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此文翻譯自 Protocol Buffers 官方文檔 Developer Guide 部分

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開發(fā)者指南

歡迎使用 protocol buffers 的開發(fā)者文檔润绎， protocol buffers 是一種語(yǔ)言無(wú)關(guān)包警、平臺(tái)無(wú)關(guān)撵摆、可擴(kuò)展的序列化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的方法，它可用于通信協(xié)議害晦、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等特铝。

這篇文檔面向那些希望在自己的應(yīng)用程序中使用 protocol buffers 的 Java、C++ 或 Python 開發(fā)者們篱瞎。這篇概論（指南）將介紹 protocol buffers 并且告訴你邁出第一步所需要的工作－你之后可以學(xué)習(xí)具體的 開發(fā)教程 或更為深入的學(xué)習(xí) protocol buffer 編碼規(guī)則苟呐。同時(shí)我們?yōu)樗腥N語(yǔ)言都提供了相應(yīng)的 API 參考文檔，以及編寫 .proto 文件的語(yǔ)法和風(fēng)格指南俐筋。

protocol buffers 是什么牵素？

protocol buffers 是一種靈活，高效澄者，自動(dòng)化機(jī)制的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)序列化方法－可類比 XML笆呆，但是比 XML 更小请琳、更快、更為簡(jiǎn)單赠幕。你可以定義數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)俄精，然后使用特殊生成的源代碼輕松的在各種數(shù)據(jù)流中使用各種語(yǔ)言進(jìn)行編寫和讀取結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。你甚至可以更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)榕堰，而不破壞根據(jù)舊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編譯而成并且已部署的程序竖慧。

它是如何工作的？

你可以通過(guò)在 .proto 文件中定義 protocol buffer message 類型逆屡，來(lái)指定你想如何對(duì)序列化信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化圾旨。每一個(gè) protocol buffer message 是一個(gè)信息的小邏輯記錄，包含了一系列的 name-value 對(duì)魏蔗。這里有一個(gè)非晨车模基礎(chǔ)的 .proto 文件樣例，它定義了一個(gè)包含 "person" 相關(guān)信息的 message：

message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

  enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
  }

  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
  }

  repeated PhoneNumber phone = 4;
}

正如你所見莺治，message 格式很簡(jiǎn)單 - 每種 message 類型都有一個(gè)或多個(gè)具有唯一編號(hào)的字段廓鞠，每個(gè)字段都有一個(gè)名稱和一個(gè)值類型，其中值類型可以是數(shù)字（整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)）谣旁，布爾值床佳，字符串，原始字節(jié)榄审，甚至（如上例所示）其它 protocol buffer message 類型夕土，這意味著允許你分層次地構(gòu)建數(shù)據(jù)。你可以指定 optional 字段瘟判，required 字段和 repeated 字段。 你可以在 Protocol Buffer 語(yǔ)言指南 中找到有關(guān)編寫 .proto 文件的更多信息角溃。

譯者注：
proto3 已舍棄 required 字段拷获，optional 字段也無(wú)法顯示使用（因?yàn)槿笔∧J(rèn)就設(shè)置為 optional）

一旦定義了 messages，就可以在 .proto 文件上運(yùn)行 protocol buffer 編譯器來(lái)生成指定語(yǔ)言的數(shù)據(jù)訪問(wèn)類减细。這些類為每個(gè)字段提供了簡(jiǎn)單的訪問(wèn)器（如 name()和 set_name()）匆瓜，以及將整個(gè)結(jié)構(gòu)序列化為原始字節(jié)和解析原始字節(jié)的方法 - 例如，如果你選擇的語(yǔ)言是 C++未蝌，則運(yùn)行編譯器上面的例子將生成一個(gè)名為 Person 的類驮吱。然后，你可以在應(yīng)用程序中使用此類來(lái)填充萧吠，序列化和檢索 Person 的 messages左冬。于是你可以寫一些這樣的代碼：

Person person;
person.set_name("John Doe");
person.set_id(1234);
person.set_email("jdoe@example.com");
fstream output("myfile", ios::out | ios::binary);
person.SerializeToOstream(&output);

之后，你可以重新讀取解析你的 message

fstream input("myfile", ios::in | ios::binary);
Person person;
person.ParseFromIstream(&input);
cout << "Name: " << person.name() << endl;
cout << "E-mail: " << person.email() << endl;

你可以在 message 格式中添加新字段纸型，而不會(huì)破壞向后兼容性;舊的二進(jìn)制文件在解析時(shí)只是忽略新字段拇砰。因此梅忌，如果你的通信協(xié)議使用 protocol buffers 作為其數(shù)據(jù)格式，則可以擴(kuò)展協(xié)議而無(wú)需擔(dān)心破壞現(xiàn)有代碼除破。
你可以在 API 參考部分 中找到使用生成的 protocol buffer 代碼的完整參考牧氮，你可以在 協(xié)議緩沖區(qū)編碼 中找到更多關(guān)于如何對(duì) protocol buffer messages 進(jìn)行編碼的信息。

為什么不使用 XML?

對(duì)于序列化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)瑰枫，protocol buffers 比 XML 更具優(yōu)勢(shì)踱葛。Protocol buffers：

• 更簡(jiǎn)單
• 小 3 ~ 10 倍
• 快 20 ~ 100 倍
• 更加清晰明確
• 自動(dòng)生成更易于以編程方式使用的數(shù)據(jù)訪問(wèn)類

例如，假設(shè)你想要為具有姓名和電子郵件的人建模光坝。在XML中尸诽，你需要：

<person>
    <name>John Doe</name>
    <email>jdoe@example.com</email>
</person>

而相對(duì)應(yīng)的 protocol buffer message（參見 protocol buffer 文本格式）是：

# Textual representation of a protocol buffer.
# This is *not* the binary format used on the wire.
person {
  name: "John Doe"
  email: "jdoe@example.com"
}

當(dāng)此消息被編碼為 protocol buffer 二進(jìn)制格式 時(shí)（上面的文本格式只是為了調(diào)試和編輯的方便而用人類可讀的形式表示），它可能是 28 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)教馆，需要大約 100-200 納秒來(lái)解析逊谋。如果刪除空格，XML版本至少為 69 個(gè)字節(jié)土铺，并且需要大約 5,000-10,000 納秒才能解析胶滋。
此外，比起 XML悲敷，操作 protocol buffer 更為容易：

cout << "Name: " << person.name() << endl;
cout << "E-mail: " << person.email() << endl;

而使用 XML究恤，你必須執(zhí)行以下操作：

cout << "Name: "
     << person.getElementsByTagName("name")->item(0)->innerText()
     << endl;
cout << "E-mail: "
     << person.getElementsByTagName("email")->item(0)->innerText()
     << endl;

但是，protocol buffers 并不總是比 XML 更好的解決方案 - 例如后德，protocol buffers 不是使用標(biāo)記（例如 HTML）對(duì)基于文本的文檔建模的好方法部宿，因?yàn)槟銦o(wú)法輕松地將結(jié)構(gòu)與文本交錯(cuò)。此外瓢湃，XML 是人類可讀的和人類可編輯的;protocol buffers理张，至少它們的原生格式，并不具有這樣的特點(diǎn)绵患。XML 在某種程度上也是自我描述的雾叭。只有擁有 message 定義（.proto文件）時(shí)，protocol buffer 才有意義落蝙。

介紹 proto3

我們最新的版本3 release 织狐，它引入了新的語(yǔ)言版本 - Protocol Buffers 語(yǔ)言版本3（又稱 proto3），并且添加了現(xiàn)有語(yǔ)言版本（又稱 proto2）的一些新功能筏勒。Proto3 簡(jiǎn)化了 Protocol Buffers 語(yǔ)言移迫，既易于使用，又可以在更廣泛的編程語(yǔ)言中使用：這個(gè)版本允許你使用 Java管行，C ++厨埋，Python，Java Lite捐顷，Ruby揽咕，JavaScript悲酷，Objective-C 和 C# 生成 protocol buffer 代碼。此外亲善，你可以使用最新的 Go protoc 插件為 Go 生成 proto3 代碼设易，該插件可從 github 庫(kù) golang/protobuf 獲得。更多語(yǔ)言正在籌備中蛹头。

請(qǐng)注意顿肺，兩種語(yǔ)言版本的 API 不完全兼容。為避免給現(xiàn)有用戶帶來(lái)不便渣蜗，我們將繼續(xù)在新版本的 protocol buffers 中支持以前的語(yǔ)言版本屠尊。

你可以在 發(fā)行說(shuō)明 中看到與當(dāng)前默認(rèn)版本的主要差異，并在 Proto3 語(yǔ)法指引 中了解proto3 語(yǔ)法）耕拷。proto3 的完整文檔即將推出!

（如果名稱 proto2 和 proto3 看起來(lái)有點(diǎn)令人困惑讼昆，那是因?yàn)楫?dāng)我們最初開源 protocol buffers 時(shí)，它實(shí)際上是 Google 的第二個(gè)語(yǔ)言版本 - 也稱為 proto2骚烧。這也是為什么我們的開源版本從 v2.0.0 開始）浸赫。

一點(diǎn)點(diǎn)歷史

Protocol buffers 最初是在 Google 開發(fā)的，用于處理索引服務(wù)器請(qǐng)求/響應(yīng)協(xié)議赃绊。在 protocol buffer 之前既峡，有一種請(qǐng)求和響應(yīng)的格式，它手動(dòng)進(jìn)行編組/解組碧查，并支持許多版本的協(xié)議运敢。這導(dǎo)致了一些非常丑陋的代碼，例如：

 if (version == 3) {
   ...
 } else if (version > 4) {
   if (version == 5) {
     ...
   }
   ...
 }

明確格式化的協(xié)議也使新協(xié)議版本的推出變得復(fù)雜忠售，因?yàn)殚_發(fā)人員必須確保請(qǐng)求的發(fā)起者和處理請(qǐng)求的實(shí)際服務(wù)器之間的所有服務(wù)器都能理解新協(xié)議传惠，然后才能切換開關(guān)以開始使用新協(xié)議。

協(xié)議緩沖區(qū)旨在解決這些問(wèn)題：

• 可以輕松引入新字段稻扬，中間服務(wù)器不需要檢查數(shù)據(jù)涉枫，可以簡(jiǎn)單地解析它并傳遞數(shù)據(jù)而無(wú)需了解所有字段。
• 格式更具自我描述性腐螟，可以用各種語(yǔ)言處理（C ++，Java 等）

但是困后，用戶仍然需要手寫自己的解析代碼乐纸。

隨著系統(tǒng)的發(fā)展，它獲得了許多其他功能和用途：

• 自動(dòng)生成的序列化和反序列化代碼避免了手動(dòng)解析的需要摇予。
• 除了用于短期 RPC（遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用）請(qǐng)求之外汽绢，人們還開始使用 protocol buffers 作為一種方便的自描述格式，用于持久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（例如在 Bigtable 中）侧戴。
• 服務(wù)器 RPC 接口開始被聲明為協(xié)議文件的一部分宁昭，protocol 編譯器生成存根類跌宛，用戶可以使用服務(wù)器接口的實(shí)際實(shí)現(xiàn)來(lái)覆蓋這些類。

Protocol buffers 現(xiàn)在是 Google 的數(shù)據(jù)通用語(yǔ)言 - 在撰寫本文時(shí)积仗，Google 代碼樹中有 12183 個(gè) .proto 文件疆拘，其中一共定義了 48162 種不同的 message 類型。它們既可用于 RPC 系統(tǒng)寂曹，也可用于各種存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)持久存儲(chǔ)哎迄。

汪

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