protocol buffer能够跨平台提供轻量的序列化和反序列化,得益于其平台无关的编码格式,本文就介绍下其中的编码格式。
Varints
在protocol buffer中大量使用到了Varints的编码格式,这是一个可变长度的编码格式用于编码整形数字。
Varint的最小单位是byte,即8位,每byte第一位(msb)是标志位用于标记是否还有后续byte。
===1===
0000 0001
===300===
1010 1100 0000 0010
上面300的例子首先读入第一个字节发现第一位为1,表示还有后续byte,然后读取后一个byte,第一位为0就判断已经读完,然后组装数值将其余位数取出0101100 0000010,然后反转并拼接成为000 0010-010 1100,这样就组成了300。
其他类型
负数,sint与int
在protocol buffer的定义中sint和int似乎看上去是重复的,但其实这两种类型的底层编码式不同的。这里以-3为例:
-3使用int编码会变成FD FF FF FF FF FF FF FF FF 01,首先这也是varint编码去掉每个byte的首位标志位然后反转顺序就成了FF FF FF FF FF FF FF FD是-3的补码。
而使用sint编码会变成05,貌似和-3没有关系,其实它是-3经过一个zigzag转换而得来的。
Signed Original | Encoded As |
---|---|
0 | 0 |
-1 | 1 |
1 | 2 |
-2 | 3 |
2147483647 | 4294967294 |
-2147483648 | 4294967295 |
这样转换可以大大减少负数的表示长度,所以建议在经常出现负数的地方使用sint而不是int可以缩短编码的大小。
非varient数值
对于double/fixed64,float/fixed32会分别使用固定的64位或32位进行表示。
不定长数据类型
对于string,byte等类型,就使用这种类型,首先使用一个varint表示长度,之后是数据的内容,列入字符串aaa就是03 61 61 61 其中03表示长度为3,61是a的utf8编码。值得注意的是,嵌套的message类型、repeat字段也都是使用这种形式进行编码到对象中的。
message编码
有了上面这些在准备,我们可以进入真正的消息的编码了。protocol buffer中每个字段都是根据定义的tag来进行定位的,在序列化的数据中,每个字段首先是一个Varint用于标记tag,其中最后三位使用来标志该字段的数据类型。
Type | Meaning | Used For |
---|---|---|
0 | Varint | int32, int64, uint32, uint64, sint32, sint64, bool, enum |
1 | 64-bit | fixed64, sfixed64, double |
2 | Length-delimited | string, bytes, embedded messages, packed repeated fields |
3 | Start group | groups (deprecated) |
4 | End group | groups (deprecated) |
5 | 32-bit | fixed32, sfixed32, float |
前面的位数用于标志tag,例如0000 1000,去掉第一个标志位后三个类型位,就表示tag为1的字段。
对于repeat类型由于历史原因,proto2中默认是将数组元素并排排列在内的例如[1,2,3]会保存成[08 01 08 02 08 03]。后来对repeat类型进行了改进引入packed在定义的后面加上packed:
repeated int32 int = 1 [packed=true];
这样序列化的数据就成了0A 03 01 02 03,其中0A表示使用不定长编码,之后03表示长度,接下来是数据,就这个例子就能节约1byte。packed只适用于varint或固定长度数值表示的字段,对于string或者嵌套类型不适用,在proto3中支持的类型默认会使用packed。
实例
syntax = "proto2"; message Person { required string name=1; required int32 age=2; repeated Address add=3; } message Address{ required string add=1; } ---实例--- name: "MyName" age: 18 add { add: "MyAdd1" } add { add: "MyAdd2" } ---Hex--- 0A 06 4D 79 4E 61 6D 65 10 12 1A 08 0A 06 4D 79 41 64 64 31 1A 08 0A 06 4D 79 41 64 64 32 ---解释--- 0A //变长类型tag为1的字符串 06 //name字段6 byte长度 4D 79 4E 61 6D 65 //MyName 10 //varint编码tag为2 12 //18 1A //变长类型tag为3 08 //Adress 8 byte长度 0A //变长类型tag为1 06 //add字段6 byte长度 4D 79 41 64 64 31 //MyAdd1 1A //变长类型tag为3 08 //Adress 8 byte长度 0A //变长类型tag为1 06 //add字段6 byte长度 4D 79 41 64 64 32 //MyAdd2