【ProtoBuf】通讯录实现（网络版）

Protobuf 还常用于通讯协议、服务端数据交换场景。那么在这个示例中，我们将实现一个网络版本的通讯录，模拟实现客户端与服务端的交互，通过 Protobuf 来实现各端之间的协议序列化。

需求如下：

客户端可以选择对通讯录进行以下操作：

新增⼀个联系人
删除⼀个联系人
查询通讯录列表
查询⼀个联系人的详细信息

服务端提供增、删、查能力，并需要持久化通讯录。
客户端、服务端间的交互数据使用 Protobuf 来完成。

一、环境搭建

Httplib 库：cpp-httplib 是个开源的库，是一个 C++ 封装的 http 库，使用这个库可以在 Linux、Windows 平台下完成 http 客户端、http 服务端的搭建。使用起来非常方便，只需要包含头文件 httplib.h 即可。编译程序时，需要带上 -lpthread 选项。

源码库地址：

yhirose/cpp-httplib: A C++ header-only HTTP/HTTPS server and client library (github.com)

二、Centos 下编写的注意事项

如果使用 CentOS 环境，yum 源带的 g++ 最新版本是 4.8.5，发布于 2015 年，年代久远。编译该项目会出现异常，将 gcc / g++ 升级为更高版本可解决问题。

# 安装scl
yum install -y centos-release-scl

# 安装gcc 8版本
yum install -y devtoolset-8-gcc devtoolset-8-gcc-c++

# 启⽤版本
source /opt/rh/devtoolset-8/enable

# 查看版本已经变成gcc 8.3.1
gcc -v

第二步安装 gcc 8 版本的时候，如果显示如下报错：

Could not retrieve mirrorlist http://mirrorlist.centos.org/

可以参考：

SCL更换阿里数据源_centos-sclo-scl-rh.repo-CSDN博客

注意： scl 命令启用只是临时的，退出 shell 或重启就会恢复原系统 gcc 版本，如果要长期使用的话执行：
echo "source /opt/rh/devtoolset-8/enable" >> /etc/profile

三、约定双端交互接口

1、新增一个联系人

[请求] 
    Post /contacts/add AddContactRequest
    Content-Type: application/protobuf

[响应] 
    AddContactResponse 
    Content-Type: application/protobuf

2、删除一个联系人

[请求] 
    Post /contacts/del DelContactRequest 
    Content-Type: application/protobuf

[响应] 
    DelContactResponse 
    Content-Type: application/protobuf

3、查询通讯录列表

[请求]
    GET /contacts/find-all 
 
[响应] 
    FindAllContactsResponse 
    Content-Type: application/protobuf

4、查询一个联系人的详细信息

[请求] 
    Post /contacts/find-one FindOneContactRequest 
    Content-Type: application/protobuf
 
[响应]
    FindOneContactResponse 
    Content-Type: application/protobuf

四、客户端代码实现

1、add_contact.proto

2、main.cc

3、ContactException.h（定义异常类）

4、makefile

5、运行结果

五、服务端代码实现

1、add_contact.proto（服务端存储通讯录结构定义）

2、main.cc

3、makefile

4、运行结果

六、总结

1、序列化能力对比验证

分别使用 PB 与 JSON 的序列化与反序列化能力，对值完全相同的一份结构化数据进行不同次数的性能测试。为了可读性，下面这一份文本使用 JSON 格式展示了需要被进行测试的结构化数据内容：

{
    "age" : 20,
    "name" : "张珊",
    "phone" : 
    [
        {
            "number" : "110112119",
            "type" : 0
        },
        {
            "number" : "110112119",
            "type" : 0
        },
        {
            "number" : "110112119",
            "type" : 0
        },
        {
            "number" : "110112119",
            "type" : 0
        },
        {
            "number" : "110112119",
            "type" : 0
        }
    ],
    "qq" : "95991122",
    "address" : 
    {
        "home_address" : "陕西省西安市⻓安区",
        "unit_address" : "陕西省西安市雁塔区"
    },
    "remark" : 
    {
        "key1" : "value1",
        "key2" : "value2",
        "key3" : "value3",
        "key4" : "value4",
        "key5" : "value5"
    }
}

开始进行测试代码编写，我们在新的目录下新建 contacts.proto文件，内容如下：

使用 protoc 命令编译文件后，新建性能测试文件 compare.cc，我们分别对相同的结构化数据进行 100、1000、10000、100000 次的序列化与反序列化，分别获取其耗时与序列化后的大小。内容如下：

Makefile：

测试结果如下：

由实验结果可得：

编解码性能：ProtoBuf 的编码解码性能，比 JSON 高出 2-4 倍。

内存占用：ProtoBuf 的内存 278，而 JSON 到达 567，ProtoBuf 的内存占用只有 JSON 的 1/2。
注意：以上结论的数据只是根据该项实验得出。因为受不同的字段类型、字段个数等影响，测出的数据会有所差异。

该实验有很多可待优化的地方。但其实这种粗略的测试，也能从其中看出 ProtoBuf 的优势。

2、总结

XML、JSON、ProtoBuf 都具有数据结构化和数据序列化的能力。

XML、JSON 更注重数据结构化，关注可读性和语义表达能力。ProtoBuf 更注重数据序列化，关注效率、空间、速度，可读性差，语义表达能力不足，为保证极致的效率，会舍弃⼀部分元信息。

ProtoBuf 的应用场景更为明确，XML、JSON 的应用场景更为丰富。