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Luiz Bernardo
Luiz Bernardo

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Avaliação comparativa entre gRPC e REST com .NET Core

Resultados preliminares do meu projeto para o mestrado da UFABC

Título do Projeto

Avaliação comparativa entre gRPC e REST com .NET Core

Objetivo

Comparar duas formas de execução de API para definir qual seria a mais performática quanto a tempo de execução em milissegundos dentro de um contexto específico.

Motivação e Desafios de Pesquisa

Com o avanço das tecnologias de sistemas distribuídos em computação em nuvem tem sido cada vez mais importante a utilização de padrões que ajudem com a performance de comunicação.

O REST foi criado em 2000 como uma interface de programação de aplicações e ganhou espaço e apreço dos desenvolvedores, porém, o cenário na qual o REST foi criado ainda não tinha ampla utilização da computação em nuvem como no cenário atual.

Sistemas distribuídos em diferentes tecnologias e arquiteturas computacionais têm demonstrado uma sobrecarga em alguns sistemas distribuídos complexos por limitações naturais de performance, com isso vejo a necessidade de buscar novas formas, arquiteturas e protocolos mais performáticos do que o padrão atual de REST para cenários complexos.

No gRPC as mensagens são serializadas em Protobuf, um formato de mensagem binária que serializa rapidamente no cliente e no servidor.

Uma mensagem gRPC é sempre menor do que uma mensagem JSON equivalente. Outro ponto importante é que o gRPC foi projetado para HTTP/2, uma revisão importante do HTTP que fornece benefícios significativos de desempenho.

A tabela a seguir fornece uma comparação dos recursos entre as APIs gRPC e REST.

Comparativos

Figura 1 - Tabela compartativa entre as APIs gRPC e REST

Desta forma para atender ao objetivo dessa avaliação irei comparar o tempo de execução de uma aplicação utilizando o protocolo gRPC e a mesma aplicação usando o padrão REST.

Métricas

Utilizarei média aritmética simples, representada por ∑ x i /n. Onde x i é o tempo de execução em milissegundos e o n será o número de iterações realizadas.

Indicadores

Para apoiar a análise dos resultados estarei utilizando três indicadores que serão referenciados a seguir em todo experimento como Error, StdDev e Median. Onde:

Error: índice que calcula a metade do intervalo de confiança de 99,9%

StdDev: índice que calcula o desvio padrão de todas as medições

Median: índice que calcula o valor que separa a metade mais alta de todas as medições

Carga de Trabalho

Os serviços podem ser executados de forma independente para análise dos resultados pertinentes ao propósito de cada um.

Para executar os projetos, em um prompt de comando, siga as instruções abaixo.

Para execução do API REST

cd gRPCvsREST\RestAPI
dotnet run -c Releas
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Para execução do Serviço gRPC

cd gRPCvsREST\GrpcService
dotnet run -c Releas
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Para avaliação comparativa dos protocolos usando o Benchmark

cd gRPCvsREST\Client
dotnet run -c Release
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Ferramentas, Plataformas, Software

Para comparação entre o desempenho do gRPC (HTTP/2 com Protobuf) e do REST (HTTP com JSON) criei duas aplicações utilizando a linguagem .NET Core, uma para cada protocolo.As aplicações estao disponíveis no repositorio do GitHub https://github.com/brbernardo/gRPCvsREST

Para geração dos resultados foi utilizada a biblioteca de código aberto BenchmarkDotNet. A aplicações estão disponíveis no repositório do GitHub

https://github.com/brbernardo/BenchmarkDotNet

Inclui uma cópia do BenchmarkDotNet no repositório gRPCvsREST para facilitar reproduções futuras.

Para execução do experimento utilizarei um servidor virtual Ubuntu hospedado na plataforma Digitalocean com 1 vCPU AMD e 1 gigabyte de memória ram.

Será necessário a instalação do servidor gRPC para execução do projeto. Os passos para a instalação estão descritos nesta URL https://docs.microsoft.com/pt-br/aspnet/core/tutorials/grpc/grpc-start?view=aspnetcore-3.1&tabs=visual-studio-code

Parâmetros, Fatores e Níveis

Utilizaremos o parâmetro de milissegundos em todo o experimento

Os fatores relevantes a esse experimento são o consumo de memória ram e rom, taxa de carregamento do sistema e processos em execução

Níveis do servidor no momento do teste

System load:  0.05
Usage of /:   10.2% of 24.06GB
Memory usage: 23%
Swap usage:   0%
Processes:    99
Enter fullscreen mode Exit fullscreen mode

Descrição dos Experimentos

A execução de experimentos será através da execução dos métodos GrpcGetMenssage feito em gRPC e RestGetMessage feito em REST. É através da observação da aplicação de Benchmark com 100 e 200 iterações.

As métricas e os indicadores podem variar e nos resultados apresentarei os números consolidados ao final da quantidade de iterações.

Legenda dos resultados

  • Method: método usado na comparação
  • IterationCount: número de iterações
  • Mean: média aritmética de todas as medições
  • Error: metade do intervalo de confiança de 99,9%
  • StdDev: desvio padrão de todas as medições
  • Median: valor que separa a metade mais alta de todas as medições
  • 1 us: 1 microssegundo (0.000001 segundo)

Resultados

Como os experimentos de avaliação de desempenho serão conduzidos. Haverá apenas um tipo de experimentos ou tipos diferentes? Tipos podem variar de acordo com os objetivos, como a duração, o tipo de carga de trabalho, etc.

A tabela a seguir exibe os resultados da execução do Benchmark.

resultados

Figura 2 - Tabela de resultados

O gráfico a seguir evidencia o ganho de desempenho considerável ao usar o gRPC.

Grafico de resultados

Figura 3 - Grafico de resultados

Considerações finais e análise

No experimento o gRPC se demonstrou um pouco mais performático, 3 vezes mais em comparação com o Rest, em termos de tempo de execução.

Foi observado um considerável aumento da complexidade de execução de carga de trabalho quando comparados. O gRPC possui uma complexidade maior por necessitar da criação do servidor de serviço.

Os níveis de utilização do servidor se manteve equivalente na execução dos projetos se desconsiderarmos o consumo do servidor do serviço gRPC.

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