Protocol Buffer ("protobuf")

[ShannonChenCHN]

• 什么是 Protocol Buffer
• Protocol Buffer 的出现背景
• Protocol Buffer 和 XML、JSON 的对比
• Protocol Buffer 在 iOS 开发中的使用
• Protocol Buffer 的原理

[ShannonChenCHN]

Protocol Buffer

简介

相对于传统的 XML 和 JSON, Protocol buffers 的优势主要在于：更加小、更加快。对于自定义的数据结构，Protobuf 可以通过生成器生成不同语言的源代码文件，读写操作都非常方便。

在 iOS 中使用 PB

1. 安装 Protocol Buffer，到 GiHub repo 上下载源码，按文档安装即可。

2. 创建 .proto 文件，再用 Protobuf 编译器生成目标语言（这里是 Objective-C）所需要的源代码文件，也就是一个定义了 model 类的文件。

3. 在项目中导入 PB 编解码相关的代码，有三种导入方式

• 手动导入源文件
• 手动导入静态库
• 使用 CocoaPods 管理

原理

Protocol Buffer

Protocol Buffer 的主要优点在于小巧、快速：

• 序列化后的信息的表示非常紧凑，信息量小
• 解析速度快

这两个优点主要源于两点：

• 巧妙的 Encoding 技术
  • Varint 表示法
  • Zigzag 编码
• 简单的反序列化过程
  • 不需要复杂的词法语法分析
  • 消息的 decoding 过程通过几个位移操作组成的表达式计算即可完成

Protocol Buffer 的缺点：

• 由于序列化后的 PB 数据是二进制数据，不能直接阅读

Objective-C 中的 decode 逻辑

• GPBMessage：所有的 model 都需要继承自 GPBMessage，
• Descriptor（PB 编译器会自动为每个 GPBMessage 子类实现 descriptor 方法，创建 Descriptor）
  • GPBFileDescriptor：用于描述一个 proto 文件
  • GPBDescriptor：一个 GPBDescriptor 表征一个 proto message，对应一个 OC 类.
  • GPBFieldDescriptor：用于描述每个 proto field，对应一个 OC 属性
• GPBCodedInputStream：包装二进制数据的 input stream，包括 state 和 buffer 两部分

在 Protocol Buffer 的 Objective-C 解码库中，解析 PB 数据的逻辑可以简单理解为：

通过在 GPBMessage 子类中实现的 Descriptor（包括 GPBFileDescriptor、 GPBDescriptor 和 GPBFieldDescriptor），指定 Message 以及各属性的一些信息，然后再循环遍历这个 GPBMessage 子类的各个属性对应的 Descriptor，对属性进行赋值。

Protocol Buffer 源码

protobuf 是跨平台的，protobuf 大概分成两部分：

• compiler：主要是根据 PB message 数据生成对应的目标语言代码。
• runtime：主要功能是在运行时对消息的序列化和反序列化。

参考

• Google Protocol Buffer 的使用和原理
• Google's Protocol Buffer
• google/protobuf
• apple/swift-protobuf
• 高效的数据压缩编码方式 Protobuf
• 还在用JSON? Google Protocol Buffers 更快更小 (原理篇) - 随手记技术团队
• 还在用JSON? Google Protocol Buffers 更快更小(iOS 实践篇) - 随手记技术团队
• Introduction to Protocol Buffers on iOS
• JSON vs Protocol Buffers vs FlatBuffers
• 5 Reasons to Use Protocol Buffers Instead of JSON For Your Next Service
• Protocol Buffers - WikiPedia
• 如何阅读protobuf源码？ - 陈硕的回答 - 知乎