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1、Protocol Buffers序列化协议及应用,基础业务开发部高磊2010年10月15日,开篇语（TODO）,测试,自我介绍,基础业务开发部 高级技术经理2006年开始参与飞信个人版服务器端的开发负责个人版服务器端的系统架构规划正在进行下一代服务器端平台FAE的设计与开发,Protocol Buffers,Protocol Buffers是Google开发的一种数据描述语言，能够将结构化数据序列化，可用于数据存储、通信协议等方面官方网站http:/-New BSD License如果再发布的产品中包含源代码，则在源代码中必须带有原来代码中的BSD协议。如果再发布的只是二进制类库/软件，则需要
2、在类库/软件的文档和版权声明中包含原来代码中的BSD协议。不可以用开源代码的作者/机构名字和原来产品的名字做市场推广,Agenda,快速开始语言及协议规范开发示例性能对比RPC及应用,准备工作,访问官方网站http:/,编写.proto描述文件,用protoc生成访问代码,保存为person.proto文件运行protoc-cpp_out=src person.proto得到如下文件person.pb.ccperson.pb.h其他语言Java:protoc java_out=src person.protoPython:protoc python_out=src person.protoC#
3、:使用第三方工具http:/,编写应用代码,为什么不用XML,在序列化结构化的数据时，相比与xml，protobuf有如下优点简洁消息大小只需要xml的1/10 1/3解析速度快20 100倍减少了二义性可以生成更容易在编程中使用的数据访问代码,消息体对比,XML（82 bytes）1234 John Doe Protocol Buffers（31 bytes）0A/Name字段标识 1 3|2(字段类型：2，length-delimited)08 4A 6F 68 6E 20 44 6F 65/08是字符串长度,后面是John Doe10/Id字段标识 2 3|0(字段类型：0，数字）D2
4、09/1234通过变长编码得到1A/email字段标识 3 3|2(字段类型：2，length-delimited)10 6A 64 6F 65 40 65 78 61 6d 70 6C 65 2E 63 6F 6D/10是字符串长度，后面,protobuf解决的问题,跨平台，跨语言向下兼容性好，格式升级毫无压力一次定义，多次生成，完全避免手写枯燥乏味且容易出错的解析代码特别方便用于Rpc和消息存储的场合Protocol buffers 现在是Google内部的标准数据定义语言,在Google代码树种，现在有48,162种不同的消息定义在 12,183个.proto文件中，用在RPC和数据存储
5、的场合。（引用自 http:/,Agenda,快速开始语言及协议规范开发示例性能对比RPC及应用,定义消息类型,确定消息命名定义字段类型分配字段序号序号范围1 229-1，除去19000 19999区间序号是序列化的依据，名字只是参考,字段约束,required:必须赋值字段，禁止为空optional:可选字段，可以为空，default=默认值，如果一端报文中不包含可选字段，那么可选字段在反序列化的时候会赋为默认值，如果没有确定默认值，则可选字段将会使用类型的默认值，boolean为false，数字类型为0repeated:集合，可以填充零到多个对象，,定义更多的类型,在同一个.proto文件
6、中可以定义多个message可以用C+风格的/起始的注释,运行protoc生成代码,当编写好.proto文件后，运行protoc编译器，会生成你选择语言的代码，针对不同的语言有不同的效果C+:编译器会为每个.proto文件生成.h和.cc文件，为每个message生成一个classJava:编译器会为每个message生成一个.java文件Python:有一些小小的不同，python编译器会针对每个message生成一个静态的descriptor，C#:C#目前为非官方支持，可以用生成C#实体类，也可以直接用Attribute描述写成,标量类型,标量类型（续）,Base-128 Varints
7、 整数变长编码,每个字节使用使用低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，例如：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,消息格式,一个Protocol Buffers的消息包含一系列字段，每个字段由一个变长32位整数作为字段头，后面跟随字段体字段头格式(field_number 3)|wire_type field_number:字段序号 wire_type:字段编码类型,字段编码类型,编码示例1:整数编码,a=15
8、0时，编码如下08 96 0108:1 3|096 01:1010 1100 0000 0010 010 1100 000 0010 150,编码示例2:字符串编码,b=testing时，编码如下12 07 74 65 73 74 69 6e 6712:2 3|207:字符串长度74 65 73 74 69 6e 67 testing,编码示例3:嵌套编码,设置c.a=150时，编码如下1a 03 08 96 011a:3 3|203:嵌套结构长度08 96 01Test1 a=1,其他编码规范,optional的字段不会出现在消息报文中repeated的字段会出现多次（没设置packed=t
9、rue）的情况下packed=true选项可以针对整数字段进行优化message Test4 repeated int32 d=4;d=3,270,86942;22/tag(field number 4,wire type 2)06/payload size(6 bytes)03/first element(varint 3)8E 02/second element(varint 270)9E A7 05/third element(varint 86942),定义枚举类型,枚举类型使用变长编码，必须为32位整数,引用其他的消息类型,可以在消息定义中嵌套其他的消息类型,使用import引入其他
10、文件中的定义,如果.proto文件定义在许多不同的文件中，可以用import关键字导入其它的定义后使用其它.proto文件中定义的message type使用protoc编译的时候，需要添加设置-I/-import_path参数去确定import的目录，如果不指定import目录，默认为调用protoc的当前目录,嵌套定义,可以在message定义内部定义message type引用时需要全名，如SearchResponse.Result可以多层嵌套,升级规范,如何保持向下兼容性不改变任何已经存在的字段的序号新增字段应该标记为optional或repeated不再需要的字段可以删除，但建议先加
11、上OBSOLETE_前缀，这样可以保证序号被保留默认值都是反序列化时产生的，但要保证序列化方没有将默认值当成一个有意义的值进行传输字段类型兼容int32,uint32,int64,uint64,bool互相兼容sint32sint64互相兼容，但不兼容其他整形数字在utf-8编码下，string和bytes是兼容的，Fixed32与sfixed32兼容,fixed64与sfixed64兼容,Agenda,快速开始语言及协议规范开发示例性能对比RPC及应用,演示:C+Demo,演示:Java Demo,演示:C#Demo,Agenda,快速开始语言及协议规范开发示例性能对比RPC及应用,性能比较
12、,使用一个统一的消息体格式评估以下性能指标序列化速度报文大小JavaJava SerializeXML:JAXBJSON:使用gson库protobuf:标准C#.Net Serialize:PC+Protobuf:,性能评估结果,Agenda,快速开始语言及协议规范开发示例性能对比RPC及应用,远程调用的种类,开放协议Web Service平台私有协议.Net Remoting.Net WCFJava RMI其他常用的协议xml over Http,Protocol Buffers对Rpc的支持,支持在.proto文件中定义Rpc Service能够通过protoc生成框架代码通过实现Rpc
13、Channel抽象类，完成Rpc在通信层的交互第三方实现http:/,用.proto方式定义远程调用,service SearchService:服务名称rpc Search：方法名SearchRequest请求类型SearchResponse应答类型,选择通信层协议,对通信层协议的要求有Transaction的处理机制可以传送二进制报文长连接或短连接均可适合的协议HTTPSipcTcp（需要自己添加Transaction管理，连接控制，并发控制等功能）,制定一个简单的Rpc协议（over Http),Request,POST rpc.do?service=&method=HTTP/1.1Us
14、er-Agent:user-agent-valueHost:host-valueContent-Type:binaryContent-Length:length,Response,HTTP/1.1 200Content-Length:length,Rpc Framework 的实现,包装客户端框架代码异步/同步接口服务方法的封装协议层的管理异常处理包装服务器端实现代码实现服务代码的框架服务器端协议栈服务的分发及应用线程的管理异常处理，日志处理,Rpc Framework：其他的考虑,日志调用监控通信层协议的优化应用线程池的保护路由策略,个人版服务器端远程调用的发展,V2SipcRemotingV3Xml over SipcRemotingV4protobuf over Sipcprotobuf over Httpprotobuf over Namedpipeprotobuf over Tcp(完善中),谢谢,Questions?,
