[C++][ProtoBuf][初识ProtoBuf]详细讲解

发布于:2024-07-11 ⋅ 阅读:(23) ⋅ 点赞:(0)


1.序列化概念

  • 序列化:把对象转换为字节序列的过程,称为对象的序列化
  • 反序列化:把字节序列恢复为对象的过程 称为对象的反序列化
  • 什么情况需要序列化?
    • 存储数据:想把的内存中的对象状态保存到⼀个⽂件中或者存到数据库中时
    • 网络传输:⽹络直接传输数据,但是⽆法直接传输对象,所以要在传输前序列化,传输完成后反序列化成对象
  • 如何实现序列化?
    • XML、JSON、ProtoBuf

2.ProtoBuf是什么?

  • 语⾔⽆关、平台⽆关:⽀持Java、C++、Python等多种语⾔,⽀持多个平台
  • 高效:比XML更小、更快、更为简单
  • 扩展性、兼容性好:可以更新数据结构,⽽不影响和破坏原有的旧程序
  • 相对于XML 和JSON来说,因为被编码成⼆进制,破解成本增⼤,ProtoBuf编码是相对安全的

3.ProtoBuf使用特点

  • 使用步骤
    • 编写.proto⽂件,⽬的是为了定义结构对象(message)及属性内容
    • 使⽤protoc编译器编译.proto⽂件,⽣成⼀系列接⼝代码,存放在新⽣成头⽂件和源⽂件中
    • 依赖⽣成的接⼝,将编译⽣成的头⽂件包含进自己的代码中,实现对.proto⽂件中定义的字段进⾏设置和获取,和对message对象进⾏序列化和反序列化
  • 总结:ProtoBuf是需要依赖通过编译⽣成的头⽂件和源⽂件来使⽤的
    • 有了这种代码⽣成机制, 开发⼈员再也不⽤吭哧吭哧地编写那些协议解析的代码了

    • ⼲这种活是典型的吃⼒不讨好:P

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4.补充

1.GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION 宏

  • 验证没有意外链接到与编译的头⽂件不兼容的库版本
    • 如果检测到版本不匹配,程序将中⽌
  • 注意
    • 每个.pb.cc⽂件在启动时都会⾃动调⽤此宏
    • 在使⽤C++ Protocol Buffer库之前执⾏此宏是⼀种很好的做法,但不是绝对必要的

2.ShutdownProtobufLibrary()

  • 语法google::protobuf::ShutdownProtobufLibrary();
  • 作用:在程序结束时调⽤ShutdownProtobufLibrary(),为了删除Protocol Buffer库分配的所有全局对象
  • 注意:
    • 对于⼤多数程序来说这是不必要的,因为该过程⽆论如何都要退出,并且操作系统将负责 回收其所有内存
    • 但是,如果使⽤了内存泄漏检查程序,该程序需要释放每个最后对象,或者正在编写可以由单个进程多次加载和卸载的库,那么可能希望强制使⽤Protocol Buffers来清理所有内容

3.–decode

  • 使用示例protoc --decode=contacts2.Contacts contacts.proto < contacts.bin
  • 作用:从标准输⼊中读取给定类型的⼆进制消息,并将其以⽂本格式写⼊标准输出
  • 注意:消息类型必须在.proto⽂件或导⼊的⽂件中定义

5.序列化能力对比验证

  • 此处分别使用PB和JSON,对值完全相同的一份结构化数据进行粗略的性能测试,代码此处略
  • 结果
    100[pb序列化]耗时:0.342ms. 序列化后的⼤⼩:278
    100[pb反序列化]耗时:0.435ms.
    100[json序列化]耗时:1.306ms. 序列化后的⼤⼩:567
    100[json反序列化]耗时:0.926ms.
    
    1000[pb序列化]耗时:3.59ms. 序列化后的⼤⼩:278
    1000[pb反序列化]耗时:5.069ms.
    1000[json序列化]耗时:11.582ms. 序列化后的⼤⼩:567
    1000[json反序列化]耗时:9.289ms.
    
    10000[pb序列化]耗时:34.386ms. 序列化后的⼤⼩:278
    10000[pb反序列化]耗时:45.96ms.
    10000[json序列化]耗时:115.76ms. 序列化后的⼤⼩:567
    10000[json反序列化]耗时:91.046ms.
    
    100000[pb序列化]耗时:349.937ms. 序列化后的⼤⼩:278
    100000[pb反序列化]耗时:428.366ms.
    100000[json序列化]耗时:1150.54ms. 序列化后的⼤⼩:567
    100000[json反序列化]耗时:904.58ms.
    
  • 结论
    • 编解码性能:ProtoBuf的编码解码性能,⽐JSON⾼出2-4倍
    • 内存占⽤:ProtoBuf的内存占⽤只有JSON的约1/2

6.总结

  • JSON、XML、ProtoBuf对比
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  • 总结

    • XML、JSON、ProtoBuf都具有数据结构化和数据序列化的能⼒
    • XML、JSON更注重数据结构化,关注可读性和语义表达能⼒
    • ProtoBuf更注重数据序列化,关注效率、空间、速度,可读性差,语义表达能⼒不⾜,为保证极致的效率,会舍弃⼀部分元信息
    • ProtoBuf的应⽤场景更为明确,XML、JSON的应⽤场景更为丰富