Protobuf 简介

protobuf (protocol buffer) 是谷歌内部的混合语言数据标准。通过将结构化的数据进行序列化(串行化)，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。通常说的protobuf包括以下三点：

• 是一种二进制数据交换格式。支持不同与语言例如C++、java中定义的存储类的内容与二进制序列串相互转换，主要用于数据传输或保存。
• 定义了一种源文件，扩展名为.proto.使用此文件，可以定义存储类的内容。
• 可以使用编译器将.proto编译成.cc 或.java,使之成为一个可以在C++或java等工程中直接使用的类。

定义Proto文件

message：protobuf中定义一个消息类型是通过关键字message字段指定的，这个关键字类似于C++/Java中的class关键字。使用protobuf编译器将proto编译成C++代码之后，每个message都会生成一个名字与之对应的C++类，该类公开继承自google::protobuf::Message

创建turorial.person.proto 文件，文件内容如下：

// FileName: tutorial.person.proto // 通常文件名建议命名格式为 包名.消息名.proto // 表示正在使用proto2命令 syntax = "proto2"; //包声明，tutorial 也可以声明为二级类型。 //例如a.b，表示a类别下b子类别 package tutorial; //编译器将生成一个名为person的类 //类的字段信息包括姓名name,编号id,邮箱email， //以及电话号码phones message Person {   required string name = 1;  // (位置1)   required int32 id = 2;    optional string email = 3;  // (位置2)   enum PhoneType {  //电话类型枚举值     MOBILE = 0;  //手机号      HOME = 1;    //家庭联系电话     WORK = 2;    //工作联系电话   }     //电话号码phone消息体   //组成包括号码number、电话类型 type   message PhoneNumber {     required string number = 1;        optional PhoneType type =           2 [default = HOME]; // (位置3)   }      repeated PhoneNumber phones = 4; // (位置4) } // 通讯录消息体，包括一个Person类的people message AddressBook {   repeated Person people = 1; }

字段解释：

包声明

proto 文件以package声明开头，这有助于防止不同项目之间命名冲突。在C++中，以package声明的文件内容生成的类将放在与包名匹配的namespace中，上面的.proto文件中所有的声明都属于tutorial。

标识符：

protobuf协议的标识符为message或enum，如示例中的Person和PhoneType。message标识一条消息，enum标识一个枚举类型。使用protobuf编译器将协议文件编译后，message和enum都会生成一个类

字段规则

·  repeated: 消息体中可重复字段，重复的值的顺序会被保留（例如位置3）。其中，proto3默认使用packed方式存储，这样编码方式比较节省内存。

标识号

标识号：在消息体的定义中，每个字段都必须要有一个唯一的标识号，标识号是[0,2^29-1]范围内的一个整数。以Person为例，name=1，id=2, email=3, phones=4 中的1-4就是标识号。

数据定义

许多标准的简单数据类型都可以用作message字段类型，包括bool,int32,float,double和string。还可以使用其他message类型作为字段类型在消息体中添加更多结构。在上面的示例中，Person包含PhoneNumber message, 而AddressBook包含Person message。甚至可以定义嵌套在其他message中的message类型。例如，上面的PhoneNumber定义在Person。

 

在java中使用protobuf的简单示例

以下是示例中用到的proto文件teacher.proto：

syntax = "proto3"; package space; message course{    // 课程名称    string name = 1;    // 课程分数    int32 score = 2; } message student{ // 学生名称   string name = 1;    // 学生年龄    int32 age = 2;    // 学生所修课程，可能是多门，是一组数组    repeated course course = 3;   }

从Release Protocol Buffers v3.5.1 · protocolbuffers/protobuf · GitHub 下载protoc工具，此工具可以根据proto文件生成java类。

下载完成后，解压缩该文件。

打开cmd命令窗口，跳转至解压缩路径：

执行以下命令：

protoc.exe --java_out=src/main/java/ teacher.proto

执行此命令前，需要在新建文件夹目录src/main/java

执行成功后，可以看到在src/main/java 下生成的java类文件Teacher.java。

新建一个maven工程，并导入以下pom依赖

com.google.protobuf         protobuf-java         3.21.9                     com.google.protobuf         protobuf-java-util         3.21.9                      io.grpc         grpc-all         1.11.0                              kr.motd.maven             os-maven-plugin             1.5.0.Final                                     org.xolstice.maven.plugins             protobuf-maven-plugin             0.5.0                                                 com.google.protobuf:protoc:3.1.0:exe:${os.detected.classifier}                                 grpc-java                                     io.grpc:protoc-gen-grpc-java:1.11.0:exe:${os.detected.classifier}                                                                                                     compile                         compile-custom

将Teacher.java 添加至该工程。新建一个测试类TestMyProtobuf.java 进行测试。代码如下：

import com.google.protobuf.InvalidProtocolBufferException; import com.google.protobuf.util.JsonFormat; import space.Teacher; import java.util.Arrays; public class TestMyProtobuf {     public static void main(String[] args) {         // 生成课程1对象         Teacher.course.Builder courseBuilder1 = Teacher.course.newBuilder();         courseBuilder1.setName("Java");         courseBuilder1.setScore(99);         Teacher.course course1 = courseBuilder1.build();         // 生成课程2对象         Teacher.course.Builder courseBuilder2 = Teacher.course.newBuilder();         courseBuilder2.setName("Python");         courseBuilder2.setScore(98);         Teacher.course course2 = courseBuilder2.build();         // 生成学生对象         Teacher.student.Builder studentBuilder = Teacher.student.newBuilder();         studentBuilder.setName("Lucy");         studentBuilder.setAge(23);         studentBuilder.addCourse(0,course1);         studentBuilder.addCourse(1,course2);         Teacher.student student = studentBuilder.build();         // proto对象         System.out.println("The student object is: \n" + student);         // 序列化         byte[] studentByte = student.toByteArray();         System.out.println("The student after encode is:\n" + Arrays.toString(studentByte));         try {             // 反序列化             Teacher.student newStudent = Teacher.student.parseFrom(studentByte);             System.out.println("The student after decode is:\n" + newStudent);             // 转换json             System.out.println("The student json format is:\n" + JsonFormat.printer().print(student));         } catch (InvalidProtocolBufferException e) {             e.printStackTrace();         }     } }

测试结果如下：

The student object is: name: "Lucy" age: 23 course {   name: "Java"   score: 99 } course {   name: "Python"   score: 98 } The student after encode is: [10, 4, 76, 117, 99, 121, 16, 23, 26, 8, 10, 4, 74, 97, 118, 97, 16, 99, 26, 10, 10, 6, 80, 121, 116, 104, 111, 110, 16, 98] The student after decode is: name: "Lucy" age: 23 course {   name: "Java"   score: 99 } course {   name: "Python"   score: 98 } The student json format is: {   "name": "Lucy",   "age": 23,   "course": [{     "name": "Java",     "score": 99   }, {     "name": "Python",     "score": 98   }] }