클라이언트와 서버 간의 스키마 일관성을 보장하기 어렵습니다.
  • 스트리밍 기능: gRPC는 다양한 스트리밍 방식을 기본적으로 지원하지만, REST API는 보통 단순한 요청-응답 구조에 머무르는 경우가 많습니다.

4. gRPC 사용 사례

gRPC는 성능과 확장성이 중요한 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다.

  • 마이크로서비스 아키텍처: 여러 마이크로서비스 간에 빠르고 효율적인 통신을 지원합니다. gRPC의 낮은 지연 시간과 고속 직렬화는 서비스 간 호출 빈도가 높은 환경에서 매우 유용합니다.
  • 고성능 시스템: 실시간 데이터 처리, 금융 거래 시스템, 게임 서버 등 높은 성능과 빠른 응답 속도가 요구되는 분야에서 사용됩니다.
  • 다양한 언어 간 통신: gRPC는 다양한 프로그래밍 언어를 지원하기 때문에, 여러 언어로 작성된 서비스 간에 일관된 API 통신을 구축할 수 있습니다.

5. gRPC의 아키텍처와 동작 방식

gRPC는 기본적으로 클라이언트-서버 모델로 동작하며, 클라이언트는 서버의 메서드를 호출하는 형태로 RPC를 실행합니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

  • 서비스 정의: .proto 파일을 통해 서비스 인터페이스와 메시지 타입을 정의합니다. 이 파일을 기반으로 각 언어에 맞는 클라이언트와 서버 코드를 자동 생성할 수 있습니다.
  • 클라이언트 스텁(Client Stub): 클라이언트는 서비스 정의에 따라 생성된 스텁을 통해 서버 메서드를 호출합니다. 이 호출은 내부적으로 HTTP/2를 사용해 네트워크 전송이 이루어지며, Protocol Buffers 형식으로 직렬화됩니다.
  • 서버 구현: 서버는 해당 서비스 정의를 구현하며, 클라이언트의 호출을 받아 처리한 후, 결과를 다시 Protocol Buffers로 직렬화하여 응답합니다.
  • HTTP/2 전송: gRPC는 HTTP/2를 사용하여 멀티플렉싱, 스트리밍, 헤더 압축 등을 지원합니다. 이를 통해, 동시에 여러 요청과 응답이 가능하며, 네트워크 효율성을 극대화합니다.

gRPC의 동작 방식은 단순한 원격 프로시저 호출을 넘어서, 양방향 스트리밍과 비동기 통신을 지원하여, 복잡한 분산 시스템에서도 안정적인 통신 환경을 제공합니다.

결론

gRPC는 높은 성능, 강력한 타입 안전성, 다양한 스트리밍 옵션 등을 제공하는 현대적인 RPC 프레임워크로, 마이크로서비스 및 고성능 시스템에서 널리 채택되고 있습니다. REST API와 비교할 때, gRPC는 이진 데이터 포맷과 HTTP/2의 장점을 활용해 보다 빠르고 효율적인 통신을 가능하게 합니다. .proto 파일을 통해 명확한 인터페이스를 정의하고, 여러 언어 간에 일관된 통신을 지원하는 gRPC는, 현대의 복잡한 분산 시스템 환경에서 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다. 중급 개발자라면 gRPC의 아키텍처와 동작 방식을 이해하고, 실제 프로젝트에 적용하여 보다 효율적이고 견고한 시스템을 구축할 수 있기를 바랍니다.