一文简单聊聊protobuf

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基本介绍

原理

同类对比

为什么要使用protobuf?

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基本介绍

protobuf的全称是Protocol Buffer，是Google提供的一种数据序列化协议。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序列化，很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。它可用于通讯协议、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。  

结构化数据是最为常见和熟悉的数据形态，它由明确定义的信息组成，并以高度组织化的表格或数据库进行存储和管理。正如字面上表达的，就是带有一定结构的数据。比如电话簿上有很多记录数据，每条记录包含姓名、ID、邮件、电话等，这种结构重复出现。

目前Protobuf官方工程主页上显示的已支持的开发语言多达10种，分别有：C++、Java、Python、Objective-C、C#、JavaNano、JavaScript、Ruby、Go、PHP，基本上主流的语言都已支持 

 

• 2001年初，Protobuf首先在Google内部创建， 我们把它称之为 proto1，一直以来在Google的内部使用，其中也不断的演化，根据使用者的需求也添加很多新的功能，一些内部库依赖它。几乎每个Google的开发者都会使用到它。
• Google开始开源它的内部项目时，因为依赖的关系，所以他们决定首先把Protobuf开源出去。 proto1在演化的过程中有些混乱，所以Protobuf的开发者重写了Protobuf的实现，保留了proto1的大部分设计，以及proto1的很多的想法。但是开源的proto2不依赖任何的Google的库，代码也相当的清晰。2008年7月7日，Protobuf开始公布出来。
• Protobuf公布出来也得到了大家的广泛的关注， 逐步地也得到了大家的认可，很多项目也采用Protobuf进行消息的通讯，还有基于Protobuf的微服务框架GRPC。在使用的过程中，大家也提出了很多的意见和建议，Protobuf也在演化，于2016年推出了Proto3。 Proto3简化了proto2的开发，提高了开发的效能，但是也带来了版本不兼容的问题。

原理

ProtoBuf 是通过ProtoBuf编译器将与编程语言无关的特有的 .proto 后缀的数据结构文件编译成各个编程语言(Java,C/C++,Python)专用的类文件,然后通过Google提供的各个编程语言的支持库lib即可调用API。

同类对比

XML、JSON 也可以用来存储此类结构化数据，但是使用ProtoBuf表示的数据能更加高效，并且将数据压缩得更小。

协议	场景	举例
xml	主要在本地使用	UI，游戏信息
json	http api	HTTP网页注册账户
protobuf	服务与服务的远程调用	rpc，游戏，即时通讯，tars brpc

用protobuf序列化后的大小是json的10分之一，是xml格式的20分之一，但是性能却是它们的5~100倍，我觉得用户一定会尖叫的：oh my god!。 

如果有我们有一个 person 对象，用 JSON、XML 和 protobuf 表示下它们各是什么样。

用 XML 格式表示如下

<person><name>ivy</name><age>24</age>
</person>

用 JSON 格式表示如下

{"name":"ivy","age":24
}

用 protobuf 表示如下, 它直接用二进制来表示数据，不像上面 XML 和 JSON 格式那么直观

[10 6 69 108 108 105 111 116 16 24]

三种格式优点：

• json优点就是较XML格式更加小巧，传输效率较xml提高了很多，可读性还不错。
• xml优点就是可读性强，解析方便。
•  protobuf优点就是传输效率快，序列化后体积相比Json和XML很小，支持跨平台多语言，消息格式升级和兼容性还不错，序列化反序列化速度很快。

三种格式缺点：

• json缺点就是传输效率也不是特别高（比xml快，但比protobuf要慢很多）。
• xml缺点就是效率不高，资源消耗过大。
• protobuf缺点就是使用不太方便。 

为什么要使用protobuf?

使用protobuf的原因肯定是为了解决开发中的一些问题，那使用其他的序列化机制会出现什么问题呢?

• (1)java默认序列化机制：效率极低，而且还能不能跨语言之间共享数据。
• (2)XML常用于与其他项目之间数据传输或者是共享数据，但是编码和解码会造成很大的性能损失。
• (3)json格式也是常见的一种，但是在json在解析的时候非常耗时，而且json结构非常占内存。

但是我们protobuf是一种灵活的、高效的、自动化的序列化机制，可以有效的解决上面的问题。