在之前的文章中，我們?nèi)娼榻B了gRPC，在這一部分中，我們將涵蓋Protocol Buffer，也稱(chēng)為Protobuf。

Protobuf標(biāo)志

“Protocol Buffers”這個(gè)名字有著獨(dú)特的起源。

在早期，它指的是一個(gè)名為“ProtocolBuffer”的類(lèi)，充當(dāng)了單個(gè)方法調(diào)用的緩沖區(qū)。用戶可以向此緩沖區(qū)添加標(biāo)簽/值對(duì)，原始字節(jié)會(huì)存儲(chǔ)在其中，直到構(gòu)建消息后被寫(xiě)出。盡管名稱(chēng)中的“buffers”部分失去了原始含義，但它一直存在。今天，我們通常使用“協(xié)議消息”來(lái)指代抽象意義上的消息，“協(xié)議緩沖區(qū)”來(lái)指代序列化消息，以及“協(xié)議消息對(duì)象”來(lái)指代解析后的內(nèi)存表示。

什么是Protocol Buffers？

Protocol Buffers是一種簡(jiǎn)單的語(yǔ)言中立和平臺(tái)中立的接口定義語(yǔ)言（IDL），用于定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式和編程接口。它支持二進(jìn)制和文本線路格式，并可以與不同平臺(tái)上的許多不同線路協(xié)議一起工作。例如，看看這個(gè)簡(jiǎn)單的proto文件（person.proto），定義了一個(gè)名為'Person'的消息。這個(gè)消息描述了一個(gè)人的屬性，包括名字，ID和可選的電子郵件地址。message Person { required string name = 1; required int32 id = 2; optional string email = 3; } 這個(gè)person.proto文件用作服務(wù)器和客戶端之間的契約。如果您想要更改這個(gè)“Person”實(shí)體的結(jié)構(gòu)，或者更改請(qǐng)求和響應(yīng)的外觀，您需要修改proto文件。Protobuf編譯器protoc由Google維護(hù)，盡管也有可選的實(shí)現(xiàn)。生成的代碼經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速序列化和反序列化。

為什么選擇Protocol Buffers（Protobuf）而不是JSON？

Proto vs JSON

你可能會(huì)想，既然已經(jīng)有廣泛使用的序列化格式JSON，為什么要選擇Protocol Buffers（Protobuf）呢？

讓我們深入探討Protobuf為什么是一個(gè)出色的選擇，以及它在解決常見(jiàn)數(shù)據(jù)序列化挑戰(zhàn)方面與JSON相比的情況：

在總結(jié)一下，Protobuf和JSON各有各自的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，Protobuf在需要效率、跨平臺(tái)兼容性和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)至關(guān)重要的情況下表現(xiàn)出色。

另一方面，當(dāng)您需要可讀性強(qiáng)的數(shù)據(jù)或輕量級(jí)格式的簡(jiǎn)單性更合適時(shí)，JSON仍然是一個(gè)很好的選擇。

Protobuf語(yǔ)法

這個(gè)快速介紹為您提供了Protobuf的語(yǔ)法和核心概念的味道。如果您想進(jìn)一步探索，我鼓勵(lì)您查看官方Protocol Buffers文檔。

1.消息：數(shù)據(jù)藍(lán)圖

將Protobuf消息視為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的藍(lán)圖。它們告訴您數(shù)據(jù)應(yīng)該如何組織。

message Recipe {
string dish_name = 1;
repeated string ingredients = 2;
double preparation_time_minutes = 3;
}

在這個(gè)例子中，我們創(chuàng)建了一個(gè)名為Recipe的消息，其中包含三個(gè)字段：dish_name表示菜名，ingredients表示配料列表（可以有多個(gè)），preparation_time_minutes表示制作這道菜所需的時(shí)間。每個(gè)字段都有一個(gè)唯一的編號(hào)（例如，1，2，3），用于組織。

2.字段類(lèi)型

Protobuf支持各種字段類(lèi)型，如字符串、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、枚舉等等。您甚至可以嵌套消息以創(chuàng)建復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些字段類(lèi)型確保數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)良好，類(lèi)型正確。

3.字段標(biāo)簽

消息中的字段可以具有標(biāo)簽，確定它們是required、optional還是repeated（用于列表）：

• Required字段：這些字段必須始終出現(xiàn)在此類(lèi)型的消息中。如果在序列化消息時(shí)缺少一個(gè)必需字段，將導(dǎo)致錯(cuò)誤。
• Optional字段：它們可以包含在消息中，但不是必需的。如果在序列化消息時(shí)省略了可選字段，它將被視為具有默認(rèn)值。
• Repeated字段：重復(fù)字段允許在單個(gè)字段中具有相同類(lèi)型的多個(gè)值。它們用于數(shù)據(jù)的列表或數(shù)組。

4.枚舉

枚舉允許您定義一組命名的常量值。當(dāng)您有一個(gè)字段具有預(yù)定義選項(xiàng)集，例如一周的日期或產(chǎn)品類(lèi)別時(shí)，它非常有用。

enum DayOfWeek {
MONDAY = 1;
TUESDAY = 2;
// ...
}

5.注釋

您可以在Protobuf定義中包含注釋?zhuān)愿玫亟忉屇南⒑妥侄?。注釋可以?/開(kāi)始，也可以包裝在/* ... */中。

6.語(yǔ)法版本：規(guī)則和特性

Protobuf提供不同的語(yǔ)法版本，其中proto2和`proto3`是最常見(jiàn)的。這些版本定義了您可以在Protobuf定義中使用的規(guī)則和特性。

注意：建議gRPC API使用Protocol Buffers版本3（proto3）來(lái)定義API

7.導(dǎo)入其他文件：保持組織

對(duì)于更大的項(xiàng)目，您可以將Protobuf定義分成多個(gè)文件，并使用import語(yǔ)句將它們組合在一起。

序列化和反序列化

Protobuf的線路格式是二進(jìn)制編碼，因此處理起來(lái)更快。它使用一些巧妙的技巧來(lái)最小化用于表示消息的字節(jié)數(shù)。不需要了解二進(jìn)制編碼格式的知識(shí)來(lái)使用Protobuf。

為了真正理解Protocol Buffers（Protobuf）的威力，讓我們通過(guò)一個(gè)示例，演示數(shù)據(jù)是如何序列化和編碼，以及隨后如何解碼回來(lái)的。

考慮以下數(shù)據(jù)：

（我們使用前面定義的person.proto）

{
"name": "Ankit",
"id": 21,
"email": "username@gmail.com"
}

1.序列化和編碼

Protobuf將此JSON數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)既高效又節(jié)省空間的二進(jìn)制格式。在這種情況下，Protobuf編碼如下：

0a 05 41 6e 6b 69 74 10 15 1a 12 75 73 65 72 6e 61 6d 65 40 67 6d 61 69 6c 2e 63 6f 6d

2.解碼

現(xiàn)在，讓我們顛倒這個(gè)過(guò)程，將這個(gè)Protobuf數(shù)據(jù)解碼回其原始形式：

這個(gè)解碼過(guò)程使Protobuf如此高效和強(qiáng)大。它確保數(shù)據(jù)保持一致和結(jié)構(gòu)化，即使在編碼和解碼后，這使得它成為各種場(chǎng)景中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x選擇。

這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，如果您有興趣，可以在Protocol Buffers網(wǎng)站上了解更多信息。

gRPC中的Protocol Buffers

Protocol Buffers（Protobuf）在gRPC中至關(guān)重要，為客戶端和服務(wù)器之間提供了高效和一致的通信。以下是它們至關(guān)重要的原因：

• API契約定義：Protobuf為gRPC定義了消息結(jié)構(gòu)，確保了高效和無(wú)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸。
• 高效的序列化：Protobuf的二進(jìn)制格式加速了數(shù)據(jù)序列化和反序列化，提高了gRPC的性能。
• 語(yǔ)言中立性：Protobuf的語(yǔ)言不可知性使其能夠無(wú)縫集成到各種編程語(yǔ)言中。
• 高效性：Protobuf的二進(jìn)制格式減少了網(wǎng)絡(luò)使用，使數(shù)據(jù)傳輸更快。
• 互操作性：Protobuf充當(dāng)通用翻譯器，使gRPC服務(wù)能夠在不同語(yǔ)言和平臺(tái)之間輕松通信。
• 向后兼容性：Protobuf的版本支持允許API演進(jìn)而不破壞現(xiàn)有客戶端。
• 代碼生成：Protobuf簡(jiǎn)化了消息結(jié)構(gòu)代碼生成，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)流程。
• 性能：Protobuf的高效序列化和反序列化增強(qiáng)了gRPC服務(wù)的整體性能。

讓我們包括一個(gè)使用Protocol Buffers（Protobuf）定義的gRPC服務(wù)的示例。假設(shè)我們正在構(gòu)建一個(gè)帶有用戶身份驗(yàn)證的聊天應(yīng)用程序。

這是我們服務(wù)的Protobuf定義：

syntax = "proto3";
message User {
string id = 1;
string username = 2;
}
message Message {
string id = 1;
string text = 2;
User sender = 3;
}
service ChatService {
rpc SendMessage(Message) returns (Message);
rpc GetMessages(User) returns (stream Message);
}

在這個(gè)示例中，我們定義了兩種消息類(lèi)型，User和Message，以及一個(gè)允許發(fā)送和接收消息的ChatService。使用Protobuf，這個(gè)服務(wù)定義清晰、簡(jiǎn)潔，并且可以輕松地生成成各種編程語(yǔ)言的代碼。

總之，Protocol Buffers（Protobuf）已經(jīng)徹底改變了數(shù)據(jù)序列化、傳輸和在不同系統(tǒng)中的理解方式。它們的效率、跨平臺(tái)兼容性和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理使它們成為現(xiàn)代應(yīng)用程序的強(qiáng)大選擇。

通過(guò)了解Protobuf的語(yǔ)法、核心概念以及它在gRPC中的作用，您可以充分利用它的功能。在探索Protobuf的世界時(shí)，請(qǐng)記住官方Protocol Buffers文檔是深入了解這項(xiàng)技術(shù)的綜合指南。