Protobuf 通信协议实战

绝地灬酷狼 2023-02-27 10:42 142阅读 0赞

## 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：

1 $ ./autogen.sh
      2 $ ./configure
      3 $ make
      4 $ make check
      5 $ 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）][csdn_nano_jar_exe]

### 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）

[![PB协议工作流程 (2)][PB_ _2]][PB_ _2_PB_ _2]

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。

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

1 syntax = "proto2";          // PB协议版本
      2 import "Common.proto";      // 引入Common.proto，位于Protobuf sdk中
      3 
      4 option optimize_for = LITE_RUNTIME;
      5 
      6 option java_package = "com.xxxx.entity.pb";    // 生成类的包名
      7 option java_outer_classname = "PayInfo";       // 生成类的类名
      8 
      9 message PayInfo{
     10 	required string payid = 1;             // 支付相关的字段信息
     11 	optional string goodinfo = 2;          // optional 为可选参数
     12 	required string prepayid = 3;          // required为必填参数
     13 	optional string mode = 4;
     14 	optional int  userid = 5;
     15 	repeated string  extra = 6;           // repeated 为数组
     16 }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

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）

1 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][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）。

1 public static final byte[] toByteArray(MessageNano msg) {
      2         byte[] result = new byte[msg.getSerializedSize()];
      3         toByteArray(msg, result, 0, result.length);
      4         return result;
      5     }

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）。

1 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：

1 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：

[![image][]][image 1]

### 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：

![format_png][]

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。

[csdn_nano_jar_exe]: http://download.csdn.net/download/lsfzlj/10238698
[PB_ _2]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9pbWFnZXMyMDE3LmNuYmxvZ3MuY29tL2Jsb2cvOTE4MDc3LzIwMTgwMi85MTgwNzctMjAxODAyMDMyMDE3MzExMDktMTUzOTU1NzU5Ni5wbmc?x-oss-process=image/format,png
[PB_ _2_PB_ _2]: /images/20230209/59a9926e6fc24fc0b8c51d7031f31597.png
[aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]: /images/20230209/c4fb1c24fd674973aaaaea91400672bb.png
[https_github.com_google_protobuf]: https://github.com/google/protobuf
[image]: /images/20230209/41cfb0946c5f4789a3128322b236876b.png
[image 1]: http://images2017.cnblogs.com/blog/918077/201802/918077-20180203210241125-2020580326.png
[format_png]: /images/20230209/67f4245d68d94751835caf59bafa17a0.png