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本文公眾號(hào)來(lái)源：JavaKeeper 作者：Java大猿帥

??? 局長(zhǎng)導(dǎo)讀：“
Google Protocol Buffer( 簡(jiǎn)稱 Protobuf) 是 Google 公司內(nèi)部的混合語(yǔ)言數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) ,是一種輕便高效的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，可以用于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)串行化，或者說(shuō)序列化(將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或?qū)ο?轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制串的過(guò)程 )。它很適合做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或 RPC 數(shù)據(jù)交換格式?？捎糜谕ㄓ崊f(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的語(yǔ)言無(wú)關(guān)、平臺(tái)無(wú)關(guān)、可擴(kuò)展的序列化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)格式
”

protocol buffers 誕生之初是為了解決服務(wù)器端新舊協(xié)議(高低版本)兼容性問(wèn)題，名字也很體貼，“協(xié)議緩沖區(qū)”。只不過(guò)后期慢慢發(fā)展成用于傳輸數(shù)據(jù)。

筆者所在的360廣告投放，5億條商品信息的數(shù)據(jù)全部采用PB格式存儲(chǔ)、傳輸。

Protobuf 的優(yōu)點(diǎn)

更小——序列化后，數(shù)據(jù)大小可縮小約3倍
更快——序列化速度更快，比xml和JSON快20-100倍，體積縮小后，傳輸時(shí)，帶寬也會(huì)優(yōu)化
更簡(jiǎn)單——proto編譯器，自動(dòng)進(jìn)行序列化和反序列化
維護(hù)成本低——跨平臺(tái)、跨語(yǔ)言，多平臺(tái)僅需要維護(hù)一套對(duì)象協(xié)議（.proto）
可擴(kuò)展——“向后”兼容性好，不必破壞已部署的、依靠“老”數(shù)據(jù)格式的程序就可以對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)
加密性好——HTTP傳輸內(nèi)容抓包只能看到字節(jié)
在傳輸數(shù)據(jù)量大、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和RPC數(shù)據(jù)交換場(chǎng)景比較合適

Protobuf 的不足

功能簡(jiǎn)單，無(wú)法用來(lái)表示復(fù)雜的概念
通用性較差，XML和JSON已成為多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編寫工具，pb只是geogle內(nèi)部使用
自解釋性差，以二進(jìn)制數(shù)據(jù)流方式存儲(chǔ)（不可讀），需要通過(guò).proto文件才可以

官網(wǎng) Protocol Buffer Basics: Java https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/javatutorial

Hello World

1. 定義 `.proto` 文件的消息格式（你希望存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式描述文件）

syntax = "proto2";

package tutorial;

option java_package = "com.example.tutorial";
option java_outer_classname = "AddressBookProtos";

//消息模型
message Person {
//消息對(duì)象的字段：字段修飾符+字段類型+字段名稱+標(biāo)識(shí)號(hào)（通過(guò)二進(jìn)制格式唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)字段，不變可）
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

  enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
  }

  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
  }

  repeated PhoneNumber phones = 4;
}

message AddressBook {
  repeated Person people = 1;
}

☆☆☆注：

syntax = "proto2"：指明版本
package：PB的自己的包名，防止不同 .proto 項(xiàng)目間命名發(fā)生沖突
java_package：生成java類的包名,如不顯式指定，默認(rèn)包名為：按照應(yīng)用名稱倒序方式進(jìn)行排序
java_outer_classname：生成 java類的類名,如不顯式指定，則默認(rèn)為把.proto文件名轉(zhuǎn)換為首字母大寫來(lái)生成
message: 你的消息格式，各數(shù)據(jù)類型（bool, int32, float, double, string ，enum ... ）字段的集合，在一個(gè).proto文件中可以定義多個(gè)message，一個(gè)message里也可以定義另外一個(gè)message(相當(dāng)于java的類，當(dāng)然也可以有內(nèi)部類)
當(dāng)然PB也是支持和java一樣的import的，import "xxx.proto";
像每個(gè)字段也必須有修飾符，PB提供的字段修飾符有3種
- required：必填
- optional：可選
- repeated ：可重復(fù)字段，可放集合
標(biāo)識(shí)號(hào)：通過(guò)二進(jìn)制格式唯一標(biāo)識(shí)每個(gè)字段，使用后就不能夠再改變
- 范圍 [1,15] 標(biāo)識(shí)號(hào)的字段在編碼時(shí)占用1個(gè)字節(jié)；
- 范圍 [16,2047] 標(biāo)識(shí)號(hào)的字段在編碼時(shí)占用2個(gè)字節(jié)
- 為頻繁出現(xiàn)的消息字段保留 [1,15] 的標(biāo)識(shí)號(hào)
- 標(biāo)識(shí)號(hào)使用范圍：[1,2的29次方 - 1]
- 不可使用 [19000－19999] 標(biāo)識(shí)號(hào)，因?yàn)?Protobuf 協(xié)議實(shí)現(xiàn)中對(duì)這些標(biāo)識(shí)號(hào)進(jìn)行了預(yù)留。假若使用，則會(huì)報(bào)錯(cuò)
- 每個(gè)字段在進(jìn)行編碼時(shí)都會(huì)占用內(nèi)存，而占用內(nèi)存大小取決于標(biāo)識(shí)號(hào)：

2. 使用 protocol buffer 編譯器（下載地址：https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases )

winows的話 cmd到編譯器安裝目錄的bin目錄中，執(zhí)行 protoc.exe -h （E:\learning\protoc-3.9.0-win64\bin>protoc.exe -h），可以看到參數(shù)說(shuō)明。

執(zhí)行：protoc -I=源地址 --java_out=目標(biāo)地址源地址/xxx.proto

E:\learning\protoc-3.9.0-win64\bin>protoc.exe -I=E:\learning\ --java_out=E:\learning\ E:\learning\addressbook.proto

實(shí)際使用中:

protoc.exe -I=E:\learn-workspace\starfish\starfish-learn\src\main\java\priv\starfish\ProtocolBuffers\proto\ --java_out=E:\learn-workspace\starfish\starfish-learn\src\main\java E:\learn-workspace\starfish\starfish-learn\src\main\java\priv\starfish\ProtocolBuffers\proto\addressbook.proto）

pd-idea-screenshot

3. 通過(guò) Java protocol buffer API 讀寫消息格式

package priv.starfish.ProtocolBuffers;
import com.google.protobuf.InvalidProtocolBufferException;
import priv.starfish.ProtocolBuffers.AddressBookProtos.Person;
import priv.starfish.ProtocolBuffers.AddressBookProtos.AddressBook;
import java.util.Arrays;
/**
 * @author: starfish
 * @date: 2019/7/24 14:39
 * @description:
 */
public class HelloProto {
public static void main(String[] args) {
        Person person = Person.newBuilder()
                .setId(123)
                .setName("starfish")
                .setEmail("[email protected]")
                .addPhones(AddressBookProtos.Person.PhoneNumber.newBuilder()
                        .setType(AddressBookProtos.Person.PhoneType.HOME)
                        .setNumber("13555555555")
                        .build())
                .build();

        System.out.println(person.toString());
        System.out.println(person.isInitialized());

try {
//序列化和反序列化
            System.out.println(Arrays.toString(person.toByteArray()));
            System.out.println(person.toByteString());
            Person newPerson = Person.parseFrom(person.toByteArray());
            System.out.println(newPerson);
            newPerson = Person.parseFrom(person.toByteString());
            System.out.println(newPerson);
        } catch (InvalidProtocolBufferException e) {
            e.printStackTrace();
        }

// 向地址簿添加兩條Person信息
        AddressBook.Builder books = AddressBook.newBuilder();
        books.addPeople(person);
        books.addPeople(Person.newBuilder(person).setEmail("[email protected]")
                .build());
        System.out.println("AddressBook對(duì)象信息：");
        System.out.println(books.build());
    }
}

編譯后生成的java類是不可變的，類似java的String，不可修改

構(gòu)造消息，必須先構(gòu)造一個(gè)builder，然后set屬性（可以一連串的set），最后調(diào)用build() 方法。

PB常用方法

isInitialized(): 檢查必填字段（required）是否有set值
toString(): 返回message的可讀字符串格式
mergeFrom(Message other): 合并message
clear(): 清空字段值
byte[] toByteArray();: 序列化message,返回字節(jié)數(shù)組
MessageType parseFrom(byte[] data);: 解析給定的字節(jié)數(shù)組
void writeTo(OutputStream output);: 序列化message并寫入輸出流OutputStream.
MessageType parseFrom(InputStream input);: 從輸入流 InputStream讀取并解析message

Reference:

https://github.com/halfrost/Halfrost-Field/blob/master/contents/Protocol/Protocol-buffers-encode.md#六-protocol-buffer-編碼原理

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什么?你竟然還不知道 Protobuf ?