一、protobuf的定义

protobuf是一种用于序列化结构数据的工具，实现数据的存储与交换，与编程语言和开发平台无关。

序列化：将结构数据或者对象转换成能够用于存储和传输的格式。

反序列化：在其他的计算环境中，将序列化后的数据还原为结构数据和对象。

定义数据的结构，然后使用protoc编译器生成源代码，在各种数据流中使用各种语言进行编写和读取结构数据。甚至可以更新数据结构，而不破坏由旧数据结构编译的已部署程序。

二、protobuf的优缺点

2.1、优点

性能高效：与XML相比，protobuf更小（3 ~ 10倍）、更快（20 ~ 100倍）、更为简单。
语言无关、平台无关：protobuf支持Java、C++、Python 等多种语言，支持多个平台。
扩展性、兼容性强：只需要使用protobuf对结构数据进行一次描述，即可从各种数据流中读取结构数据，更新数据结构时不会破坏原有的程序。

2.2、缺点

不适合用来对基于文本的标记文档（如 HTML）建模。
自解释性较差，数据存储格式为二进制，需要通过proto文件才能了解到内部的数据结构。

三、protobuf的使用流程

3.1、protobuf在Linux下的安装过程

$ sudo apt-get install autoconf automake libtool curl make g++ unzip
$ git clone https://github.com/google/protobuf.git
$ cd protobuf
$ git submodule update --init --recursive
$ ./autogen.sh
$ ./configure
$ make
$ make check
$ sudo make install
$ sudo ldconfig

3.2、定义proto文件

message Person {string name = 1;int32 id = 2;string email = 3;enum PhoneType {MOBILE = 0;HOME = 1;WORK = 2;}message PhoneNumber {string number = 1;PhoneType type = 2;}repeated PhoneNumber phone = 4;
}

message是消息体，包含了多个fields（数据项），每一个fields都是key-value类型。

3.3、protoc编译器

使用proto文件定义好结构数据后，可以使用protoc编译器生成结构数据的源代码，这些源代码提供了读写结构数据的接口，从而能够构造、初始化、读取、序列化、反序列化结构数据。使用以下命令生成相应的接口代码：

// $SRC_DIR: .proto所在的源目录
// --cpp_out: 生成C++代码
// $DST_DIR: 生成代码的目标目录
// xxx.proto: 要针对哪个proto文件生成接口代码protoc -I=$SRC_DIR --cpp_out=$DST_DIR $SRC_DIR/xxx.proto

编译完成后将会生成一个xxx.pb.h和xxx.pb.cpp文件，会提供类似SerializeToOstream()、set_name()、name()等方法。

3.4、调用接口进行序列化、反序列化

/*
下面的代码即为protoc编译器生成的原结构数据的接口，
提供了构造函数、初始化、序列化、反序列化和读取数据的方法，
因此可以调用这些接口进行序列化与反序列化。
*/// 构造函数
Person person;
// 初始化
person.set_name("John Doe");
person.set_id(1234);
person.set_email("jdoe@example.com");
fstream output("myfile", ios::out | ios::binary);
// 序列化结构数据到文件中
person.SerializeToOstream(&output);fstream input("myfile", ios::in | ios::binary);
Person person;
// 从文件中反序列化出结构数据
person.ParseFromIstream(&input);
// 读取结构数据
cout << "Name: " << person.name() << endl;
cout << "E-mail: " << person.email() << endl;

四、protobuf的应用场景

压缩效率高：服务器间的海量数据传输与通信，可以节省磁盘和带宽，protobuf适合处理大数据集中的单个小消息，但并不适合处理单个的大消息。
解析速度快：可以提高服务器的吞吐能力。

五、protobuf与json和XML的对比

在这里插入图片描述

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，可读性较差，语义表达能力不足。
protobuf的应用场景更为明确，XML、JSON的应用场景更为丰富。

参考：
https://www.iteye.com/blog/maoyidao-1236916
https://www.jianshu.com/p/cae40f8faf1e
https://www.jianshu.com/p/a24c88c0526a