背景
在移动互联网时代，手机流量、电量是最为有限的资源，而移动端的即时通讯应用无疑必须得直面这两点。
解决流量过大的基本方法就是使用高度压缩的通信协议，而数据压缩后流量减小带来的自然结果也就是省电：因为大数据量的传输必然需要更久的网络操作、数据序列化及反序列化操作，这些都是电量消耗过快的根源。
当前即时通讯应用中最热门的通信协议无疑就是Google的Protobuf了，基于它的优秀表现，微信和手机QQ这样的主流IM应用也早已在使用它。本文将详细介绍Protobuf的使用、原理等。
Protobuf 介绍
Google Protocol Buffer( 简称 Protobuf) 是 Google 公司内部的混合语言数据标准，目前已经正在使用的有超过 48,162 种报文格式定义和超过 12,183 个 .proto 文件。他们用于 RPC 系统和持续数据存储系统。
Protocol Buffers 是一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化，或者说序列化。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。目前提供了 C++、Java、Python 三种语言的 API（即时通讯网注：Protobuf官方工程主页上显示的已支持的开发语言多达10种，分别有：C++、Java、Python、Objective-C、C#、JavaNano、JavaScript、Ruby、Go、PHP，基本上主流的语言都已支持，详见工程主页：https://github.com/52im/protobuf）。
或许您和我一样，在第一次看完这些介绍后还是不明白 Protobuf 究竟是什么，那么我想一个简单的例子应该比较有助于理解它。
Protobuf 安装
安装 Protobuf
编译安装 protobuf 的编译器 protoc
wget https://github.com/google/protobuf/releases/download/v3.6.1/protobuf-all-3.6.1.tar.gz
tar zxvf protobuf-all-3.6.1.tar.gz
cd protobuf-3.6.1
// /usr/local/ 为安装路径
./configure --prefix=/usr/local/
# 要编译很久
sudo make -j`nproc`
sudo make check
sudo make install
// 检查安装结果
protoc --version安装结果：
注：protobuf 的静态库被安装到了 /usr/local/lib 中，如果在执行 protoc --version 时，报错：protoc: error while loading shared libraries: libprotoc.so.17: cannot open shared object file: No such file or directory；则只需将 /usr/local/lib 添加到环境变量即可！
添加命令如下：
// 该添加只在当前窗口有效
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH安装 protoc-gen-go 插件
使用 Go 的包管理工具 go install 来安装 protobuf 的 Go 插件。这个插件现在是作为一个独立的模块发布的，而不是 google.golang.org/protobuf 包的一部分，因此需单独安装。
从 Go 1.11 开始，Go 引入了模块作为官方的依赖管理工具，并逐渐替代了 GOPATH 模式。在 Go 模块模式下，Go 项目可以有自己独立的依赖管理，不再严格依赖于全局的 GOPATH。
在 Go 模块模式下，可能不会直接操作 $GOBIN 环境变量，因为 go install 命令会自动处理二进制文件的安装位置。但是，如果想要自定义安装位置，可以设置 $GOBIN 环境变量。例如：
// 指定 protoc-gen-go 的安装位置
export GOBIN=/usr/local/go/bin
// 安装 protoc-gen-go
go install google.golang.org/protobuf/cmd/protoc-gen-go@latest注：把 .proto 文件编译成 .go 文件依赖 protoc-gen-go；
Protobuf 使用
创建 .proto 文件
创建 metadata.proto 文件
syntax = "proto3";
package message;
option go_package = "/data/etcd_test/src/message";
message Metadata {
string Name = 1;
string DBName = 2;
string Type = 3;
int64 ShardMethod = 4;
string ShardKey = 5;
int64 ShardCount = 6;
string Groups = 7;
string RangeInfo = 8;
}注：
- go_package 用于指定生成的GO代码应该使用哪个包名，并且（可选地）指定生成代码的输出目录
- 字段后面的数字在序列化过程中唯一标识字段，这些标识符在消息定义中是唯一的，并且在整个.proto文件中应该是唯一的
编译.proto 文件
protoc --go_out=. --go_opt=paths=source_relative ./src/message/metadata.proto注：
- --go_out=. 告诉 protoc 编译器生成 Go 代码，并将输出放在当前目录（.表示当前目录）
- --go_opt=paths=source_relative 是一个选项，它告诉 protoc-gen-go 生成代码时使用相对于 .proto 文件的路径，这在 Go 模块中特别有用，因为它可以确保生成的代码与你的模块结构保持一致
编译结果：
Json 和 Protobuf 的对比
在当今的软件开发中，数据交换是必不可少的环节。Protobuf和JSON是两种广泛使用的数据交换格式，它们各自具有独特的优势和适用场景。下面将从多个方面对Protobuf和JSON进行对比分析。
1）性能
Protobuf是一种高效的二进制序列化格式，它在数据传输和存储方面的性能优于JSON。由于Protobuf采用二进制编码，因此在相同数据量的情况下，序列化和反序列化的速度更快，且数据体积更小。相比之下，JSON是一种文本格式，其编码较为冗长，且解析速度相对较慢。因此，在处理大量数据或对性能要求较高的场景下，Protobuf更具优势。
2）可读性
JSON的优点在于其易于阅读和编写。JSON数据的结构清晰，语法简单，使得开发人员能够轻松地读写和理解数据。而Protobuf的二进制编码方式则较为复杂，不易于直接阅读。因此，在需要易于阅读和调试的场景下，JSON更为合适。
3）可扩展性
Protobuf具有更好的可扩展性。它支持自定义消息类型和字段标签，允许用户根据需要定义复杂的数据结构。此外，Protobuf还支持多种编程语言的实现，使得在不同语言间进行数据交换更加方便。相比之下，JSON虽然也可以表示复杂的数据结构，但其扩展性相对较差，且不支持自定义标签等高级功能。因此，在需要定义复杂数据结构或跨语言数据交换的场景下，Protobuf更具优势。
4）安全
Protobuf和JSON在安全性方面各有千秋。Protobuf采用加密传输的方式保证数据的安全性，而JSON则可以通过适当的加密算法对数据进行加密处理。另外，由于Protobuf采用二进制编码，相对于JSON的文本格式更难以被直接查看和修改，从而提高了数据的安全性。然而，在实际应用中，为了确保数据的安全性，无论使用Protobuf还是JSON都需要采取相应的安全措施，如加密传输、校验数据完整性等。因此，在安全性方面没有绝对的优劣之分。
5）流行度与生态系统
JSON在互联网领域的应用非常广泛，已经成为RESTful API的标准数据格式之一。许多常用的编程语言和框架都支持JSON的处理和解析，这使得JSON在开发社区中拥有庞大的生态系统。而Protobuf虽然也得到了许多公司和项目的采用，但其流行度和生态系统相对较小。因此，在选择数据交换格式时，需要考虑项目需求和开发团队的技能背景。
综上所述，Protobuf和JSON各有千秋，需要根据实际需求选择合适的数据交换格式。在处理大量数据或对性能要求较高的场景下，Protobuf更具优势；而在需要易于阅读和调试的场景下，JSON更为合适。另外，如果项目需要定义复杂的数据结构或跨语言数据交换，应优先考虑使用Protobuf；如果项目主要应用于互联网领域，则JSON可能更适合。在选择数据交换格式时，还需要综合考虑安全性、流行度以及生态系统等方面的因素。
