Protobuf简介
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张永昌 发表于2年前
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摘要: 数据交换

Protobuf 简介

Protobuf全称Google Protocol Buffers

  • 结构化数据存储格式(xml, json)

  • 用于通信协议、数据存储等

  • 高效的序列化和反序列化

  • 语言无关、平台无关、扩展性好

  • 官方支持C++, Java, Python三种语言

.proto文件

定义和使用

消息定义文件user_def.proto

package user;
message UserInfo { 
    required int64 id = 1;
    optional string name = 2;
    repeated bytes nick_name = 3;
}

编译.proto,生成解析器代码

protoc --cpp_out . user.proto  // user_def.pb.h user_def.pb.cc
protoc --java_out . user.proto // user/UserInfo.java

字段ID

optional string name = 2;

  • 唯一性

  • 序列化后,1~15占一个字节,16~2047占两个字节

字段类型

  • string vs. bytes

    .proto类型 c++类型 java类型 说明
    string std::string String 必须是UTF-8或ASCII文本
    bytes std::string ByteString 任意的字节序列

编写建议

  1. 常用消息字段(尤其是repeated字段)的ID尽量分配在1~15之间。

  2. 尽可能多的(全部)使用optional字段。

  3. 命名方式

    • .proto文件名用underscore_speparated_names。

    • 消息名用CamelCaseNames。

    • 字段名用underscore_separated_names。

兼容性建议

  1. 不能修改字段的ID。

  2. 不能增删任何required字段。

  3. https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/proto#updating

序列化后的protobuf消息

  • 一序列的键值对,键是消息字段的ID。

  • 已知消息字段(.proto文件定义)按其ID顺序排列。

  • 未知消息字段:

    • c++和java: 排在已知字段之后且顺序不定。

    • python: 不保留未知字段。

  • 不包含未赋值的optional消息字段。

  • 使用little-endian字节序存储。

反射

反射是protobuf的一个重要特性,涉及到的类主要有:

根据名称创建消息

以下是一个根据消息名(包含package name)创建protobuf消息的C++函数,需要注意的是返回的消息必须在用完后delete掉。

Message* createMessage(const string &typeName) {
    Message *message = NULL;
    // 查找message的descriptor
    const Descriptor *descriptor = DescriptorPool::generated_pool()->FindMessageTypeByName(typeName);
    if (descriptor) {
        // 创建default message(prototype)
        const Message *prototype = MessageFactory::generated_factory()->GetPrototype(descriptor);
        if (NULL != prototype) {
            // 创建一个可修改的message
            message = prototype->New();
        }
    }
    return message;
}

修改消息

根据消息的字段名称修改其值。以上面的user.UserInfo为例,下面将一个新的UserInfo消息的其id字段设为100。

int main() {
    // 使用上面的函数创建一个新的UserInfo message
    Message *msg = createMessage("user.UserInfo");
    if (NULL == msg) {
        // 创建失败,可能是消息名错误,也可能是编译后message解析器
        // 没有链接到主程序中。
        return -1;
    }

    // 获取message的descriptor
    const Descriptor* descriptor = msg->GetDescriptor();
    // 获取message的反射接口,可用于获取和修改字段的值
    const Reflection* reflection = msg->GetReflection();

    // 根据字段名查找message的字段descriptor
    const FieldDescriptor* idField = descriptor->FindFieldByName("id");
    // 将id设置为100
    if (NULL != idField) {
        reflection->SetInt64(msg, idField, 100);
    }

    // ... 其他操作

    // 最后删除message
    delete msg;

    return 0;
}

从字符串或流中读取消息

createMessage创建一个空的消息后,最常见的使用场景是使用Message的ParseFromString或ParseFromIstream方法从字符串或流中读取一个序列化后的message。

    Message *msg = createMessage("user.UserInfo");
    if (NULL != msg) {
        if (!msg->ParseFromString("... serialized message string ... ")) {
            // 解析失败
            ...
        }
    }

Protobuf优势

  1. 扩展性好

    • 前后兼容

    • 引入(import)已定义的消息

    • 嵌套消息

  2. 高效

    • 适合处理大量小数据(单个Message不超过1M)

Protobuf劣势

  1. 没有内置的Set, Map等容器类型。

  2. 不适合处理单个Message超过1M的情景,详见Large Data Sets

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张永昌
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