医学论文protocal的作用

ProtocolBuffer是google 定义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。ProtocolBuffer类似于xml、json,不过它更小、更快、也更简单。

目前使用最广泛的数据传输协议为JSON，JSON是一种轻量级的数据交换格式而且层次和结构比较简单和清晰，这里主要对比一下Protocol Buffer和JSON的对比，给出优势和劣势：

优势

劣势

实际数据对比

Protocol Buffer的使用流程总体可以分为三步，如下图所示：

google推荐在Android项目中使用lite版，lite版本生成的java文件更加轻量，其配置如下：

首先创建一个.proto文件，并且在文件中声明如下内容:

在整个proto文件中数据类型分为基本类型和结构类型，其中结构类型主要为:

下面分别介绍一下不同结构的作用及规定：

message表示一个结构，类似于java中类，一个proto文件中可以声明多个message结构：

message可以引用不同proto文件中的message，只要在proto文件中的最上面声明import即可，如下所示：

enum使用很简单，直接在message中声明enum结构体并且将属性声明为对应的enum即可：

在proto3中，enum第一个值必须为0，主要是为了和基础类型的默认值保持一致

map是proto3新加的，使用也很简单：

如下

repeated修饰的属性类似于jsonArray,也类似于java中的List，该修饰符在格式正确的消息中可以重复任意次（包括0次）

日常开发过程中，由于需求的变更，往往需要增加字段，这就涉及到字段的扩充，字段扩充需要达到一个目的： 兼容

所以Protocol Buffer在字段扩充中定义了如下规则：

只要记住上述规则，就能完成字段扩充且老版本也能兼容

Protocol Buffer 更快更小的主要原因如下：

上面这个例子中，在序列化时，"name" 、"count"的key值不会参与，由编号1、2代替，这样在反序列化的时候直接通过编号找到对应的key就可以。需要注意的是编号一旦确定就不可以更改，服务端和客户端通过proto通信的时候需要提前定义号数据格式。

其中Length不一定有，依据Tag确定，例如int类型的数据就只有Tag-Value，string类型的数据就必须是Tag-Length-Value。

Protocol Buffer定义了如下的数据类型，其中部分数据类型已经不再使用：

上面已经介绍了Protocol Buffer的数据结构及Tag的类型，但是Tag块并不是只表示数据类型，其中数据编号也在Tag块中，Tag的生成规则如下：

其中Tag块的后3位表示数据类型，其他位表示数据编号

Java中整数类型的长度都是确定的，如int类型的长度为4个字节，可表示的整数范围为-2 31——2 31-1，但是实际开发中用到的数字均比较小，会造成字节浪费，可变长度编码就能很好的解决这个问题，可变长度编码规则如下：

举个例子：

其中第一个字节由于最高位为1，则后面的字节也是前面的数据的一部分，第二个字节最高位为0，则表示数据计算终止，由于Protocol Buffer是低位在前，整体的转换过程如下：

10000001 00000011 ——> 00000110000001 表示的10进制数为：2^0 + 2^7 + 2^8 = 385 通过上面的例子可以知道一个字节表示的数的范围0-128，上面介绍的Tag生成算法中由于后3位表示数据类型，所以Tag中1-15编号只占用1个字节，所以确保编号中1-15为常用的，减少数据大小。

可变长度编码唯一的缺点就是当数很大的时候int32需要占用5个字节，但是从统计学角度来说，一般不会有这么大的数.

上面介绍了Protocol Buffer的原理，现在通过实例来展示分析过程，我们定义的proto文件如下：

其序列化后的字节数据如下：

前面介绍过Protocol Buffer的 数据结构为TLV，其中L不是必须的，根据T的类型来确定 先看下第一个字节：

这里字节最高位为0，所以该Tag就用这一个字节表示，其中后3位表示类型，前面表示字段编号，所以:

这里字节最高位为0，所以该Tag就用这一个字节表示，其中后3位表示类型，前面表示字段编号，所以: file_num = 0001 = 1 type = 010 = 2 上面介绍过type=2，则后面有Length，按照可变长度编码规则，知道表示长度的字节为：

所以Length=4,则value的长度是4个字节，直接取出后面4个字节：

这4个字节对应的就是test 再看下一组：

由上面的Tag知道： file_num=2 type=0 前面介绍过type=0，后面没有Length，直接就是value，

value=1，通过上面的解析可以知道

上面介绍了Protocol Buffer的原理，解释了为什么Protocol Buffer更快，更小，这里再总结一下：

参考资料：

proto3官网指南：

protobuf-gradle-plugin： 博客：