01| 简介

Protobuf（Protocol Buffers），是 Google 开发的一种跨语言、跨平台的可扩展机制，用于序列化结构化数据。

与 XML 和 JSON 格式相比，protobuf 更小、更快、更便捷。protobuf 目前支持 C++、Java、Python、Objective-C，如果使用 proto3，还支持 C#、Ruby、Go、PHP、JavaScript 等语言。

官网地址：https://developers.google.cn/protocol-buffers/

GitHub 地址：https://github.com/protocolbuffers/protobuf

优点：

性能好
跨语言

缺点：

二进制格式可读性差：为了提高性能，protobuf 采用了二进制格式进行编码，这直接导致了可读性差。
缺乏自描述：XML 是自描述的，而 protobuf 不是，不配合定义的结构体是看不出来什么作用的。

02| 安装

2.1 Windows 下安装

下载地址：https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases

下载 protoc-3.9.1-win64.zip，这个是编译后的压缩包，相当于绿色版，解压后，将其下的 bin 目录添加到环境变量就可以了，省去了安装的麻烦。

然后打开命令提示符，输入命令：

protoc --version

成功显示版本号，则表示安装成功。如下图：

03| 简单使用

3.1 编译

使用 protobuf 首先需要定义 .proto 文件，先来看一个简单的例子。

定义 Person.proto 文件，内容如下：

syntax = "proto3";
package Test;

message Person {
  string Name = 1;
  int32 Age = 2;
  bool Marriage = 3;
}

syntax = "proto3"; 指定正在使用 proto3 语法，否则 protobuf 将默认使用的是 proto2。
package Test; 指定命名空间（C# 中）。
message 是关键字，定义结构化数据。
等号后面的数字是字段唯一编号（注意不是字段的值），用于二进制格式消息中标识字段。

protoc 是 protobuf 自带的编译器，可以将 .proto 文件编译成 java、python、go、C# 等多种语言的代码，直接引用。

编译命令：

protoc -I=E:\GL\Test2017 --python_out=E:\GL\Test2017 Person.proto

编译命令说明：

-I 表示源文件（.proto 文件）所在文件夹路径。
--python_out 表示目标语言为 python，且指定生成的 .py 文件存放目录。相应的，C# 为 csharp_out，
Person.proto 为源文件文件名，如果有多个，空格隔开。

3.2 Python 示例

安装 protobuf。

调用编译命令编译 Person.proto，编译后生成文件：Person_pb2.py，添加至项目中，序列化和反序列化示例如下：

import Person_pb2

person = Person_pb2.Person()
person.Name = '张三'
person.Age = 20
person.Marriage = True

# 序列化
b = person.SerializeToString()
print(b)

# 反序列化
p = Person_pb2.Person()
p.ParseFromString(b)
print(f'Name: {p.Name}; Age: {p.Age}; Marriage: {p.Marriage}')

输出：

b'\n\x06\xe5\xbc\xa0\xe4\xb8\x89\x10\x14\x18\x01'
Name: 张三; Age: 20; Marriage: True

注意，不能这样写，这是错误的：

p = Person_pb2.Person().ParseFromString(b)

3.3 C# 示例

C# 下的 Protobuf 有 3 个版本：

Google.ProtoBuf：Google官方版本，https://github.com/google/protobuf/tree/master/csharp
protobuf-net：.net 社区版本，由 .net 社区爱好者开发，https://github.com/mgravell/protobuf-net
Google.ProtocolBuffers：据说是由谷歌的 .net 员工在官方版本还未出来的时候开发的，https://github.com/jskeet/protobuf-csharp-port

这里我们介绍谷歌官方版本。

在 VS 中，通过 NuGet 安装 'google.protobuf' 包。

using Google.Protobuf;
using System;
using Test;

namespace Protobuf
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Person person = new Person();
            person.Name = "张三";
            person.Age = 20;
            person.Marriage = true;

            // 序列化
            byte[] buffer = person.ToByteArray();

            foreach (byte b in buffer)
            {
                Console.Write(b.ToString("X2") + " ");
            }
            Console.WriteLine();

            // 反序列化
            Person p = Person.Parser.ParseFrom(buffer);

            Console.WriteLine(string.Format("Name: {0}, Age: {1}, Marriage: {2}", p.Name, p.Age, p.Marriage));

            Console.Read();
        }
    }
}

输出：

0A 06 E5 BC A0 E4 B8 89 10 14 18 01
Name: 张三, Age: 20, Marriage: True

比较一下 Python 的输出，好像不一样，Python 中第一个字节是 \n，而这里是 0A。\n 在 ASCII 中的值就是 0A。所以两种语言的序列化结果是一样的。