Protocol Buffer

用户5325874

发布于 2020-04-13 18:42:14

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Protocol Buffer

概述

什么是 Google Protocol Buffer？

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。目前提供了 C++、Java、Python 三种语言的 API。

实战

import io.protostuff.LinkedBuffer;
import io.protostuff.ProtobufIOUtil;
import io.protostuff.ProtostuffIOUtil;
import io.protostuff.Schema;
import io.protostuff.runtime.RuntimeSchema;

public class ProtoBufUtil {

    public static <T> byte[] serializer(T o) {
        Schema schema = RuntimeSchema.getSchema(o.getClass());
        return ProtobufIOUtil.toByteArray(o, schema, LinkedBuffer.allocate(256));
    }

    public static <T> T deserializer(byte[] bytes, Class<T> clazz) {

        T obj = null;
        try {
            obj = clazz.newInstance();
            Schema schema = RuntimeSchema.getSchema(obj.getClass());
            ProtostuffIOUtil.mergeFrom(bytes, obj, schema);
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return obj;
    }
}

import io.protostuff.Tag;

public class Student {

    @Tag(1)
    private String name;
    @Tag(2)
    private String studentNo;
    @Tag(3)
    private int age;
    @Tag(4)
    private String schoolName;

    // 关于@Tag,要么所有属性都有@Tag注解,要么都没有,不能一个类中只有部分属性有@Tag注解

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getStudentNo() {
        return studentNo;
    }

    public void setStudentNo(String studentNo) {
        this.studentNo = studentNo;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getSchoolName() {
        return schoolName;
    }

    public void setSchoolName(String schoolName) {
        this.schoolName = schoolName;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", studentNo='" + studentNo + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", schoolName='" + schoolName + '\'' +
                '}';
    }
}

import java.util.Arrays;


public class ProtoBufUtilTest {

    public static void main(String[] args) {

        Student student = new Student();
        student.setName("lance");
        student.setAge(28);
        student.setStudentNo("2011070122");
        student.setSchoolName("BJUT");

        byte[] serializerResult = ProtoBufUtil.serializer(student);

        System.out.println("serializer result:" + Arrays.toString(serializerResult));

        Student deSerializerResult = ProtoBufUtil.deserializer(serializerResult,Student.class);

        System.out.println("deSerializerResult:" + deSerializerResult.toString());
    }

}

需要引入maven依赖

    <dependency>
      <groupId>io.protostuff</groupId>
      <artifactId>protostuff-core</artifactId>
      <version>1.4.0</version>
    </dependency>

    <dependency>
      <groupId>io.protostuff</groupId>
      <artifactId>protostuff-runtime</artifactId>
      <version>1.4.0</version>
    </dependency>

优点

生成字节数比较小，性能高
- 因为字节流中不存储字段类型信息，并且根据字段值的大小来判断用多少字节来存储
支持跨语言

原理

有两项技术保证了采用 Protobuf 的程序能获得相对于 XML 极大的性能提高。

第一点，我们可以考察 Protobuf 序列化后的信息内容。您可以看到 Protocol Buffer 信息的表示非常紧凑，这意味着消息的体积减少，自然需要更少的资源。比如网络上传输的字节数更少，需要的 IO 更少等，从而提高性能。
ProtoBuf的编码非常巧妙

Protobuf 序列化后所生成的二进制消息非常紧凑，这得益于 Protobuf 采用的非常巧妙的编码方法。

考察消息结构之前，让我首先要介绍一个叫做 Varint 的术语。

Varint 是一种紧凑的表示数字的方法。它用一个或多个字节来表示一个数字，值越小的数字使用越少的字节数。这能减少用来表示数字的字节数。

比如对于 int32 类型的数字，一般需要 4 个 byte 来表示。但是采用 Varint，对于很小的 int32 类型的数字，则可以用 1 个 byte 来表示。当然凡事都有好的也有不好的一面，采用 Varint 表示法，大的数字则需要 5 个 byte 来表示。从统计的角度来说，一般不会所有的消息中的数字都是大数，因此大多数情况下，采用 Varint 后，可以用更少的字节数来表示数字信息。

Varint 中的每个 byte 的最高位 bit 有特殊的含义，如果该位为 1，表示后续的 byte 也是该数字的一部分，如果该位为 0，则结束。其他的 7 个 bit 都用来表示数字。因此小于 128 的数字都可以用一个 byte 表示。大于 128 的数字，比如 300，会用两个字节来表示：1010 1100 0000 0010