Protobuf 从入门到实战

简介

从第一次接触Protobuf到实际使用已经有半年多，刚开始可能被它的名字所唬住，其实就它是一种轻便高效的数据格式，平台无关、语言无关、可扩展，可用于通讯协议和数据存储等领域。

优点

平台无关，语言无关，可扩展；
提供了友好的动态库，使用简单；
解析速度快，比对应的XML快约20-100倍；
序列化数据非常简洁、紧凑，与XML相比，其序列化之后的数据量约为1/3到1/10。

使用详解

1、服务器安装

安装依赖的库： autoconf automake libtool curl make g++ unzip

安装：

 $ ./autogen.sh

 $ ./configure

 $ make

 $ make check

 $ sudo make install

2、安卓客户端安卓

下载相应版本jar包即可。（csdn上上传了nano版本的jar包和exe文件）

3、项目实战

首先举一个服务端和客户端按照Protobuf协议进行数据数据传输的例子，工作流程如下图：（图下方深色部分为服务端部分，上方浅色部分为客户端部分）

1、服务端和客户端约定他们使用PB协议作为数据传输和存储的工具，并约定传输信息的字段，如下：里面定义支付传输的字段。

 syntax = "proto2";          // PB协议版本

 import "Common.proto";      // 引入Common.proto，位于Protobuf sdk中

 option optimize_for = LITE_RUNTIME;

 option java_package = "com.xxxx.entity.pb";    // 生成类的包名

 option java_outer_classname = "PayInfo";       // 生成类的类名

 message PayInfo{

 	required string payid = 1;             // 支付相关的字段信息

 	optional string goodinfo = 2;          // optional 为可选参数

 	required string prepayid = 3;          // required为必填参数

 	optional string mode = 4;

 	optional int  userid = 5;

 	repeated string  extra = 6;           // repeated 为数组

 }

2、通过Protobuf源码编译得到可运行程序（也可以在网上查找下载，注意PB协议的版本）。得到exe程序中，在windows环境下通过命令行窗口命令生成上述文件中定义的PayInfo.java文件。（protoc 为可执行的exe文件）

 protoc --java_out ./ ./PayInfo.proto

3、将生成PayInfo文件集成到项目代码中，同时需要引入 ProtoBuf的sdk（因为生成的PayInfo.Java类中引入了sdk中的类），可以在github上下载：https://github.com/google/protobuf。

4、服务端通过支付信息初始化PayInfo类，并调用ProtoBufSDK中 com.google.protobuf.nano 类的 toByteArray()方法将PayInfo转化为字节数组，通过网络传输给客户端（可以进行加密和压缩操作，注意顺序）。

 public static final byte[] toByteArray(MessageNano msg) {

         byte[] result = new byte[msg.getSerializedSize()];

         toByteArray(msg, result, 0, result.length);

         return result;

     }

5、客户端拿到字节数据后，通过集成的PayInfo.java文件对字节数据解析成PayInfo对象（通过程序生成的java文件都会自动生成这个函数）。

 public static PayInfo parseFrom(byte[] data)

自此：客户端就顺利拿到了服务端发送的支付信息，可以通过他们调起支付宝或者微信客户端发起支付了。

由此可以看出ProtoBuf只是一种协议，一种存储数据的格式,对应上面生成的字节数据的格式，任何语言的程序都可以通过本地类和jar包将字节数据解析成对象（语言/平台无关）。

使用建议：

1、通过编译程序生成.java文件有不同的版本，建议使用nano版本（3.0之后的PB协议才发布该版本），这种版本生成的java文件方法数较少（没有set，get等函数），对APK的体积影响更小(四五个文件大前后相差80~90Kb，项目中后续作了替换)。命令：

 protoc_3.1.0.exe  --javanano_out ./ ./GetConfig.proto

2、不管用2.0还是3.0还是nano版本还是非精简版最终生成的字节数据文件是相同的，不影响前后端的交互。

与其它数据协议比较

Protobuf 有如 XML，不过它更小、更快、也更简单。你可以定义自己的数据结构，然后使用代码生成器生成的代码来读写这个数据结构。Protobuf 语义更清晰，无需类似 XML 解析器的东西（因为 Protobuf 编译器会将 .proto 文件编译生成对应的数据访问类以对 Protobuf 数据进行序列化、反序列化操作）。

和其它数据协议的比较如下图：

为什么Protobuf作为数据传输协议如此高效？

1. 数据小：

　　a) 同json相比较，它不需要传递key值，而是用第几个元素成员变量来表示（而且index使用varient来存储，只占用一个字节）。

　　b) 它还会开辟一个字节存放该字符串的长度，用于直接查找字符串。

　　c) 不需要传输','/‘：’等不必要的分隔符，存储没有浪费。

　　其存储格式如下：

2. 解析速度快：

json解析成对象的话，需要将每个成员变量的key值到整个json串中匹配查找key。而在protobuf中直接通过比较tag序列就可以了，而且值的获取也可以直接通过legth获取，所以解析速度非常快。

参考：

https://developers.google.com/protocol-buffers/

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-gpb/

https://tech.meituan.com/serialization_vs_deserialization.html