Protocol Buffer详解（一）
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安和桥
2021-03-19 19:28:37
一、Message定义
这里给出一个简单的例子，是一个搜索请求的message格式。
上述例子中fields的种类都是数值型的（string和int32），当然也可以指定更加复杂的fields，比如枚举类型enum，或者是嵌套的message类型。
1、分配field编号
上述例子中每个field都被分配了一个编号，这个编号是该field的唯一标识。需要注意的是，标识1-15在编码时只占用一个字节，16-2047占用两个字节，因此为了进一步优化程序，对于经常出现的element，建议使用1-15作为其唯一标识；对于不经常使用的element，建议使用16-2047。编号的范围是1-2^29（19000-19999是系统预留的，不要使用）。
2、field类型
message中的field类型包含以下两种（proto3）：
（1）singular
（2）repeated：该类型的field可以在message中重复使用（类似于数组），它们的顺序会被保存，通过索引进行检索，数值类型的repeated默认使用packed编码方式。
3、多message结构
在一个proto文件中可以定义多个protobuf。
4、reserved field类型
在开发过程中可能会涉及到对proto文件中message各个fields的修改，可能是更新、删除某个field及其表示，这样可能会导致调用的服务失败。其中一个防止这种问题的方式是，确保你要删除的field的标识（或是名字）是reserved，具体protobuf的编译器会决定未来这个field表示能否被使用。
5、编译结果
对于C++开发者来说，使用protoc编译一个proto文件之后，会生成pb.h和pb.cc两个文件。
二、数值类型
具体proto类型对应生成类中的类型可以参考官方文档。
三、默认值
对于string和byte类型，默认值为空；对于bool类型，默认值是false；对于数值类型，默认值是0；对于枚举类型，默认值是第一个枚举值，默认为0；对于message类型，默认值由编程语言决定；对于repeated field，默认值为空。
四、枚举类型
当采用枚举类型的之后，枚举中的值都是预先定义好的，对于上述例子，我们可以再额外增加一个枚举类型corpus，具体如下。
通常枚举类型的第一个值初始化为0，而且在message中使用枚举类型，必须要给定一个为0的值，而且这个为0的值应该为第一个元素。
也可以给不同的元素以相同的alias，但是需要指定option allow_alias = true;具体如下。
除此之外枚举类型不仅可以定义在message内部，也可以定义在message外部，而且在不同message中可以重用enum。
在更改枚举类型field时，为保证系统运行正常，同样可以指定reserved数字标识和命名。
五、使用其他message类型
1、同文件引用
具体如下：
2、不同文件引用
引用其他proto文件中定义好的message类型，具体如下。
有时我们会对引用的proto文件进行更改，比如将其内容移动到另外一个地方，这样我们就需要对调用方import路径进行更改，当调用方非常多的时候，这种方法是非常低效的，protobuf提供一种机制，我们可以在原有位置提供一个新位置proto文件的“副本”，通过使用import public表示来实现，具体可以参考如下例子。
这时编译器就会在某些固定目录下查询import的proto文件（具体在命令行编译的时候，由-I/—proto_path指定），如果上述路径找不到，编译器会在调用路径进行查找。通常将—proto_path设置为项目的根目录，然后import的时候使用完整的路径名。
3、使用proto2中的message类型
proto2中的枚举类型无法直接使用。
六、嵌套类型
具体如下。
在parent message之外调用嵌套的message可以用如下方式：SearchResponse.Result，嵌套结构可以更加复杂，具体如下：
七、更新message类型
当现有的message已经无法满足现有业务需要，你需要更新你的message类型以支持更复杂的业务，这就涉及到向后兼容的问题了，为保证已有服务不受影响，需要遵守以下的一些规定：
1、不要更改已经存在的fields的数字标识
2、如果添加新的field，利用旧代码序列化得到的message可以使用新的代码进行解析，你需要记住各个元素的默认值。新代码创建的field同样可以由旧代码进行加解析
3、field可以被删除，但是需要保证其对应的数字标识不再被使用，你可以通过加前缀的方式来重新使用这个field name，或者指定数字标识为reserved来避免这种情况
4、int32、int64、uint32、uint64、bool这些类型都是互相兼容的，并不会影响前向、后向兼容性
5、sint32和sint64之间是互相兼容的，但是和其他数字类型是不兼容的
6、string和bytes是互相兼容的，只要使用的是UTF-8编码
7、如果byte包含message的编码版本，则嵌套的message和bytes兼容
8、flexed32兼容sfixed32,fixed64,sfixed64
9、enum兼容 int32, uint32, int64, and uint64。对于这个值在转化时，不同语言的客户端处理方式会有所不同
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