gRPC vs REST: あなたのAPIにはどちらが適していますか？

はじめに

API開発の世界において、2つの主要な存在として REST （Representational State Transfer）とgRPC（gRPC Remote Procedure Call）があります。プロジェクトに合った方を選ぶことは、パフォーマンス、スケーラビリティ、開発のしやすさに大きな影響を与えます。このブログでは、RESTとgRPCの違い、メリット、ユースケースを掘り下げ、情報に基づいた選択ができるようにご説明します。

APIテストが初めての方は、まずAPIテストとは何か・始め方のガイドをご覧ください。

API

• APIとは何か？

Application Programming Interface（API）は、異なるソフトウェアエンティティが互いに通信するためのルールの集合です。APIは新しい機能やサービスをアプリケーションに統合し、異なるシステム間のシームレスなやり取りを実現します。

• APIが重要な理由

APIは現代のソフトウェア開発の根幹をなしています。開発者が既存のサービスやフレームワークを活用し、モジュール性を高め、迅速な開発を促進します。Webアプリケーション、モバイルアプリ、クラウドサービスを問わず、APIは重要な役割を担っています。

RESTの概要

RESTとは何か？

REST（Representational State Transfer）は、ネットワークアプリケーションを設計するためのアーキテクチャスタイルです。RESTfulサービスはHTTPリクエストを使用してCRUD（作成・読み取り・更新・削除）操作を実行します。
「シンプルに言えば、REST APIはアプリが情報を簡単に共有するためのルールの集合です。」

API（Application Programming Interface）は、異なるソフトウェアコンポーネントが相互作用してデータを交換できるようにするルールとプロトコルの集合です。APIはすべての現代アプリケーションの不可欠なコンポーネントであり、お気に入りのアプリ、サービス、デバイスが裏側でどのように通信しているかを静かに支えています。APIなしには、私たちの日常のデジタル体験は全く異なるものになるでしょう。

APIを構築するためのさまざまなアーキテクチャスタイルがあり、それぞれにメリットとトレードオフがあります。RESTはその中でも最も人気のあるスタイルの一つで、シンプルさ、ステートレス性、リソースベースの通信モデルで重宝されています。これにより、RESTはスケールアップと進化が必要なWebサービスにとって柔軟な選択肢となっています。

RESTの主要な原則

1. ステートレス性: クライアントからサーバーへの各リクエストは、リクエストを理解して処理するために必要なすべての情報を含んでいる必要があります。

2. クライアント-サーバーアーキテクチャ: クライアントとサーバーは別々のエンティティであり、スケーラビリティと柔軟性を促進します。

3. キャッシュ可能性: パフォーマンスを向上させるために、レスポンスはキャッシュ可能またはキャッシュ不可と定義される必要があります。

4. 階層化システム: クライアントは直接エンドサーバーに接続しているのか、中間サーバーを介しているのかを判別できません。

5. 統一インターフェース: アーキテクチャをシンプルにして分離し、各部分が独立して進化できるようにします。
   
   

• RESTful Webサービス

RESTful Webサービスは通常、GET、POST、PUT、DELETEなどのHTTPメソッドを使用します。リソースの識別にURLを活用し、データ交換にはJSONまたはXMLを使用することが一般的です。

• 設計パターン: リソース指向

REST APIはリソース指向の設計パターンに従います。これはクライアントが専用のAPIエンドポイントを通じて、ユーザー、製品、注文などのリソースと対話することを意味します。各リソースは標準的なHTTPメソッドのセットを使用してアクセスまたは変更されるため、インターフェースは予測可能で理解しやすくなります。

gRPCの概要

gRPCとは何か？

gRPCはGoogleが開発した高性能のオープンソースフレームワークです。トランスポートにHTTP/2を使用し、シリアライゼーションにProtocol Buffers（protobufs）を使用し、複数のプログラミング言語をサポートしています。
「シンプルに言えば、gRPCは異なるプログラムが互いを理解できるようにする高速なメッセンジャーのようなもので、たとえ遠く離れていても一緒に動作しやすくします。」
しかし、gRPCが分散システムを接続するための強力なツールである理由は何でしょうか？その核心において、gRPCはRemote Procedure Call（RPC）プロトコルの実装であり、1台のマシンで実行されているプログラムが、両方が並んで実行されているかのように別のマシン上の関数をシームレスに呼び出せるようにします。

gRPCの主要な原則

1. 効率的な通信: gRPCはHTTP/2を使用しており、単一の接続で複数のリクエストを多重化し、レイテンシを削減してフロー制御やヘッダー圧縮などの機能をサポートします。

2. 強型付きコントラクト: gRPCはProtocol Buffersを使用し、サービスメソッドとメッセージ構造を明確かつ効率的に定義する方法を提供します。これらの強型付きサービスコントラクトにより、クライアントとサーバーがデータと通信に関して同じ期待値を共有することを保証します。

3. 双方向ストリーミング: 双方向ストリーミングをサポートし、リアルタイム通信を可能にします。HTTP/2を基盤として、gRPCはクライアントとサーバーの両方が同時にデータストリームを送受信できるため、インタラクティブなアプリケーションに理想的です。

4. 言語非依存: 複数の言語でクライアントとサーバーのコードを生成するツールを提供するため、チームは摩擦なく好みのプログラミング環境で作業できます。

RESTとgRPCは両方ともAPIランドスケープにおける強力なツールであり、それぞれ特定のニーズとシナリオに適しています。コアな原則と、ソフトウェアコンポーネントが通信できるようにする方法を理解することが、次のプロジェクトに適したツールを選択するための第一歩です。

gRPCサービス

gRPCサービスはProtocol Buffersを使用してメソッドを定義します。各サービスは、クライアントがリモートで呼び出せるRPC（Remote Procedure Call）メソッドのセットで構成されています。Protocol Buffersの使用は、シリアライゼーション効率を高めるだけでなく、Java、Python、Goなど多様な言語にわたる自動コード生成を可能にします。これにより、分散システム全体で堅牢で一貫したAPIを構築することがはるかに簡単になります。

これらすべての機能により、gRPCはマイクロサービスであれ大規模なクラウドデプロイメントであれ、現代のアプリケーションが互いに通信する方法を合理化し、高性能と容易なスケーラビリティの舞台を整えます。

設計パターン: サービス指向

RESTがリソースに焦点を当てるのとは異なり、gRPC APIはサービス指向の設計に従います。ここでは、サーバーがクライアントが直接呼び出せる関数（メソッド）を定義します。これは自分のコードで関数を呼び出すようなもので、特に分散システムにおいて通信を合理化し、複雑な操作の定義を簡単にします。

設計パターン: サービス指向 vs. リソース指向

RESTとgRPCがAPIをどのように組織するかについて話しましょう。両者はまったく異なるアプローチを取っています。

• gRPCはサービス指向アプローチを取ります。
  APIをサーバー上に存在する明確に定義された関数のセットとして扱うことを想像してください。gRPCでは、利用可能な関数を指定し、クライアントはネットワーク越しにすべてが行われているにもかかわらず、ローカルメソッドを呼び出すかのようにこれらを呼び出せます。これにより、Protocol Buffersを使用して各操作が明確に定義されたコントラクトベースの環境が作成され、複数のプログラミング言語が調和よく連携しやすくなります。リソースを個別に操作するのではなく、アクション（「これをやってください！」）に焦点を当てることがすべてです。

• RESTは設計上リソース指向です。
  ここでは、焦点がアクションからリソースにシフトします。RESTは情報を「ドキュメント」「ユーザー」「注文」などのアドレス可能なエンティティとして組織し、GET、POST、PUT、DELETEなどの標準的なHTTPメソッドを使用してやり取りします。各APIエンドポイントは特定のリソースに対応するため、クライアントはサーバーに名前付き関数を直接実行するよう求めるのではなく、これらのリソースを操作することでデータをリクエストまたは変更します。

まとめると、gRPCのサービス指向スタイルはリモートプロシージャの呼び出しに関するものであり、RESTのリソース指向設計はデジタルな「もの」を遠くから操作できるようにします。この根本的な違いが、現代のAPIの設計、構築、インタラクションの方法に影響を与えます。

REST vs gRPC: 比較分析

違いに入る前に、RESTとgRPCが現代のAPIを構築するための人気の選択肢となっている共通の基盤となる類似点がいくつかあることに注目することが重要です:

• クライアント-サーバーアーキテクチャ: 両方のフレームワークは明確なクライアント-サーバーモデルに従っており、クライアントがリクエストを送信し、サーバーがデータまたはアクションで応答します。

• 基礎プロトコルとしてのHTTP: RESTは通常HTTP/1.1を使用し、gRPCはHTTP/2を活用しますが、両方とも通信にHTTPを利用します。

• 言語非依存: RESTとgRPCは両方とも言語非依存であり、クライアントとサーバーを幅広いプログラミング言語で実装できます。

• ステートレス性: 両方ともステートレスになるよう設計されており、各リクエストにはサーバーが処理するために必要なすべての情報が含まれるため、サーバーがセッション状態を保存する必要がありません。

類似点と相違点: gRPC vs REST

gRPCとRESTを区別するものに入る前に、両者が一致する点を認識することが助けになります:

• クライアント/サーバーアーキテクチャ: gRPCとRESTの両方がクライアント-サーバーモデルで動作します。クライアントがリクエストを行い、サーバーが応答するため、役割が明確に定義されて分離されています。

• HTTPの使用: それぞれがHTTPをトランスポートの基盤として活用します。RESTは通常HTTP/1.1で実行され、gRPCはより高度な機能のためにHTTP/2を利用します。

• 言語非依存性: Python、Java、Goなどでコーディングする場合でも、gRPCとRESTの両方が広範な言語サポートを提供しており、多様な技術スタックに適しています。

• ステートレス性: 両方のフレームワークはステートレスです。すべてのリクエストはサーバーが必要とするすべての情報を運ぶため、サーバーが以前のやり取りを記憶する必要がありません。

主な違い

1. パフォーマンス:

   gRPCは一般的に、HTTP/2の使用、バイナリシリアライゼーション、効率的な通信メカニズムにより、RESTよりも優れたパフォーマンスを提供します。RESTは依然としてパフォーマンスが高いですが、テキストベースのプロトコルとHTTP/1.1への依存により、より遅くなる可能性があります。
   
   

2. スケーラビリティ:

   RESTとgRPCの両方が効果的にスケールできますが、gRPCの効率的な通信と双方向ストリーミングのサポートにより、高スループット、低レイテンシのアプリケーションにより適している場合があります。
   
   

3. 開発のしやすさ:

   RESTは実装と理解が容易で、多くの開発者に人気の選択肢となっています。gRPCはより複雑ですが、特に大規模アプリケーションの開発を簡素化するツールとライブラリを提供しています。
   
   

4. セキュリティ:

   RESTとgRPCの両方がTLSなどの一般的なセキュリティメカニズムをサポートしています。RESTは成熟度が高く、幅広いセキュリティプラクティスとツールを持っています。gRPCは比較的新しいですが、堅牢なセキュリティを提供しますが、複雑なセキュリティ要件には追加の考慮が必要かもしれません。
   
   

5. 相互運用性:

   RESTはJSONやXMLなどのHTTPと標準データ形式の使用により、高い相互運用性を持っています。gRPCは言語非依存ですが、Protocol Buffersに依存しており、protobufsをネイティブにサポートしないシステムとの統合には追加のツールが必要な場合があります。
   
   

6. ペイロードサイズ:

   gRPCメッセージはProtocol Buffersによるバイナリシリアライゼーションのため通常小さく、帯域幅使用量の削減と高速な転送につながります。JSONまたはXMLを使用するRESTメッセージは大きく、効率が低い場合があります。
   
   

7. エラーハンドリング:

   RESTはエラーハンドリングに広く理解されている標準のHTTPステータスコードを使用します。gRPCは独自のステータスコードを持ち、詳細なエラーメッセージを提供し、よりきめ細かいエラーハンドリングを実現します。

これらの核心的な類似点と相違点を理解することで、プロジェクトのニーズに最も適したプロトコルについて情報に基づいた決定ができます。

データ検証に関して、RESTとgRPCは異なるアプローチを取ります。

gRPCでは、Protocol Buffers（protobufs）の使用により、データ構造とルールが事前に定義されます。これにより、クライアントとサーバー間に明確で強型付きのコントラクトが作成されます。交換されるすべてのメッセージはこれらの事前定義された構造に準拠する必要があり、無効なデータはシリアライゼーションとデシリアライゼーション中に自動的に検証されるため、通過できません。

一方、RESTは通常、テキストベースで緩く型付けされたJSONと連携します。この柔軟性にはコストがかかります。サーバーは受信データを正しい型、必須フィールドの存在、適切なフォーマットについて手動でチェックする必要があります。その結果、REST APIは各リクエストを検証するために追加のコード行と処理時間が必要ですが、gRPCの検証はプロトコルレベルで本質的に「組み込まれて」います。

gRPCとRESTのデータ検証の違い

gRPCとRESTの重要な区別の一つは、各々がデータ検証を処理する方法にあります。

gRPCでは、データ検証は本質的にフレームワークに組み込まれています。Protocol Buffersを使用してAPIを定義する際、必須フィールドとデータ型を含む各メッセージの構造を明示的に指定します。このコントラクトはクライアントとサーバーの両方にとって真実のソースとして機能します。その結果、交換されるすべてのメッセージは定義されたスキーマに準拠する必要があり、検証はシリアライゼーションとデシリアライゼーションプロセスの一部として自動的に処理されます。これにより、無効または予期しないデータが早期に拒否され、通信が合理化され、手動チェックが削減されます。

RESTは一方で、主にJSONやXMLなどの柔軟なデータ形式で動作します。この柔軟性はメリットをもたらしますが、受信データはサーバーが手動で検証する必要があることも意味します。開発者はデータが期待される構造、型、制約に準拠していることを確認するための追加コードを記述する必要があります。この手動検証ステップは複雑さを加え、各APIエンドポイントが独自のチェックメカニズムを実装する必要があるため、パフォーマンスにわずかな影響を与える可能性があります。

まとめると、gRPCのコントラクト駆動アプローチは検証プロセスの多くを自動化しますが、RESTはデータの整合性を維持するために明示的なランタイム検証が必要です。

RESTとgRPCの使い分けは？

RESTとgRPCの機能は、それぞれ異なるユースケースに適しています。

公開Webサービスに最適: REST

RESTの機能は公開WebサービスAPIに適しています。RESTはHTTP 1.1プロトコルを使用し、ユニバーサルなブラウザサポートがあります。一方、gRPCはHTTP 2.0を使用するため、互換性が低くなります。gRPCのペイロードは小さいですが、RESTの主要なペイロード形式であるJSONはより柔軟でブラウザに優しい形式です。RESTはHTML、プレーンテキスト、XML、YAMLなど他のメッセージ形式も使用でき、柔軟性が高まります。

内部API、IoT、モバイルに最適: gRPC

gRPCには内部API、IoT、モバイル開発に適した機能があります。これらのアプリケーションはgRPCの双方向ストリーミング、小さいペイロードサイズ、組み込みのコード生成から恩恵を受けます。gRPCの小さいメッセージサイズにより、これらのアプリケーションではRESTよりも高性能でスケーラブルです。

gRPCの低いブラウザサポートにより、内部API（非公開）とモバイル開発に適しています。モバイルアプリケーションは通常ブラウザを必要とせず、gRPCの小さいメッセージサイズはモバイルデバイスの処理速度を維持できます。

IoT APIは、多くのデバイスがAPIサーバーに同時にメッセージを送信する可能性があるため、双方向ストリーミングが必要です。gRPCは複数のクライアントからの複数のリクエストを同時に処理して応答できます。RESTは単方向通信のみをサポートします。IoT APIはまた、制約された帯域幅のために軽量なメッセージングが必要です。最後に、gRPCを使用してスマートフォンなどのInternet of Things（IoT）デバイスをバックエンドAPIに接続する方が容易です。

マイクロサービスに最適: 評決は出ていない

RESTとgRPCの両方がマイクロサービスに使用されています。RESTはマイクロサービスにより広く使用されていますが、gRPCの機能はこのドメインに特に適しています。

マイクロサービスアーキテクチャは、gRPCの組み込みコード生成を活用して、異なるプログラミング言語で書かれたマイクロサービスが通信できるようにします。gRPCのペイロードサイズと双方向ストリーミングにより、マイクロサービス間のより高速で効率的な通信も可能になります。
gRPCでは、開発者はProtocol Buffers（.protoファイル）を使用してサービスとメッセージフォーマットを定義します。これらの定義はコンパイルされ、Go、Java、Python、C#などの複数の言語でクライアントとサーバーのコードが生成されます。クライアントの場合、生成されたコードにはシリアライゼーション、ネットワーク通信、レスポンスの解析を自動的に処理するメソッドスタブが含まれます。サーバー側では、開発者はサービスのビジネスロジックを定義するために実装できるベースクラスを受け取ります。

このネイティブコード生成により開発が合理化され、ボイラープレートが削減されるため、ポリグロットなマイクロサービスエコシステム全体で一貫したAPIを構築・維持しやすくなります。対照的に、REST APIはどんな言語でも構築できますが、このレベルの組み込みの言語非依存コード生成はすぐに利用できません。

gRPCの主要なメリットの一つは、サービスとデータ構造を定義するためのProtocol Buffers（Protobuf）の使用から来ています。開発者はサービスメソッドとメッセージを記述する.protoファイルを作成し、Protobufコンパイラを使用してGo、Java、Python、C#などの複数のプログラミング言語でクライアントとサーバーのコードを生成します。この生成されたコードはプロセスを合理化します。クライアントには、データシリアライゼーション、ネットワーク呼び出し、レスポンス処理を処理するメソッドスタブが含まれます。サーバーには、サービスロジックを実装するためのベースクラスが提供されます。この自動コード生成により、ボイラープレートが削減され、一貫性が強制され、ポリグロット環境全体での開発が加速されます。

REST APIもほぼどんな言語でも構築できますが、コード生成のネイティブで標準化されたサポートは提供されていません。RESTを使用する開発者は類似の機能のためにSwagger/OpenAPIなどのサードパーティツールに依存することが多いですが、これらはgRPCとProtobufが提供する深い統合とすぐに使えるサポートが不足しています。

効率的なシリアライゼーション、組み込みのコード生成、高性能ストリーミングを組み合わせることで、gRPCはマイクロサービス間の通信、特に大規模なマルチ言語システムにおける強力な選択肢として際立っています。

gRPCはREST APIよりも優れていますか？

gRPCとREST APIはそれぞれユースケースがあります。gRPCは高性能環境で優れており、双方向ストリーミングをサポートし、効率的なシリアライゼーションにProtocol Buffersを使用します。REST APIはよりシンプルで柔軟性が高く、Webアプリケーションや複数のプログラミング言語との相互作用に適しています。

結論

まとめ

RESTとgRPCはそれぞれ強みと弱みがあります。どちらを選ぶかは、パフォーマンス要件、開発のしやすさ、スケーラビリティなど、具体的なニーズによって異なります。

どちらを選ぶべきか？

公開APIとシンプルなCRUD操作には、シンプルさと広い採用から、RESTが最良の選択であることが多いです。高性能、低レイテンシのシステムとリアルタイム通信には、gRPCがより適した選択肢です。

よくある質問

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