Protobuffer和json深度对比

发表于2015-12-20

JSON相信大家都知道是什么东西，如果不知道，那可就真的OUT了，GOOGLE一下去。这里就不介绍啥的了。

Protobuffer大家估计就很少听说了，但如果说到是GOOGLE搞的，相信大家都会有兴趣去试一下，毕竟GOOGLE出口，多属精品。

Protobuffer是一个类似JSON的一个传输协议，其实也不能说是协议，只是一个数据传输的东西罢了。

那它跟JSON有什么区别呢？

跨语言，这是它的一个优点。它自带了一个编译器，protoc，只需要用它进行编译，可以编译成JAVA、python、C++代码，暂时只有这三个，其他就暂时不要想了，然后就可以直接使用，不需要再写任何其他代码。连解析的那些都已经自带有的。JSON当然也是跨语言的，但这个跨语言是建立在编写代码的基础上。

如果想再深入了解的，可以去看看：

https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview

好了，废话不多说，我们直接来看看，为什么我们需要对比protobuffer（下面简称GPB）和JSON。

1、JSON因为有一定的格式，并且是以字符存在的，在数据量上还有可以压缩的空间。而GPB上大数据量时，空间比JSON小很多，等一下的例子我们可以看到。

2、JSON各个库之间的效率相差比较大，jackson库和GSON就大概有5-10的差距（这个只做过一次测试，如有误，请大家轻拍）。而GPB只需要一个，没有所谓的多个库的区别。当然这个点只是弄出来凑数的，可以忽略不计哈。

Talk is cheap,Just show me the code。

在程序界，代码永远是王道，下面就直接来代码吧。

上代码前，大家要先下载protobuffer，在这里：

https://code.google.com/p/protobuf/downloads/list

注意，需要下载两个，一个是complier，另外一个是source code，相信这个难不倒大家了，这里略过。

1、首先，GPB是需要有一个类似类定义的文件，叫proto文件。

我们以学生和老师的例子来进行一个例子：

我们有以下两个文件：student.proto

<span style="font-size: 16px;">option java_package = "com.shun";
option java_outer_classname = "StudentProto";
 
message Student {
    required int32 id = 1;
    optional string name = 2;
    optional int32 age = 3;
}</span>

teacher.proto

<span style="font-size: 16px;">import "student.proto";
option java_package = "com.shun";
option java_outer_classname = "TeacherProto";
 
message Teacher {
    required int32 id = 1;
    optional string name = 2;
 
    repeated Student student_list = 3;
}</span>

这里我们遇到了一些比较奇怪的东西：

import,int32,repated,required,optional,option等

一个个来吧：

1）import表示引入其他的proto文件

2）required,optional表示字段是否可选，这个决定了该字段有无值的情况下protobuffer会进行什么处理。如果标志了required，但当处理时，该字段没有进行传值，则会报错;如果标志了optional，不传值则不会有什么问题。

3）repeated相信应该都看得懂了，就是是否重复，跟JAVA里面的list类似

4）message就是相当于class了

5）option表示选项，其中的java_package表示包名，即生成JAVA代码时使用的包名，java_outer_classname即为类名，注意这个类名不能跟下面的message中的类名相同。

至于还有其他的选项和相关类型的，请参观官方文档。

2、有了这几个文件，我们能怎么样呢？

记得上面下载的编译器了吧，解压出来，我们得到一个protoc.exe，这当然是windows下的，我没弄其他系统的，有兴趣的同学去折腾下罗。

加到path（加不加可以随便，只是方不方便而已），然后就可以通过上面的文件生成我们需要的类文件了。

protoc --java_out=存放源代码的路径 --proto_path=proto文件的路径 proto具体文件

--proto_path指定的是proto文件的文件夹路径，并不是单个文件，主要是为了import文件查找使用的，可以省略

如我需要把源代码放在D:protobufferVsJsonsrc，而我的proto文件存放在D:protoFiles

那么我的编译命令就是：

protoc --java_out=D:protobufferVsJsonsrc

D:protoFilesteacher.proto D:protoFilesstudent.proto

注意，这里最后的文件，我们需要指定需要编译的所有文件

编译后可以看到生成的文件。

代码就不贴出来了，太多了。大家可以私下看看，代码里面有一大堆Builder，相信一看就知道是建造者模式了。

这时可以把代码贴到你的项目中了，当然，错误一堆了。

记得我们前面下载的源代码吗？解压它吧，不要手软。然后找到src/main/java/复制其中的一堆到你的项目，当然，你也可以ant或者maven编译，但这两个东西我都不熟，就不献丑了，我还是习惯直接复制到项目中。

代码出错，哈哈，正常。不知道为何，GOOGLE非要留下这么个坑给我们。

翻回到protobuffer目录下的java看到有个readme.txt了吧，找到一句：

看来看去，感觉这个代码会有点奇怪的，好像错错的感觉，反正我是没按那个执行，我的命令是:

1	<span style="font-size: 16px;">protoc --java_out=还是上面的放代码的地方 proto文件的路径（这里是descriptor.proto文件的路径）</span>

执行后，我们可以看到代码中的错误木有了。

3、接下来当然就是测试了。

我们先进行GPB写入测试：

<span style="font-size: 16px;">package com.shun.test;
 
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
import com.shun.StudentProto.Student;
import com.shun.TeacherProto.Teacher;
 
public class ProtoWriteTest {
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {
         
        Student.Builder stuBuilder = Student.newBuilder();
        stuBuilder.setAge(25);
        stuBuilder.setId(11);
        stuBuilder.setName("shun");
         
        //构造List
        List<Student> stuBuilderList = new ArrayList<Student>();
        stuBuilderList.add(stuBuilder.build());
         
        Teacher.Builder teaBuilder = Teacher.newBuilder();
        teaBuilder.setId(1);
        teaBuilder.setName("testTea");
        teaBuilder.addAllStudentList(stuBuilderList);
         
        //把gpb写入到文件
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("C:\Users\shun\Desktop\test\test.protoout");
        teaBuilder.build().writeTo(fos);
        fos.close();
    }
 
}</span>

我们去看看文件，如无意外，应该是生成了的。

生成了之后，我们肯定要读回它的。

<span style="font-size: 16px;">package com.shun.test;
 
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
 
import com.shun.StudentProto.Student;
import com.shun.TeacherProto.Teacher;
 
public class ProtoReadTest {
 
    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException {
         
        Teacher teacher = Teacher.parseFrom(new FileInputStream("C:\Users\shun\Desktop\test\test.protoout"));
        System.out.println("Teacher ID:" + teacher.getId() + ",Name:" + teacher.getName());
        for (Student stu:teacher.getStudentListList()) {
            System.out.println("Student ID:" + stu.getId() + ",Name:" + stu.getName() + ",Age:" + stu.getAge());
        }
    }
 
}</span>

代码很简单，因为GPB生成的代码都帮我们完成了。

上面知道基本的用法了，我们重点来关注GPB跟JSON生成文件大小的区别，JSON的详细代码我这里就不贴了，之后会贴出示例，大家有兴趣可以下载。

这里我们用Gson来解析JSON，下面只给出对象转换成JSON后写出文件的代码：

两个类Student和Teacher的基本定义就不弄了，大家随意就行，代码如下：

<span style="font-size: 16px;">package com.shun.test;
 
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
import com.google.gson.Gson;
import com.shun.Student;
import com.shun.Teacher;
 
public class GsonWriteTest {
 
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Student stu = new Student();
        stu.setAge(25);
        stu.setId(22);
        stu.setName("shun");
         
        List<Student> stuList = new ArrayList<Student>();
        stuList.add(stu);
         
        Teacher teacher = new Teacher();
        teacher.setId(22);
        teacher.setName("shun");
        teacher.setStuList(stuList);
         
        String result = new Gson().toJson(teacher);
        FileWriter fw = new FileWriter("C:\Users\shun\Desktop\test\json");
        fw.write(result);
        fw.close();
    }
 
}</span>

接下来正式进入我们的真正测试代码了，前面我们只是在列表中放入一个对象，接下来，我们依次测试100,1000,10000,100000,1000000,5000000这几个数量的GPB和JSON生成的文件大小。

改进一下之前的GPB代码，让它生成不同数量的列表，再生成文件：

<span style="font-size: 16px;">package com.shun.test;
 
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
import com.shun.StudentProto.Student;
import com.shun.TeacherProto.Teacher;
 
public class ProtoWriteTest {
 
    public static final int SIZE = 100;
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
         
        //构造List
        List<Student> stuBuilderList = new ArrayList<Student>();
        for (int i = 0; i < SIZE; i ++) {
            Student.Builder stuBuilder = Student.newBuilder();
            stuBuilder.setAge(25);
            stuBuilder.setId(11);
            stuBuilder.setName("shun");
             
            stuBuilderList.add(stuBuilder.build());
        }
         
        Teacher.Builder teaBuilder = Teacher.newBuilder();
        teaBuilder.setId(1);
        teaBuilder.setName("testTea");
        teaBuilder.addAllStudentList(stuBuilderList);
         
        //把gpb写入到文件
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("C:\Users\shun\Desktop\test\proto-" + SIZE);
        teaBuilder.build().writeTo(fos);
        fos.close();
    }
 
}</span>

这里的SIZE依次改成我们上面据说的测试数，可以得到如下：

然后我们再看看JSON的测试代码：

<span style="font-size: 16px;">package com.shun.test;
 
import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
import com.google.gson.Gson;
import com.shun.Student;
import com.shun.Teacher;
 
public class GsonWriteTest {
 
    public static final int SIZE = 100;
     
    public static void main(String[] args) throws IOException {
         
        List<Student> stuList = new ArrayList<Student>();
        for (int i = 0; i < SIZE; i ++) {
            Student stu = new Student();
            stu.setAge(25);
            stu.setId(22);
            stu.setName("shun");
             
            stuList.add(stu);
        }
         
         
        Teacher teacher = new Teacher();
        teacher.setId(22);
        teacher.setName("shun");
        teacher.setStuList(stuList);
         
        String result = new Gson().toJson(teacher);
        FileWriter fw = new FileWriter("C:\Users\shun\Desktop\test\json" + SIZE);
        fw.write(result);
        fw.close();
    }
 
}</span>