gRPC vs REST: Was ist besser für Ihre APIs?

Einführung

In der Welt der API-Entwicklung sind zwei große Akteure REST (Representational State Transfer) und gRPC (gRPC Remote Procedure Call). Die richtige Wahl für Ihr Projekt kann die Performance, Skalierbarkeit und Entwicklungsgeschwindigkeit erheblich beeinflussen. Dieser Blog beleuchtet die Unterschiede, Vorteile und Anwendungsfälle von REST und gRPC und hilft Ihnen dabei, eine fundierte Entscheidung zu treffen.

Wenn Sie neu im Bereich API-Testing sind, möchten Sie vielleicht mit unserem Einsteigerleitfaden zu Was ist API-Testing und wie fange ich an beginnen.

APIs

• Was ist eine API?

Eine Application Programming Interface (API) ist ein Satz von Regeln, die es verschiedenen Software-Einheiten ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. APIs ermöglichen die Integration neuer Funktionen und Dienste in Anwendungen und gewährleisten eine nahtlose Interaktion zwischen verschiedenen Systemen.

• Warum APIs wichtig sind

APIs sind das Rückgrat der modernen Softwareentwicklung. Sie ermöglichen es Entwicklern, bestehende Dienste und Frameworks zu nutzen, fördern Modularität und erleichtern eine schnelle Entwicklung. Ob Web-Anwendung, mobile App oder Cloud-Dienst - APIs spielen eine entscheidende Rolle.

Einführung in REST

Was ist REST?

REST, oder Representational State Transfer, ist ein Architekturstil für die Gestaltung vernetzter Anwendungen. RESTful-Dienste verwenden HTTP-Anfragen zur Durchführung von CRUD-Operationen (Create, Read, Update, Delete).
"Einfach ausgedrückt: Eine REST API ist ein Satz von Regeln, der Apps hilft, Informationen einfach auszutauschen."

Eine API, oder Application Programming Interface, ist ein Satz von Regeln und Protokollen, die es verschiedenen Software-Komponenten ermöglichen, miteinander zu interagieren und Daten auszutauschen. APIs sind wesentliche Bestandteile aller modernen Anwendungen und treiben still und leise an, wie unsere Lieblings-Apps, Dienste und Geräte hinter den Kulissen kommunizieren. Ohne APIs würden unsere täglichen digitalen Erfahrungen sehr anders aussehen.

Es gibt verschiedene Architekturstile für den Aufbau von APIs, jeder mit seinen eigenen Vorteilen und Kompromissen. REST gehört zu den beliebtesten und wird für seine Einfachheit, Zustandslosigkeit und ressourcenbasiertes Kommunikationsmodell geschätzt. Das macht REST zu einer flexiblen Wahl für Webdienste, die skalieren und sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln müssen.

Schlüsselprinzipien von REST

1. Zustandslosigkeit: Jede Anfrage von einem Client an einen Server muss alle Informationen enthalten, die zum Verstehen und Verarbeiten der Anfrage benötigt werden.

2. Client-Server-Architektur: Client und Server sind getrennte Einheiten, was Skalierbarkeit und Flexibilität fördert.

3. Cache-Fähigkeit: Antworten sollten als cachefähig oder nicht-cachefähig definiert werden, um die Performance zu verbessern.

4. Geschichtetes System: Ein Client kann nicht erkennen, ob er direkt mit dem End-Server oder einem Zwischensystem verbunden ist.

5. Einheitliche Schnittstelle: Vereinfacht und entkoppelt die Architektur und ermöglicht es jedem Teil, sich unabhängig zu entwickeln.
   
   

• RESTful Web-Dienste

RESTful Web-Dienste verwenden typischerweise HTTP-Methoden wie GET, POST, PUT und DELETE. Sie nutzen URLs zur Identifizierung von Ressourcen und verwenden häufig JSON oder XML für den Datenaustausch.

• Entwurfsmuster: Ressourcenorientiert

REST APIs folgen einem ressourcenorientierten Entwurfsmuster. Das bedeutet, Clients interagieren mit Ressourcen - wie Nutzern, Produkten oder Aufträgen - über dedizierte API-Endpunkte. Jede Ressource wird über einen standardisierten Satz von HTTP-Methoden aufgerufen oder modifiziert, was die Schnittstelle vorhersehbar und leicht verständlich macht.

Einführung in gRPC

Was ist gRPC?

gRPC ist ein hochleistungsfähiges, Open-Source-Framework, das von Google entwickelt wurde. Es verwendet HTTP/2 für den Transport, Protocol Buffers (Protobufs) für die Serialisierung und unterstützt mehrere Programmiersprachen.
"Einfach gesagt: gRPC ist wie ein schneller Bote, der verschiedenen Programmen hilft, sich gegenseitig zu verstehen, was ihnen die Zusammenarbeit erleichtert, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind."
Aber was macht gRPC genau zu einem so leistungsstarken Tool für die Verbindung verteilter Systeme? Im Kern ist gRPC eine Implementierung des Remote Procedure Call (RPC)-Protokolls, was bedeutet, dass es einem Programm auf einer Maschine ermöglicht, nahtlos Funktionen auf einer anderen Maschine aufzurufen, als würden beide Seite an Seite laufen.

Schlüsselprinzipien von gRPC

1. Effiziente Kommunikation: gRPC verwendet HTTP/2, das die Multiplexierung mehrerer Anfragen über eine einzelne Verbindung ermöglicht, die Latenz reduziert und Funktionen wie Flusskontrolle und Header-Komprimierung unterstützt.

2. Stark typisierte Verträge: gRPC verwendet Protocol Buffers, die eine klare und effiziente Möglichkeit bieten, Service-Methoden und Nachrichtenstrukturen zu definieren. Diese stark typisierten Service-Verträge stellen sicher, dass sowohl Client als auch Server dieselben Erwartungen an Daten und Kommunikation haben.

3. Bidirektionales Streaming: Unterstützt bidirektionales Streaming und ermöglicht so Echtzeit-Kommunikation. Mit HTTP/2 im Hintergrund ermöglicht gRPC sowohl Client als auch Server, Datenströme gleichzeitig zu senden und zu empfangen, was es ideal für interaktive Anwendungen macht.

4. Sprachagnostisch: Bietet Tools zur Generierung von Client- und Server-Code in mehreren Sprachen, sodass Teams in ihrer bevorzugten Programmierumgebung ohne Reibung arbeiten können.

Sowohl REST als auch gRPC sind leistungsstarke Tools in der API-Landschaft, jeweils für bestimmte Anforderungen und Szenarien geeignet. Das Verständnis ihrer Kernprinzipien und wie sie Software-Komponenten zur Kommunikation befähigen, ist der erste Schritt bei der Wahl des richtigen Tools für Ihr nächstes Projekt.

gRPC-Dienste

gRPC-Dienste definieren Methoden mithilfe von Protocol Buffers. Jeder Dienst besteht aus einem Satz von RPC-Methoden (Remote Procedure Call), die von Clients remote aufgerufen werden können. Die Verwendung von Protocol Buffers steigert nicht nur die Serialisierungseffizienz, sondern ermöglicht auch die automatische Code-Generierung über verschiedene Sprachen hinweg, wie Java, Python, Go und weitere. Das macht den Aufbau robuster, konsistenter APIs über ein verteiltes System hinweg deutlich einfacher.

Mit all diesen Funktionen optimiert gRPC die Art und Weise, wie moderne Anwendungen - ob Microservices oder massive Cloud-Deployments - miteinander kommunizieren und schafft die Voraussetzung für hohe Performance und einfache Skalierbarkeit.

Entwurfsmuster: Serviceorientiert

Anders als RESTful Fokus auf Ressourcen folgen gRPC APIs einem serviceorientierten Design. Hier definiert der Server aufrufbare Funktionen, sogenannte Methoden, die der Client direkt aufrufen kann - ähnlich wie der Aufruf einer Funktion im eigenen Code. Dieser Ansatz rationalisiert die Kommunikation und macht das Definieren komplexer Operationen unkompliziert, insbesondere für verteilte Systeme.

Entwurfsmuster: Serviceorientiert vs. Ressourcenorientiert

Schauen wir uns an, wie REST und gRPC ihre APIs organisieren, denn sie verfolgen zwei sehr unterschiedliche Ansätze.

• gRPC verfolgt einen serviceorientierten Ansatz.
  Stellen Sie sich vor, Ihre API als einen Satz klar definierter Funktionen zu behandeln, die auf dem Server angesiedelt sind. Mit gRPC geben Sie an, welche Funktionen verfügbar sind, und Clients können diese aufrufen, als würden sie einfach lokale Methoden aufrufen - auch wenn alles über das Netzwerk geschieht. Das schafft eine vertragsbasierte Umgebung, in der jede Operation klar mit Protocol Buffers definiert ist, sodass mehrere Programmiersprachen harmonisch zusammenspielen können. Es geht darum, sich auf Aktionen zu konzentrieren ("Tu das für mich!"), statt mit diskreten Ressourcen zu hantieren.

• REST ist von Natur aus ressourcenorientiert.
  Hier verlagert sich der Fokus von Aktionen auf Ressourcen. REST organisiert Informationen als adressierbare Einheiten - denken Sie an "Dokumente", "Nutzer" oder "Aufträge" - mit denen Sie über Standard-HTTP-Methoden wie GET, POST, PUT und DELETE interagieren. Jeder API-Endpunkt entspricht einer spezifischen Ressource, sodass Clients Daten anfordern oder verändern, indem sie mit diesen Ressourcen arbeiten, anstatt den Server direkt zur Ausführung benannter Funktionen aufzufordern.

Zusammenfassend dreht sich bei gRPCs serviceorientiertem Stil alles um den Aufruf von Remote-Prozeduren, während RESTful ressourcenorientiertes Design es Ihnen erlaubt, mit digitalen "Dingen" aus der Ferne zu arbeiten. Dieser grundlegende Unterschied beeinflusst, wie Sie moderne APIs entwerfen, aufbauen und damit interagieren.

REST vs gRPC: Eine vergleichende Analyse

Bevor wir uns mit den Unterschieden befassen, ist es wichtig zu beachten, dass REST und gRPC mehrere grundlegende Gemeinsamkeiten aufweisen, die sie zu beliebten Optionen für den Aufbau moderner APIs machen:

• Client-Server-Architektur: Beide Frameworks folgen einem klaren Client-Server-Modell, bei dem Clients Anfragen senden und Server mit Daten oder Aktionen antworten.

• HTTP als zugrunde liegendes Protokoll: REST verwendet typischerweise HTTP/1.1, während gRPC HTTP/2 nutzt, aber beide verwenden HTTP für die Kommunikation.

• Sprachagnostisch: REST und gRPC sind beide sprachagnostisch, sodass Clients und Server in einer breiten Palette von Programmiersprachen implementiert werden können.

• Zustandslosigkeit: Beide sind für Zustandslosigkeit ausgelegt - jede Anfrage enthält alle Informationen, die der Server zur Verarbeitung benötigt, ohne dass der Server den Sitzungsstatus speichern muss.

Gemeinsamkeiten und Unterschiede: gRPC vs REST

Bevor wir uns mit den Unterschieden zwischen gRPC und REST befassen, hilft es, zu erkennen, wo sie übereinstimmen:

• Client/Server-Architektur: Sowohl gRPC als auch REST basieren auf einem Client-Server-Modell. Clients stellen Anfragen und Server antworten, wobei die Rollen klar definiert und getrennt bleiben.

• Verwendung von HTTP: Jedes nutzt HTTP als Transportgrundlage - REST läuft typischerweise über HTTP/1.1, während gRPC HTTP/2 für erweiterte Funktionen nutzt.

• Sprachagnostizismus: Ob Sie in Python, Java, Go oder einer anderen Sprache programmieren - sowohl gRPC als auch REST bieten breite Sprachunterstützung und eignen sich für vielfältige Tech-Stacks.

• Zustandslosigkeit: Beide Frameworks sind zustandslos. Jede Anfrage enthält alle Informationen, die der Server benötigt, sodass dieser sich nicht an frühere Interaktionen erinnern muss.

Wesentliche Unterschiede

1. Performance:

   gRPC bietet generell bessere Performance als REST aufgrund seiner Verwendung von HTTP/2, binärer Serialisierung und effizienter Kommunikationsmechanismen. REST ist zwar noch performant, kann aber aufgrund seiner Abhängigkeit von textbasierten Protokollen und HTTP/1.1 langsamer sein.
   
   

2. Skalierbarkeit:

   Sowohl REST als auch gRPC können effektiv skalieren, aber gRPCs effiziente Kommunikation und Unterstützung für bidirektionales Streaming können es für Anwendungen mit hohem Durchsatz und geringer Latenz besser geeignet machen.
   
   

3. Entwicklungsfreundlichkeit:

   REST ist einfacher zu implementieren und zu verstehen, was es zu einer beliebten Wahl für viele Entwickler macht. gRPC ist zwar komplexer, bietet aber Tools und Bibliotheken, die die Entwicklung erleichtern, insbesondere für groß angelegte Anwendungen.
   
   

4. Sicherheit:

   Sowohl REST als auch gRPC unterstützen gängige Sicherheitsmechanismen wie TLS. REST, mit seiner Reife, verfügt über eine breite Palette von Sicherheitspraktiken und Tools. gRPC, das neuer ist, bietet ebenfalls robuste Sicherheit, erfordert aber möglicherweise zusätzliche Überlegungen für komplexe Sicherheitsanforderungen.
   
   

5. Interoperabilität:

   REST, mit seiner Verwendung von HTTP und Standard-Datenformaten wie JSON und XML, ist sehr interoperabel. gRPC ist zwar sprachagnostisch, stützt sich aber auf Protocol Buffers, was möglicherweise zusätzliches Tooling für die Integration mit Systemen erfordert, die Protobufs nicht nativ unterstützen.
   
   

6. Payload-Größe:

   gRPC-Nachrichten sind aufgrund der binären Serialisierung mit Protocol Buffers typischerweise kleiner, was zu reduziertem Bandbreitenverbrauch und schnellerer Übertragung führen kann. REST-Nachrichten, die JSON oder XML verwenden, können größer und weniger effizient sein.
   
   

7. Error-Handling:

   REST verwendet Standard-HTTP-Statuscodes für das Error-Handling, die weitgehend bekannt sind. gRPC hat eigene Statuscodes und bietet detaillierte Fehlermeldungen, was eine feinkörnigere Fehlerbehandlung ermöglicht.

Durch das Verständnis dieser grundlegenden Gemeinsamkeiten und Unterschiede können Sie eine fundierte Entscheidung darüber treffen, welches Protokoll am besten zu den Anforderungen Ihres Projekts passt.

Beim Thema Datenvalidierung gehen REST und gRPC unterschiedliche Wege.

Mit gRPC bedeutet die Verwendung von Protocol Buffers (Protobufs), dass Datenstruktur und Regeln im Voraus definiert werden. Das schafft einen klaren, stark typisierten Vertrag zwischen Client und Server. Jede ausgetauschte Nachricht muss diesen vordefinierten Strukturen entsprechen - ungültige Daten kommen schlichtweg nicht durch, da die Validierung automatisch während der Serialisierung und Deserialisierung erfolgt.

REST hingegen arbeitet typischerweise mit JSON, einem textbasierten und lose typisierten Format. Diese Flexibilität hat ihren Preis: Der Server muss eingehende Daten manuell auf korrekte Typen, Vorhandensein erforderlicher Felder und korrekte Formatierung überprüfen. Infolgedessen benötigen REST APIs zusätzliche Codezeilen und Verarbeitungszeit, um jede Anfrage zu validieren, während gRPCs Validierung im Wesentlichen auf Protokollebene "eingebaut" ist.

Unterschiede bei der Datenvalidierung zwischen gRPC und REST

Einer der wichtigen Unterschiede zwischen gRPC und REST liegt in der Handhabung der Datenvalidierung.

Bei gRPC ist die Datenvalidierung im Wesentlichen in das Framework integriert. Beim Definieren der API mit Protocol Buffers geben Sie explizit die Struktur jeder Nachricht an, einschließlich erforderlicher Felder und Datentypen. Dieser Vertrag fungiert als einzige Quelle der Wahrheit sowohl für Client als auch für Server. Infolgedessen muss jede ausgetauschte Nachricht dem definierten Schema entsprechen, und die Validierung wird automatisch als Teil des Serialisierungs- und Deserialisierungsprozesses gehandhabt. Das gewährleistet, dass ungültige oder unerwartete Daten frühzeitig abgelehnt werden, was die Kommunikation rationalisiert und manuelle Prüfungen reduziert.

REST hingegen arbeitet hauptsächlich mit flexiblen Datenformaten wie JSON oder XML. Diese Flexibilität bietet Vorteile, bedeutet aber auch, dass eingehende Daten manuell vom Server validiert werden müssen. Entwickler müssen zusätzlichen Code schreiben, um sicherzustellen, dass die Daten den erwarteten Strukturen, Typen und Einschränkungen entsprechen. Dieser manuelle Validierungsschritt kann die Komplexität erhöhen und die Performance leicht beeinträchtigen, da jeder API-Endpunkt seine eigenen Prüfmechanismen implementieren muss.

Zusammenfassend automatisiert gRPCs vertragsgesteuerter Ansatz einen Großteil des Validierungsprozesses, während REST explizite Laufzeitvalidierung erfordert, um die Datenintegrität aufrechtzuerhalten.

Wann REST vs. gRPC einsetzen?

Die Funktionen von REST und gRPC machen sie für unterschiedliche Anwendungsfälle geeignet.

Am besten für öffentliche Webdienste: REST

RESTful Merkmale sind gut geeignet für öffentliche Web-Service-APIs. REST verwendet das HTTP 1.1-Protokoll, das universelle Browser-Unterstützung genießt. gRPC hingegen ist weniger kompatibel, da es HTTP 2.0 verwendet. Obwohl gRPCs Payload kleiner ist, ist RESTful primäres Payload-Format JSON flexibler und browserfreundlicher. REST ermöglicht auch die Verwendung anderer Nachrichtenformate - HTML, Klartext, XML und YAML - was seine Flexibilität erhöht.

Am besten für interne APIs, IoT und mobile: gRPC

gRPC besitzt Funktionen, die es für interne APIs, IoT und mobile Entwicklung geeignet machen. Diese Anwendungen profitieren von gRPCs bidirektionalem Streaming, kleinen Payload-Größen und integrierter Code-Generierung. gRPCs geringe Nachrichtengröße macht es für diese Anwendungen performanter und skalierbarer als REST.

gRPCs geringe Browser-Unterstützung macht es für interne APIs (nicht-öffentlich) und mobile Entwicklung geeignet. Mobile Anwendungen benötigen in der Regel keinen Browser, und gRPCs geringe Nachrichtengröße kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit des mobilen Geräts aufrechterhalten.

IoT APIs benötigen bidirektionales Streaming, da viele Geräte möglicherweise gleichzeitig Nachrichten an einen API-Server senden. gRPC kann mehrere Anfragen von mehreren Clients gleichzeitig verarbeiten und beantworten. REST hingegen unterstützt nur unäre Kommunikation. IoT APIs benötigen aufgrund eingeschränkter Bandbreite auch leichtgewichtiges Messaging. Schließlich ist es einfacher, mit gRPC IoT-Geräte wie Telefone mit Backend-APIs zu verbinden.

Am besten für Microservices: Die Jury ist noch uneinig

Sowohl REST als auch gRPC werden für Microservices eingesetzt. Obwohl REST häufiger für Microservices verwendet wird, sind gRPCs Funktionen besonders für diesen Bereich geeignet.

Microservices-Architekturen können gRPCs integrierte Code-Generierung nutzen, um Microservices, die in verschiedenen Programmiersprachen geschrieben sind, zur Kommunikation zu befähigen. gRPCs Payload-Größe und bidirektionales Streaming ermöglichen auch schnellere und effizientere Kommunikation zwischen Microservices.
Mit gRPC definieren Entwickler ihre Dienste und Nachrichtenformate mithilfe von Protocol Buffers-Dateien. Diese Definitionen werden dann kompiliert und erzeugen Client- und Server-Code in mehreren Sprachen wie Go, Java, Python und C#. Für den Client enthält der generierte Code Method-Stubs, die die Serialisierung, Netzwerkkommunikation und Antwortverarbeitung automatisch übernehmen. Serverseitig erhalten Entwickler eine Basisklasse, die sie implementieren können, um die Geschäftslogik des Dienstes zu definieren.

Diese native Code-Generierung rationalisiert die Entwicklung und reduziert Boilerplate, was den Aufbau und die Wartung konsistenter APIs in einem polyglottes Microservices-Ökosystem erleichtert. Im Gegensatz dazu können REST APIs zwar in jeder Sprache aufgebaut werden, bieten aber nicht dieses Niveau an integrierter, sprachagnostischer Code-Generierung von Haus aus.

Einer von gRPCs Hauptvorteilen liegt in seiner Verwendung von Protocol Buffers (Protobuf) zur Definition von Diensten und Datenstrukturen. Entwickler erstellen Dateien, die die Service-Methoden und Nachrichten beschreiben, und verwenden dann den Protobuf-Compiler, um Client- und Server-Code in mehreren Programmiersprachen zu generieren, wie Go, Java, Python und C#. Dieser generierte Code rationalisiert den Prozess: Für Clients enthält er Method-Stubs, die Datenserialisierung, Netzwerkaufrufe und Antwortbehandlung übernehmen; für Server bietet er eine Basisklasse zur Implementierung der Dienst-Logik. Diese automatische Code-Generierung reduziert Boilerplate, erzwingt Konsistenz und beschleunigt die Entwicklung in polyglottes Umgebungen.

Obwohl REST APIs ebenfalls in fast jeder Sprache aufgebaut werden können, bieten sie keine native, standardisierte Unterstützung für Code-Generierung. Entwickler, die mit REST arbeiten, greifen häufig auf Tools von Drittanbietern wie Swagger/OpenAPI für ähnliche Funktionen zurück, die aber nicht die tiefe Integration und die integrierte Unterstützung bieten, die gRPC und Protobuf bereitstellen.

Durch die Kombination effizienter Serialisierung, integrierter Code-Generierung und hochleistungsfähigem Streaming hebt sich gRPC als starke Option für die Kommunikation zwischen Microservices hervor, insbesondere in groß angelegten, mehrsprachigen Systemen.

Ist gRPC besser als REST API?

Sowohl gRPC als auch REST API haben ihre Anwendungsfälle. gRPC glänzt in hochleistungsfähigen Umgebungen, unterstützt bidirektionales Streaming und verwendet Protocol Buffers für effiziente Serialisierung. REST API ist einfacher, flexibler und besser geeignet für Web-Anwendungen oder bei der Interaktion mit mehreren Programmiersprachen.

Fazit

Abschließende Gedanken

Sowohl REST als auch gRPC haben ihre Stärken und Schwächen. Die Wahl zwischen beiden hängt von Ihren spezifischen Anforderungen ab, etwa Performance-Anforderungen, Entwicklungsfreundlichkeit und Skalierbarkeit.

Was sollten Sie wählen?

Für öffentliche APIs und einfache CRUD-Operationen ist REST aufgrund seiner Einfachheit und breiten Akzeptanz häufig die beste Wahl. Für hochleistungsfähige Systeme mit geringer Latenz und Echtzeit-Kommunikation ist gRPC die besser geeignete Option.

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