什么是 Google Protocol Buffer

来源：互联网发布：万网域名证书在线生成编辑：程序博客网时间：2024/05/12 19:26

简介

什么是 Google Protocol Buffer？假如您在网上搜索，应该会得到类似这样的文字介绍：

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。

或许您和我一样，在第一次看完这些介绍后还是不明白 Protobuf 究竟是什么，那么我想一个简单的例子应该比较有助于理解它。

一个简单的例子

安装 Google Protocol Buffer

在网站 http://code.google.com/p/protobuf/downloads/list上可以下载 Protobuf 的源代码。然后解压编译安装便可以使用它了。

安装步骤如下所示：

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tar -xzf protobuf-2.1.0.tar.gz
cd protobuf-2.1.0
./configure --prefix=$INSTALL_DIR
make 
make check 
make install

关于简单例子的描述

我打算使用 Protobuf 和 C++ 开发一个十分简单的例子程序。

该程序由两部分组成。第一部分被称为 Writer，第二部分叫做 Reader。

Writer 负责将一些结构化的数据写入一个磁盘文件，Reader 则负责从该磁盘文件中读取结构化数据并打印到屏幕上。

准备用于演示的结构化数据是 HelloWorld，它包含两个基本数据：

ID，为一个整数类型的数据
Str，这是一个字符串

书写 .proto 文件

首先我们需要编写一个 proto 文件，定义我们程序中需要处理的结构化数据，在 protobuf 的术语中，结构化数据被称为 Message。proto 文件非常类似 java 或者 C 语言的数据定义。代码清单 1 显示了例子应用中的 proto 文件内容。

清单 1. proto 文件

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package lm; 
message helloworld
{ 
   required int32     id = 1;  // ID
   required string    str = 2;  // str
   optional int32     opt = 3;  //optional field
}

一个比较好的习惯是认真对待 proto 文件的文件名。比如将命名规则定于如下：

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packageName.MessageName.proto

在上例中，package 名字叫做 lm，定义了一个消息 helloworld，该消息有三个成员，类型为 int32 的 id，另一个为类型为 string 的成员 str。opt 是一个可选的成员，即消息中可以不包含该成员。

编译 .proto 文件

写好 proto 文件之后就可以用 Protobuf 编译器将该文件编译成目标语言了。本例中我们将使用 C++。

假设您的 proto 文件存放在 $SRC_DIR 下面，您也想把生成的文件放在同一个目录下，则可以使用如下命令：

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protoc -I=$SRC_DIR --cpp_out=$DST_DIR $SRC_DIR/addressbook.proto

命令将生成两个文件：

lm.helloworld.pb.h ，定义了 C++ 类的头文件

lm.helloworld.pb.cc ， C++ 类的实现文件

在生成的头文件中，定义了一个 C++ 类 helloworld，后面的 Writer 和 Reader 将使用这个类来对消息进行操作。诸如对消息的成员进行赋值，将消息序列化等等都有相应的方法。

编写 writer 和 Reader

如前所述，Writer 将把一个结构化数据写入磁盘，以便其他人来读取。假如我们不使用 Protobuf，其实也有许多的选择。一个可能的方法是将数据转换为字符串，然后将字符串写入磁盘。转换为字符串的方法可以使用 sprintf()，这非常简单。数字 123 可以变成字符串”123”。

这样做似乎没有什么不妥，但是仔细考虑一下就会发现，这样的做法对写 Reader 的那个人的要求比较高，Reader 的作者必须了 Writer 的细节。比如”123”可以是单个数字 123，但也可以是三个数字 1,2 和 3，等等。这么说来，我们还必须让 Writer 定义一种分隔符一样的字符，以便 Reader 可以正确读取。但分隔符也许还会引起其他的什么问题。最后我们发现一个简单的 Helloworld 也需要写许多处理消息格式的代码。

如果使用 Protobuf，那么这些细节就可以不需要应用程序来考虑了。

使用 Protobuf，Writer 的工作很简单，需要处理的结构化数据由 .proto 文件描述，经过上一节中的编译过程后，该数据化结构对应了一个 C++ 的类，并定义在 lm.helloworld.pb.h 中。对于本例，类名为 lm::helloworld。

Writer 需要 include 该头文件，然后便可以使用这个类了。

现在，在 Writer 代码中，将要存入磁盘的结构化数据由一个 lm::helloworld 类的对象表示，它提供了一系列的 get/set 函数用来修改和读取结构化数据中的数据成员，或者叫 field。

当我们需要将该结构化数据保存到磁盘上时，类 lm::helloworld 已经提供相应的方法来把一个复杂的数据变成一个字节序列，我们可以将这个字节序列写入磁盘。

对于想要读取这个数据的程序来说，也只需要使用类 lm::helloworld 的相应反序列化方法来将这个字节序列重新转换会结构化数据。这同我们开始时那个“123”的想法类似，不过 Protobuf 想的远远比我们那个粗糙的字符串转换要全面，因此，我们不如放心将这类事情交给 Protobuf 吧。

程序清单 2 演示了 Writer 的主要代码，您一定会觉得很简单吧？

清单 2. Writer 的主要代码

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#include "lm.helloworld.pb.h"
…
 
 int main(void)
 {
   
  lm::helloworld msg1;
  msg1.set_id(101);
  msg1.set_str(“hello”);
     
  // Write the new address book back to disk.
  fstream output("./log", ios::out | ios::trunc | ios::binary);
         
  if (!msg1.SerializeToOstream(&output)) {
      cerr << "Failed to write msg." << endl;
      return -1;
  }        
  return 0;
 }

Msg1 是一个 helloworld 类的对象，set_id() 用来设置 id 的值。SerializeToOstream 将对象序列化后写入一个 fstream 流。

代码清单 3 列出了 reader 的主要代码。

清单 3. Reader

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#include "lm.helloworld.pb.h"
…
 void ListMsg(const lm::helloworld & msg) {
  cout << msg.id() << endl;
  cout << msg.str() << endl;
 }
  
 int main(int argc, char* argv[]) {
 
  lm::helloworld msg1;
  
  {
    fstream input("./log", ios::in | ios::binary);
    if (!msg1.ParseFromIstream(&input)) {
      cerr << "Failed to parse address book." << endl;
      return -1;
    }
  }
  
  ListMsg(msg1);
  …
 }

同样，Reader 声明类 helloworld 的对象 msg1，然后利用 ParseFromIstream 从一个 fstream 流中读取信息并反序列化。此后，ListMsg 中采用 get 方法读取消息的内部信息，并进行打印输出操作。

运行结果

运行 Writer 和 Reader 的结果如下：

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>writer 
>reader 
101 
Hello

Reader 读取文件 log 中的序列化信息并打印到屏幕上。本文中所有的例子代码都可以在附件中下载。您可以亲身体验一下。

这个例子本身并无意义，但只要您稍加修改就可以将它变成更加有用的程序。比如将磁盘替换为网络 socket，那么就可以实现基于网络的数据交换任务。而存储和交换正是 Protobuf 最有效的应用领域。

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