JSON因为其轻量和易阅读，对开发者友好逐步替代了XML,所以现在大多数的前后端交互都是使用的JSON，但是由于容器化、K8s的崛起。有Google设计的Protobuf作为一种跨平台的序列化结构化数据的协议慢慢的开始了展露头角。同时gRPC在对Protobuf的应用也让Protobuf快速崛起。国内很多的开源的项目如：Nacos、Dubbo3、RocketMQ5 都已gRPC作为基础。那么Protobuf既然好处这么多我们平时的开发中为什么还是用JSON比较多。从以下几个方面分析：
- 序列化和反序列化的时间
- 相同结构化的数据反序列化内存占用
- 对开发者的友好程度
1. 序列化和反序列化的时间
定一个简单User数据结构,首先是Protobuf的定义
syntax = "proto3";
option java_multiple_files = true;
option java_package = "com.github.mxsm.grpc.login";
message UserProto{
string name = 1;
int32 age = 2;
string address = 3;
string email = 4;
string phone = 5;
}
Java类的定义
public class UserJson {
private String name;
private int age;
private String address;
private String email;
private String phone;
//省略了get set方法
}
编写序列化的测试程序
@BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
@Warmup(iterations = 2, time = 5)
@Measurement(iterations = 3, time = 5)
@Threads(1)
@Fork(1)
@State(value = Scope.Benchmark)
@OutputTimeUnit(TimeUnit.MICROSECONDS)
public class ProtobufJsonTest {
@Param({"100000","1000000"})
private int counter;
private UserJson userJson;
private UserProto userProto;
private byte[] userJsonBytes;
private byte[] userProtoBytes;
@Setup
public void init(){
Faker faker = new Faker(new Locale("zh-CN"));
String name = faker.name().fullName();
int age = faker.number().numberBetween(1, 100);
String address = faker.address().fullAddress();
String email = faker.internet().emailAddress();
String phone = faker.phoneNumber().cellPhone();
userJson = new UserJson();
userJson.setName(name);
userJson.setAge(age);
userJson.setAddress(address);
userJson.setEmail(email);
userJson.setPhone(phone);
userJsonBytes = JSON.toJSONBytes(userJson);
userProto = UserProto.newBuilder().setName(name).setAge(age).setAddress(address).setEmail(email)
.setPhone(phone).build();
userProtoBytes = userProto.toByteArray();
}
@Benchmark
public void protobufSerializable(Blackhole blackhole) {
byte[] bytes = null;
int i = 0;
for(;i < counter;++i){
bytes = userProto.toByteArray();
}
blackhole.consume(bytes);
}
@Benchmark
public void jsonSerializable(Blackhole blackhole) {
int i = 0;
byte[] bytes = null;
for(;i < counter;++i){
bytes = JSON.toJSONBytes(userJson);
}
blackhole.consume(bytes);
}
@Benchmark
public void protobufDeserialization(Blackhole blackhole) throws InvalidProtocolBufferException {
UserProto up = null;
int i = 0;
for(;i < counter;++i){
up = UserProto.parseFrom(userProtoBytes);
}
blackhole.consume(up);
}
@Benchmark
public void jsonDeserialization(Blackhole blackhole) {
int i = 0;
UserJson aaa = null;
for(;i < counter;++i){
aaa = JSON.parseObject(userJsonBytes, UserJson.class);
}
blackhole.consume(aaa);
}
public static void main(String[] args) throws RunnerException {
Options opt = new OptionsBuilder().
include(ProtobufJsonTest.class.getSimpleName())
.result("result.json")
.resultFormat(ResultFormatType.JSON).build();
new Runner(opt).run();
}
}
Tips：这里测试还是用到了JMH和Faker，JSON序列化和反序列化使用的Fastjson
代码运行结果：
从上图可以看出来protobuf的序列化和反序列化的性能都优于JSON（不同的JSON序列化工具可能速度不一样，但是fastjson是较快的序列化工具了）
2. 占用的内存
对比一下序列化生成byte数组占用的大小。测试代码：
public class MemeryTest {
public static void main(String[] args) {
Faker faker = new Faker(new Locale("zh-CN"));
String name = faker.name().fullName();
int age = faker.number().numberBetween(1, 100);
String address = faker.address().fullAddress();
String email = faker.internet().emailAddress();
String phone = faker.phoneNumber().cellPhone();
System.out.println(name = " "+ age + " " + address + " "+ email+ " "+phone);
UserJson userJson = new UserJson();
userJson.setName(name);
userJson.setAge(age);
userJson.setAddress(address);
userJson.setEmail(email);
userJson.setPhone(phone);
byte[] userJsonBytes = JSON.toJSONBytes(userJson);
UserProto userProto = UserProto.newBuilder().setName(name).setAge(age).setAddress(address).setEmail(email)
.setPhone(phone).build();
byte[] userProtoBytes = userProto.toByteArray();
System.out.println("userJsonBytes="+userJsonBytes.length + ";userProtoBytes="+userProtoBytes.length);
}
}
运行结果：
Protobuf比JSON少了45个byte。Protobuf比JSON序化以后占用的字节数更少，在网络传输的过程中Protobuf更具有优势。
3. 对开发者的友好程度
测试代码还是使用 MemeryTest 的测试代码在最后加两句打印：
System.out.println(new String(userJsonBytes));
System.out.println(new String(userProtoBytes));
运行结果：
发现 JSON 开发者能够很好的识别，而Protobuf会出现乱码的情况。这里说明了一个问题：在对程序员的友好程度上JSON优于Protobuf。
另外还有一个JSON和对应的Bean之间是可以互相转换，而Protobuf需要先在 proto 文件中定义结构化的数据，然后通过编译工具转换为对应语言的数据结构，使用起来比较繁琐。
4. 总结
- protobuf在序列化和反序列的速度领先于JSON,而序列化以后的内存占用有少于JSON。所以总的来说protobuf由于JSON
- 由于对开发者的友好程度不如JSON，使用过程比较繁琐。这可能是JSON的普及率大于Protobuf的原因，但是在一些对于性能和传输数据有极高要求的项目Protobuf可能更加的适合，例如IM的数据交互。
- 将Protobuf和JSON相结合可能是一个不错的选择(这个没有进行测试)
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