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本篇是
frank909
的第二篇投稿，介绍了如何在Windows下基于Java语言使用 Protocol buffer。希望大家喜欢。
frank909
的博客地址：
http://blog.csdn.net/briblue
之前一直习惯用 json 进行数据的传输，觉得很方便。来到新公司后发现同事们用的更多的的协议都不是 json，而是
Protocol buffer
。
这个东西之前没有听说过，不明白同事们为什么放弃好好的 json 不用，用这个。后来了解到经常是设备与设备之间进行通信，而不是设备与服务器做通信。很多设备是 Linux 下 C语言 做核心服务，c来解析 json 比较麻烦。于是决定花些时间来学习这个陌生的协议。
Protocol Buffers(也称protobuf)是Google公司出口的一种独立于开发语言，独立于平台的可扩展的结构化数据序列机制。通俗点来讲它跟 xml 和 json 是一类。是一种数据交互格式协议。
网上有很多它的介绍，主要优点是它是基于二进制的，所以比起结构化的 xml协议 来说，它的体积很少，数据在传输过程中会更快。另外它也支持
c++、Java、Python、PHP、JavaScript
等主流开发语言。
更多信息，你可以在这个它的官方网站查阅相关的资料：
https://developers.google.com/protocol-buffers
protocol 的编译器是C语言编写的，如果你正在使用c++开发，请根据c++安装引导进行安装。
对于不是c++语言的开发者而言，最简单的方式就是从下面的网站下载一个预编译的二进制文件：
https://github.com/google/protobuf/releases
在上面的链接中，你可以按照对应的平台下载zip包：protoc-
VERSION−PLATFORM.zip。如 protobuf-java-3.1.0.zip
如果你要寻找之前的版本，通过下面的maven库：
http://repo1.maven.org/maven2/com/google/protobuf/protoc
因为我主要用java开发应用，所以这篇文章重点讲解 protocol 的 java实现。 还有这是
在windows上操作
。
通过Maven方式安装
如果你机器上还没有安装maven.请到下面的网站安装
http://maven.apache.org
选择相应的包。我这里选择的是
apache-maven-3.3.9-bin.zip
.
添加 maven 到 path
将下载后的 bin目录 添加到 path 中。
然后用
mvn -version
测试一下
说明安装成功
安装protoc
https://github.com/google/protobuf/releases
下载 protoc，如
protoc-3.1.0-win32.zip
，然后解压然后添加到 path。在命令行中测试：
protoc --version
正常情况应该打印版本信息，说明添加成功。
将
protoc
复制到
protocol buffer
解压的目录，
这一步很重要
。
例如之前下载的
protobuf-java-3.1.0.zip
我将它解压在E盘：
E:\xxxx\protobuf-java-3.1.0,那么
E:\xxxx\protobuf-java-3.1.0\protobuf-3.1.0
这个目录就当它是根目录。我用
$ROOT
表示。
将
protoc.exe
文件复制到
$ROOT/src/
目录下。
然后在命令行中定位到
$ROOT/java/
，然后运行命令
maven package
,如果一切成功的话，就会在
$ROOT/java/core/target/
目录下生成
protobuf-java-3.1.0.jar
文件。
在下载的 protobuf-java-3.1.0.zip 解压后，我们定义它的根目录为 $ROOT。它下面有一个 examples 文件夹，里面有个 adressbook.proto 文件，
.proto
就是 protocol buffer 的文件格式后缀。
我们将之前生成的 protobuf-java-3.1.0.jar 复制到该目录下。然后执行下面的命令：
protoc --java_out=. addressbook.proto
它就会自动生成 com/example/tutorial/AddressBookProtos.java 文件。
自此，protoc buffer 就完全编译成功，并且能正常运行了。
接下来我讲解它的基本语法。
在Android开发中，json 运用的很广泛，gson类 可以直接将一个java类对象直接序列成json格式的字符串。在 protocol buffer 中同样有类似功能的结构。
比如我要定义一个学生类，它包含学号、姓名、性别必要信息，也有兴趣爱好、特长等必要信息。
如果用java的话。大概如下面：
class Student{
int number;
String name;
int sex;
String hobby;
String skill;
}
那么如果用 Protocol buffer 来定义呢？
这里有一个关键字message。message是消息的意思，等同于java中的class关键字和c中的struct，代表一段数据的封装。
简单示例
首先我们得创建
.proto
文件。这里为 Student.proto：
syntax = "
proto3";
message Student {
int32 number = 1;
string name = 2;
int32 sex = 3;
string hobby = 4;
string skill = 5;
}
syntax=”proto3”
表示运用 proto3 的语法。而网上的教程大多还是 proto2。proto3 提示 required 限制符不能起作用，默认的就是 optional，表示任何域都是可选的。
那好，我们参加教程前面部分将 .proto 文件转换成 .java 文件。
protoc --java_out=. Student.proto
结果在当前目录生成了 StudentOuterClass.java 文件。至于为什么是 StudentOuterClass.java 这是因为我们在 Student.proto 没有指定它编译后生成的文件名称，protoc 程序默认生成了 StudentOuterClass.java，其实这个名字我们可以自定义，文章后面的内容我会介绍。
序列化
在IDE中新建项目，然后添加 StudentOuterClass.java 文件，并且添加 protobuf-java-3.1.0.jar。
然后编写如下代码：
最终代码会在运行时打印如下信息：
I/System.out: number: 123456
I/System.out: name: "Frank"
I/System.out: hobby: "music"
说明从 .proto 中的 message 到 java 中的 class 转换已经成功。最后：
student.toByteArray();
这个方法会得到 byte[]，我们可以将它送到文件流中进行传输，这也是它的终极目的。也就是我们将 protoc 对象序列化成了字节流数据。
大家注意这个 toByteArray() 产生的 byte[]数组，它代表要全部传输的二进制数据，大家可以打印它的大小，有心人可以用 json 实现两样的信息，然后打印json序列化后的数据长度做比较。看看，protocol buffre 是不是更节省内存空间，但在这里，我不做过多探究。
那么如何将字节流数据反序列化成 protoc 对象呢？
反序列化
我们可以这样：
array 是之前序列化后产生的 byte数据，现在通过 Student 的静态方法 parseFrom() 可以数据反序列成Student对象。
现在想来这个是不是很简单？？？
除了开始的阶段编写 .proto 文件，然后再把 .proto 文件编译成java文件麻烦点，其余的步骤甚至比json转换的更便利。
message
上一节已经见识过了message，它等同于 java 中的 class 关键字和 c 中的 struct 关键字。
message Student {
......
}
限定符
在
proto
2.0
版本中有三个限定符：
- required 必要的域
- optional 可选的
- repeated 可重复的(0~N)
其中被
required
修饰的变量是必不可少的。
optional
可有可无。
repeated
修饰的就要是数组字段。
而在
proto
3.0
中
required 被删掉了
。
optional 字符也不能使用
，因为默认的域都是 optional 属性。
3.0新语法
syntax = "proto3";
或者
syntax="proto2";
这个写在 .proto 文件中，用来指定使用 proto3 语法还是使用 proto2 语法。目前 protobuffer 继续支持 proto2。
数据类型
我们在前面的内容中见到了
int32
这样的字眼，它其实是数据类型。
最常用的就是
float
、
int32
、
bool
、
string
、
bytes
。
枚举
protocol buffer 除了支持上面的基本类型外还支持枚举。关键字是
enum
比如我们可以将前文提到的 Student 对象中的性别用一个枚举代替。那么将 Student.proto 文件修改如下：
syntax = "proto3";
enum Sex {
MALE = 0;
FEMALE = 1;
}
message Student {
int32 number = 1;
string name = 2; Sex sex = 3;
string hobby = 4;
string skill = 5;
}
然后再用 protoc.exe 编译产生新的 java 文件，并添加到工程当中。再进行代码测试。
在上面代码中有这两句：
然后打印的结果如下：
最后一行，把MALE打印出来了。
数组
通过关键字
repeated
实现，看下面代码：
我们通过
repeated int32 array =6;
定义了一个 int[] 类型的数组。而后面 [packed=true] 是因为要优化之前的版本对一些 int32 数据进行字节对齐。
然后我们在java工程中测试：
通过 builder.addArray() 添加数组元素，打印结果如下：
引用另一个message
在java中经常有一个对象包含另一个对象的情况。而在 protocol buffer 中这个也能实现。一个message中能够嵌套另外一个message。
比如在 Student.proto 中添加一个 Info 对象。
然后测试代码为：
打印结果如下：
嵌套
java中有内部类的概念，如：
class Student {
class Score{
}
}
而在 protocol buffer 中同样支持：
上面在 Message Student 定义了 message Score，里面域代表两门成绩。中文和历史。那好，测试代码如下：
打印结果：
可以看到结果也是准确无误的。
import关键字
我们之前的示例中：
message Info 和 message Student 定义在同一个 .proto 文件当中。而在 protocol buffer 中可以通过
import
关键字引入其它 .proto 文件当中的 message。
[Info.proto]
[Student.proto]
我们通过
import "Info.proto";
就算导入了 message Info.
然后我们对两个 proto 文件进行编译：
protoc -I=. --java_out=. Info.proto Student.proto
将会产生 InfoOuterClass.java 与 StudentDemo.java。我们可以将这两个文件添加到工程中，就能如此前那样正常使用。自此，import 关键字导入其它 proto 文件中的 message 就完成了。
option之java_package
文章一开始我们编写 Student.proto 时没有指定这个选项，所以它编译后生成的java文件就在当前目录下。现在我们这样编写代码：
option java_package=”com.frank.protocdemo”;
添加了这段代码，它的作用是最终会将编译产生的java文件放在 com/frank/protocdemo 这个目录下。
所以java_package是用来定义编译后产生的文件所在包结构的
package
package 与 java_package 有些不同，java_package 是定义编写生成后的java文件所在的目录，而 package 是对应的java类的包名。
option之java_outer_classname
我们之前的代码中都没有指定 Student.proto 编译生成的java文件名称，所以它默认的就是 StudentOuterClass.java。现在我们试试这样：
我们添加了这行
option java_outer_classname="StudentDemo";
,而最终它产生的java文件也不再是 StudentOuterClass.jav a而是 StudentDemo.java。
所以java_outer_classname是用来定义编译后的java文件名字的。
编译命令
还记得本文开始的地方吗？用：
protoc --java_out =. addressbook.proto
将proto文件编译成java文件。
其实它的完整命令如下：
protoc --proto_path=IMPORT_PATH --cpp_out=DST_DIR --java_out=DST_DIR --python_out=DST_DIR path/to/file.proto
–proto_path
等同于
-I
选项，它的意思是等待编译的 .proto 文件所在的目录，可以指定多个，如果不指定的话默认是当前目录。
path/to/file.proto
等待编译的proto数据文件。所以：
protoc --java_out =. addressbook.proto
就是将 addressbook.proto 文件编译产生java文件。
protocol buffer的使用还是相对简单点，唯一麻烦的就是多了一个预编译的过程，将.proto文件转换成.java文件。但有的时候，这些过程是必须的。
每天学习累了，看些搞笑的段子放松一下吧。
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