什么是 protobuf ?(protocol buffers )

硅谷探秘者 算法基础 423 0 0

一、什么是protobuf?

在移动互联网时代,手机流量、电量是最为有限的资源,而移动端的即时通讯应用无疑必须得直面这两点。

解决流量过大的基本方法就是使用高度压缩的通信协议,而数据压缩后流量减小带来的自然结果也就是省电:因为大数据量的传输必然需要更久的网络操作、数据序列化及反序列化操作,这些都是电量消耗过快的根源。

当前即时通讯应用中最热门的通信协议无疑就是Google的Protobuf了,基于它的优秀表现,微信和手机QQ这样的主流IM应用也早已在使用它。

Google Protocol Buffer( 简称 Protobuf) 是 Google 公司内部的混合语言数据标准,目前已经正在使用的有超过 48,162 种报文格式定义和超过 12,183 个 .proto 文件。他们用于 RPC 系统和持续数据存储系统。

Protocol Buffers 是一种轻便高效的结构化数据存储格式,可以用于结构化数据串行化,或者说序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。支持多种开发语言:C++、Java、Python、Objective-C、C#、JavaNano、JavaScript、Ruby、Go、PHP,基本上主流的语言都已支持。

Protocol Buffers和xml,json一样都是消息传输过程中的一种编码方式、或协议,它和xml、json相比主要的优点就是内容更少,传输更快,解析更快。

二、优缺点:

  • 优点:空间效率搞,时间效率要高,对于数据大小敏感,传输效率高的
  • 缺点:消息结构可读性不高,序列化后的字节序列为二进制序列不能简单的分析有效性;

三、Ptotocol buffers下载安装与配置:

Windows为例:

官网地址:https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases

解压后将文件中的bin目录配置到path环境变量中:

命令窗口中执行:protoc --version 会出现版本信息,则说明配置成功

四、编写proto文件

编写proto文件,生成对应对的类。

创建Person.proto文件

syntax = "proto3"; // proto3 必须加此注解

option java_package = "com.weblog"; // 生成类的包名,注意:会在指定路径下按照该包名的定义来生成文件夹
option java_outer_classname="WeblogPerson"; // 生成类的类名,注意:下划线的命名会在编译的时候被自动改为驼峰命名

message Person {
  string name = 1;
  int32 age = 2;
  int32 height = 3;
  int32 weight = 4;
  enum Sex {
    GIRL = 0;
    BOY = 1;
  }
  Sex sex = 5;
  message Phone{
    string number = 1;
    string isp = 2;
  }
  Phone phone = 6;
}

在文件所在目录的cmd窗口中执行如下命令:protoc -I=./ --java_out=./ ./Person.proto

配置的包下会生成java文件

命令参数:

  • -I 等价于 -proto_path:指定 .proto 文件所在的路径
  • --java_out:编译成 java 文件时,文件输出目标路径,如果是c++则参数为--cpp_out
  • ./Person.proto:指定需要编译的 .proto 文件

把java文件放到项目中就可以使用了,当然要引入对应的版本的pom文件

        <dependency>
            <groupId>com.google.protobuf</groupId>
            <artifactId>protobuf-java</artifactId>
            <version>3.17.3</version>
        </dependency>

五、java为例何如使用

package com.weblog;

import com.google.protobuf.ByteString;
import com.google.protobuf.InvalidProtocolBufferException;

import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.IOException;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        WeblogPerson.Person.Builder person = WeblogPerson.Person.newBuilder();
        person.setName("张三");
        person.setAge(12);
        person.setHeight(150);
        person.setSex(WeblogPerson.Person.Sex.GIRL);

        WeblogPerson.Person.Phone.Builder phone = WeblogPerson.Person.Phone.newBuilder();
        phone.setNumber("1867678976");
        phone.setIsp("移动");
        person.setPhone(phone);

        //方案1:序列化和反序列化
        //序列化
//        byte[] bytes = person.build().toByteArray();
//        //反序列化
//        WeblogPerson.Person p = WeblogPerson.Person.parseFrom(bytes);
//        System.out.println(p.getAge());
//        System.out.println(p.getSex());

        //方案2:ByteString
        //序列化
//        ByteString bytes2 = person.build().toByteString();
//        System.out.println(bytes2);
//        //反序列化
//        WeblogPerson.Person p2 = WeblogPerson.Person.parseFrom(bytes2);
//        System.out.println(p2.getSex());

        //方案3:InputStream
        ByteArrayInputStream inputStream = new ByteArrayInputStream(person.build().toByteArray());
        WeblogPerson.Person p3 = WeblogPerson.Person.parseFrom(inputStream);
        inputStream.close();
        System.out.println(p3.getSex());
    }
}

看完这个简单的例子之后,希望您已经能理解 Protobuf 能做什么了,那么您可能会说,世上还有很多其他的类似技术啊,比如 XML,JSON,Thrift 等等。和他们相比,Protobuf 有什么不同呢?

简单说来 Protobuf 的主要优点就是:简单,快。这有测试为证,项目 thrift-protobuf-compare 比较了这些类似的技术,图 1 显示了该项目的一项测试结果,Total Time.

Total Time 指一个对象操作的整个时间,包括创建对象,将对象序列化为内存中的字节序列,然后再反序列化的整个过程。从测试结果可以看到 Protobuf 的成绩很好。

更多参考:https://github.com/eishay/jvm-serializers/wiki

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