protobuf简介

protobuf简介

protocolbuffer(以下简称PB)是google 的一种数据交换的格式，它独立于语言，独立于平台。google 提供了多种语言的实现：java、c#、c++、go 和 python，每一种实现都包含了相应语言的编译器以及库文件。由于它是一种二进制的格式，比使用 xml 进行数据交换快许多。可以把它用于分布式应用之间的数据通信或者异构环境下的数据交换。作为一种效率和兼容性都很优秀的二进制数据传输格式，可以用于诸如网络传输、配置文件、数据存储等诸多领域。

protobuf之所以小且快，就是因为使用变长的编码规则，只保存有用的信息，节省了大量空间。
1. Base-128变长编码
　　- 每个字节使用低7位表示数字，除了最后一个字节，其他字节的最高位都设置为1；
　　- 采用Little-Endian字节序。

-数字1：
0000 0001

-数字300：
1010 1100 0000 0010
000 0010 010 1100
-> 000 0010 010 1100
-> 100101100
-> 256 + 32 + 8 + 4 = 300

2. ZigZag编码

　　Base-128变长编码会去掉整数前面那些没用的0，只保留低位的有效位，然而负数的补码表示有很多的1，所以protobuf先用ZigZag编码将所有的数值映射为无符号数，然后使用Base-128编码，ZigZag的编码规则如下：

1 (n << 1) ^ (n >> 31) or (n << 1) ^ (n >> 63)

负数右移后高位全变成1，再与左移一位后的值进行异或，就把高位那些无用的1全部变成0了，巧妙！

3. 消息格式

　　每一个Protocol Buffers的Message包含一系列的字段（key/value），每个字段由字段头（key）和字段体（value）组成，字段头由一个变长32位整数表示，字段体由具体的数据结构和数据类型决定。 
字段头格式：

1 (field_number << 3) | wire_type
2 -field_number：字段序号
3 -wire_type：字段编码类型

4. 字段编码类型

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（嵌套message）, packed repeated fields
3	Start group	groups (废弃)
4	End group	groups (废弃)
5	32-bit	fixed32, sfixed32, float

1. 编码风格 
　　- 花括号的使用(参考上面的proto文件)
　　- 数据类型使用驼峰命名法：AddressBook, PhoneType
　　- 字段名小写并使用下划线连接：person_info, email_addr
　　- 枚举量使用大写并用下划线连接：FIRST_VALUE, SECOND_VALUE

2. 适用场景

　　"Protocol Buffers are not designed to handle large messages."。protobuf对于1M以下的message有很高的效率，但是当message是大于1M的大块数据时，protobuf的表现不是很好，请合理使用。

标量类型列表

proto类型	C++类型	备注
double	double
float	float
int32	int32	使用可变长编码，编码负数时不够高效——如果字段可能含有负数，请使用sint32
int64	int64	使用可变长编码，编码负数时不够高效——如果字段可能含有负数，请使用sint64
uint32	uint32	使用可变长编码
uint64	uint64	使用可变长编码
sint32	int32	使用可变长编码，有符号的整型值，编码时比通常的int32高效
sint64	int64	使用可变长编码，有符号的整型值，编码时比通常的int64高效
fixed32	uint32	总是4个字节，如果数值总是比总是比228大的话，这个类型会比uint32高效
fixed64	uint64	总是8个字节，如果数值总是比总是比256大的话，这个类型会比uint64高效
sfixed32	int32	总是4个字节
sfixed64	int64	总是8个字节
bool	bool
string	string	一个字符串必须是UTF-8编码或者7-bit ASCII编码的文本
bytes	string	可能包含任意顺序的字节数据