在 Go 中使用 Protocol Buffers

各位准备好了吗！这一次，我们将深入探讨 Protocol Buffers（protobuf）及其在数据序列化中的超能力所在。

介绍

Protocol Buffers，也被称为 protobuf，是由谷歌开发的一种语言无关的二进制序列化格式。其主要目的是为了高效地序列化结构化数据，用于系统间通信和数据存储。

Protocol Buffers 的主要优势：

1. 紧凑性：Protobuf 提供高效的序列化，生成较小的消息大小，提升带宽利用效率。
2. 模式演进：Protobuf 支持模式演进而不破坏兼容性，允许对数据结构进行无缝更新。
3. 高效的序列化和反序列化：Protobuf 提供快速高效的序列化，提升整体系统性能。
4. 跨平台支持：Protobuf 允许不同平台和语言之间无缝交换数据。

这些优势使得 Protobuf 成为在 Go 应用程序中进行高效数据通信和存储的强大工具。

它比 JSON 和 XML 更好的地方：

XML，即可扩展标记语言，就像一张地图，用标签帮助组织和结构化数据。它以一种人类和机器都能理解的方式呈现信息。然而，XML 可能冗长并占用更多空间，这可能降低性能，使数据传输效率降低。

JSON，即 JavaScript 对象表示法，就像一个信使，使用简单的键值结构来表示数据对象。它因易于阅读和使用而在 Web 服务之间传输数据时变得流行。但 JSON 的基于文本的格式可能导致更大的文件大小，从而影响数据传输速度。

相比之下，Protocol Buffers（protobuf）在数据序列化领域脱颖而出。它就像一个魔术，将数据转换为紧凑高效的二进制格式。Protobuf 以快速的数据处理和适应变化的数据结构而闻名，并且在不破坏兼容性的情况下进行操作。它可以与不同的编程语言一起使用，并确保数据的可靠性。

总之，XML 和 JSON 各有用途，但如果您需要强大且高效的数据序列化解决方案，Protocol Buffer（protobuf）是首选。它提供紧凑性、速度、灵活性和兼容性，使其成为高效处理数据的首选方案。

在 Golang 中的序列化性能：Protocol Buffers vs. JSON

言归正传，让我们动手实践。

1. 访问官方 Protocol Buffers GitHub 仓库（https://github.com/protocolbuffers/protobuf）下载与您操作系统兼容的编译器。
2. 使用 .proto 文件格式定义一个 Protocol Buffers 消息模式。

syntax = "proto3";
package main;
option go_package = "/;msgmodel";

message MyMessage {
  int32 id = 1;
  string name = 2;
  string email = 3;
}

3. 编译文件

protoc --- go_out=. ./*proto

这个命令从 protobuf 模式生成 Go 代码绑定。--go_out 标志指定输出应为 Go 语言。这将生成一个 msg.pb.go 文件，其中包含您的 protobuf 模式所需的代码绑定。

4. 在 Golang 中实现一个基准测试，使用 protobuf 和 JSON 对大型数据集进行序列化。

package main

import (
	"encoding/json"
	"github.com/golang/protobuf/proto"
	"go-protobuf/model/message"
	"log"
	"testing"
)

const (
	iteration = 10000000 //Number of iterations for the benchmark test
)

func generateDataset() []*message.MyMessage {
	var dataset []*message.MyMessage

	for i := 0; i < iteration; i++ {
		data := &message.MyMessage{
			Email: "johndoe@example.com",
			Name:  "John Doe",
			Id:    int32(i),
		}
		dataset = append(dataset, data)
	}

	return dataset
}

func BenchmarkProtobufSerialisation(b *testing.B) {
	dataset := generateDataset()

	b.ResetTimer()
	for n := 0; n < b.N; n++ {
		for _, data := range dataset {
			_, err := proto.Marshal(data)
			if err != nil {
				log.Fatal(err)
			}
		}
	}
}

func BenchmarkJSONSerialization(b *testing.B) {
	dataset := generateDataset()

	b.ResetTimer()
	for n := 0; n < b.N; n++ {
		for _, data := range dataset {
			_, err := json.Marshal(data)
			if err != nil {
				log.Fatal(err)
			}
		}
	}
}
func main() {
	// Run the benchmark tests
	testing.Benchmark(BenchmarkProtobufSerialisation)
	testing.Benchmark(BenchmarkJSONSerialization)
}

5. 根据基准测试结果（如下所示），很明显，就速度而言，Protocol Buffers（Protobuf）的序列化性能优于 JSON。与 JSON 的序列化基准测试相比，Protobuf 的序列化基准测试完成时间明显较短。

内存性能比较：JSON vs. Protocol Buffers

1. 在 Golang 中实现一个基准测试，比较使用 Protocol Buffers 和 JSON 处理大型数据集时的内存使用情况。

package main

import (
	"encoding/json"
	"github.com/golang/protobuf/proto"
	"go-protobuf/model/message"
	"log"
	"runtime"
	"runtime/debug"
	"testing"
)

const (
	iteration = 100000000 //Number of iterations for the benchmark test
)

func generateDataset() []*message.MyMessage {
	var dataset []*message.MyMessage

	for i := 0; i < iteration; i++ {
		data := &message.MyMessage{
			Email: "johndoe@example.com",
			Name:  "John Doe",
			Id:    int32(i),
		}
		dataset = append(dataset, data)
	}

	return dataset
}

func BenchmarkProtobufSerialisation(b *testing.B) {
	dataset := generateDataset()

	b.ResetTimer()
	for n := 0; n < b.N; n++ {
		for _, data := range dataset {
			_, err := proto.Marshal(data)
			if err != nil {
				log.Fatal(err)
			}
		}
	}

	measureMemoryUsage(b)
}

func BenchmarkJSONSerialization(b *testing.B) {
	dataset := generateDataset()

	b.ResetTimer()
	for n := 0; n < b.N; n++ {
		for _, data := range dataset {
			_, err := json.Marshal(data)
			if err != nil {
				log.Fatal(err)
			}
		}
	}

	measureMemoryUsage(b)

}
func measureMemoryUsage(b *testing.B) {
	debug.FreeOSMemory()
	var mem runtime.MemStats
	runtime.GC()
	runtime.ReadMemStats(&mem)
	b.ReportMetric(float64(mem.Alloc)/1024/1024, "Memory_MB")
}

func main() {
	// Run the benchmark tests
	testing.Benchmark(BenchmarkProtobufSerialisation)
	testing.Benchmark(BenchmarkJSONSerialization)

}

2. 尽管差异很小，但基准测试结果表明，与 Protobuf 序列化相比，JSON 序列化使用了更多的内存。平均而言，JSON 序列化消耗了约 0.2052 MB 的内存，而 Protobuf 序列化仅使用了约 0.2042 MB。尽管差异很小，但很明显 Protobuf 在内存使用方面更加高效。这意味着 Protobuf 的紧凑二进制格式有助于节省内存，使其成为处理大型数据集和提高性能的良好选择。

结论

现在是总结的时候了！！！

与在 Golang 中的 JSON 序列化相比，Protocol Buffers（protobuf）展现出了更优越的性能和内存效率。借助其紧凑的二进制格式和高效的序列化机制，protobuf 提供了更小的消息大小、提升了网络效率，并减少了带宽使用。此外，其模式演进能力允许对数据模型进行无缝更新。虽然 JSON 有其优势，但在需要高速和高内存效率的数据序列化场景中，protobuf 出类拔萃，实现了优化的数据传输和改善的系统性能。