Protobuf高性能接口ZeroCopyStream

Protobuf ZeroCopyStream

1.ZeroCopyStream

protobuf在io接口上有一个叫做ZeroCopyStream，对于IO的接口设计，pb提供了相关序列化与反序列化接口，如：

// Read a protocol buffer from the given zero-copy input stream.  If
// successful, the entire input will be consumed.
bool ParseFromZeroCopyStream(io::ZeroCopyInputStream* input);

// Write the message to the given zero-copy output stream.  All required
// fields must be set.
bool SerializeToZeroCopyStream(io::ZeroCopyOutputStream* output) const;

ZeroCopyStream设计的初衷是最小化buffer的拷贝次数，即省略掉stream内部数据拷贝到用户buffer。因此，stream可以返回一个缓冲区，该缓冲区实际上直接指向要存储字节的最终数据结构，并且调用者可以直接与该缓冲区交互，从而消除了中间复制操作。

例如：经典的IO stream：

char buffer[[]BUFFER_SIZE];
input->Read(buffer, BUFFER_SIZE);
DoSomething(buffer, BUFFER_SIZE);

然后，stream基本上只是调用memcpy()将数据从pb复制到用户buffer中。如果使用ZeroCopyInputStream，我们只需要：

const void* buffer;
int size;
input->Next(&buffer, &size);
DoSomething(buffer, size);

这里不执行拷贝，调用者最终直接从buffer中读取。

ZeroCopyStream提供了两个基类：ZeroCopyOutputStream/ZeroCopyInputStream。

以InputStream为例，通常我们可以通过继承的方式自定义自己的ZerCopyStream，需要实现下面四个接口。

// implements ZeroCopyInputStream ----------------------------------
bool Next(const void** data, int* size);
void BackUp(int count);
bool Skip(int count);
int64 ByteCount() const;

一些rpc框架基本都自定义自己的Stream，例如：sofa-pbrpc

https://github.com/baidu/sofa-pbrpc/blob/master/src/sofa/pbrpc/buffer.h

2.Demo

定义一个pb协议，例如：授权验证：

syntax = "proto3";

message BasicAuth {
  string username = 1;
  string password = 2;
}

随后编写序列化与反序列化：

• 序列化

BasicAuth auth_message;
auth_message.set_username("user123");
auth_message.set_password("password");

StringOutputStream output_stream(&buf);

auth_message.SerializeToZeroCopyStream(&output_stream);

• 反序列化

ArrayInputStream input_stream(buf.data(), buf.size());
BasicAuth auth_message;
if (!auth_message.ParseFromZeroCopyStream(&input_stream)) {
    std::cerr << "Failed to parse data." << std::endl;
}

std::cout << "Username: " << auth_message.username() << std::endl;
std::cout << "Password: " << auth_message.password() << std::endl;

随后我们便可以调用它：

int main() {
    std::string buf;
    buf.reserve(512);
    ser(buf);
    deser(buf);
    return 0;
}

输出：

Username: user123
Password: password

本节完，以上完整代码见知识星球，欢迎与我共同探讨rpc相关内容。