快来看看Google出品的Protocol Buffer，别仅仅会用Json和XML了

前言

• 习惯用 Json、XML 数据存储格式的你们，相信大多都没听过Protocol Buffer
• Protocol Buffer 事实上 是 Google出品的一种轻量 & 高效的结构化数据存储格式，性能比 Json、XML 真的强！太！

  多！

  由于 Google出品，我相信Protocol Buffer已经具备足够的吸引力

• 今天，我将献上一份 Protocol Buffer的介绍 & 使用攻略，希望你们会喜欢。
  
  

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文件夹

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1. 定义

一种 结构化数据 的数据存储格式（相似于 `XML、Json` ）

1. Google 出品 （开源）
2. Protocol Buffer 眼下有两个版本号：proto2 和 proto3
3. 由于proto3 还是beta 版，所以本次解说是 proto2

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2. 作用

通过将 结构化的数据 进行 串行化（**序列化**），从而实现 **数据存储 / RPC 数据交换**的功能

1. 序列化： 将 数据结构或对象 转换成 二进制串 的过程
2. 反序列化：将在序列化过程中所生成的二进制串 转换成 数据结构或者对象 的过程

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3. 特点

• 对照于 常见的 XML、Json 数据存储格式。Protocol Buffer有例如以下特点：

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4. 应用场景

数据传输量大 & 网络环境不稳定 的数据存储、RPC 数据交换 的需求场景

如 即时IM （QQ、微信）的需求场景

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总结

在 数据传输量较大的需求场景下，Protocol Buffer比XML、Json 更小、更快、使用 & 维护更简单！

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5. 使用流程

使用 Protocol Buffer 的流程例如以下：

5.1 环境配置

• 要使用Protocol Buffer 。须要先在电脑上安装Protocol Buffer

• 整个 安装过程 仅仅须要依照以下步骤进行就可以：

  整个安装过程请 自备* 以保证 网络畅通

步骤1：下载 Protocol Buffer 安装包

• 下载方式1：官网下载（须要*）
• 下载方式2：贴心的我 已经给你们准备好了，请移步百度网盘。password：paju

此处选择 较稳定的版本号 protobuf-2.6.1.tar.gz 进行演示


下载成功后，对文件进行解压，例如以下图：

步骤2：安装 HOMEBREW（已安装的能够跳过）

// 打开 终端 输入以下指令
/usr/bin/ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"

步骤3：安装 Protocol Buffer

打开 您的终端 依次输入 下列指令 就可以：

brew install autoconf automake libtool curl
// Step1：安装 Protocol Buffer 依赖
// 注：Protocol Buffer 依赖于  autoconf、automake、libtool、curl

cd Desktop/protobuf-2.6.1
// Step2：进入 Protocol Buffer安装包 解压后的文件夹（我的解压文件放在桌面）

./autogen.sh
// Step3：执行 autogen.sh 脚本

 ./configure
// Step4：执行 configure.sh 脚本

 make
// Step5：编译未编译的依赖包

 make check
// Step6：检查依赖包是否完整

make install
// Step7：開始安装Protocol Buffer

步骤4：检查 Protocol Buffer 是否成功安装

// 在 终端 下输入
protoc - - version

出现 libprotoc 2.6.1 提示即表示 成功安装。例如以下图

特别注意：

• protoc = Protocol Buffer的编译器
• 作用：将 .proto文件 编译成相应平台的 头文件和源码文件
• 在以下会详细介绍

至此， Protocol Buffer已经安装完毕。以下将解说怎样详细使用Protocol Buffer

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5.2 构建 Protocol Buffer 消息对象模型

5.2.1 构建步骤

以下将通过一个实例（Android（Java） 平台为例）详细介绍每一个步骤。

5.2.2 详细介绍

• 实例说明：构建一个Person类的数据结构。包括成员变量name、id、email等等

// Java类

public class Person
{
    private String name;
    private Int id;
    private String email;
...
}

• 平台使用：以 Android（Java） 平台为例来进行演示

步骤1：通过 Protocol Buffer 语法 描写叙述 须要存储的数据结构

• 新建一个文件，命名规则为：文件名称 = 类名，后缀为 .proto

  此处叫Demo.proto

• 依据上述数据结构的需求。在Demo.proto里 通过 Protocol Buffer 语法写入相应 .proto对象模型的代码，例如以下：

package protocobuff_Demo;
// 关注1：包名

option java_package = "com.carson.proto";
option java_outer_classname = "Demo";
// 关注2：option选项

// 关注3：消息模型
// 以下详细说明
// 生成 Person 消息对象（包括多个字段。以下详细说明）
message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

  enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
  }

  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
  }

  repeated PhoneNumber phone = 4;
}

message AddressBook {
  repeated Person person = 1;
}

• 以下将结合 上述样例 对 Protocol Buffer 语法 进行详细介绍

关注1：包名

package protocobuff_Demo;
// 关注1：包名

• 作用：防止不同 .proto 项目间命名 发生冲突
• Protocol buffer包的解析过程例如以下：
  
  1. Protocol buffer 的类型名称解析与 C++ 一致：从 最内部 開始查找，依次 向外 进行

     每一个包会被看作是其父类包的内部类

  2. Protocol buffer 编译器会解析 .proto文件里定义的全部类型名
  3. 生成器会依据 不同语言 生成 相应语言 的代码文件
     
     a. 即对 不同语言 使用了 不同的规则 进行处理
     
     b. Protoco Buffer提供 C++、Java、Python 三种语言的 API

关注2：Option选项

option java_package = "com.carson.proto";
option java_outer_classname = "Demo";
// 关注2：option选项

• 作用：影响 特定环境下 的处理方式

  但不改变整个文件声明的含义

• 经常使用Option选项例如以下：

option java_package = "com.carson.proto";
// 定义：Java包名
// 作用：指定生成的类应该放在什么Java包名下
// 注：如不显式指定，默认包名为：依照顾用名称倒序方式进行排序

option java_outer_classname = "Demo";
// 定义：类名
// 作用：生成相应.java 文件的类名（不能跟以下message的类名同样）
// 注：如不显式指定，则默觉得把.proto文件名称转换为首字母大写来生成
// 如.proto文件名称="my_proto.proto"，默认情况下，将使用 "MyProto" 做为类名

option optimize_for = ***;
// 作用：影响 C++  & java 代码的生成
// ***參数例如以下：
// 1. SPEED (默认):：protocol buffer编译器将通过在消息类型上执行序列化、语法分析及其它通用的操作。（最优方式）
// 2. CODE_SIZE:：编译器将会产生最少量的类，通过共享或基于反射的代码来实现序列化、语法分析及各种其它操作。
  // 特点：採用该方式产生的代码将比SPEED要少非常多。 可是效率较低；
  // 使用场景：经常使用在 包括大量.proto文件 但 不追求效率 的应用中。

//3.  LITE_RUNTIME:：编译器依赖于执行时 核心类库 来生成代码（即採用libprotobuf-lite 替代libprotobuf）。
  // 特点：这样的核心类库要比全类库小得多（忽略了 一些描写叙述符及反射 ）；编译器採用该模式产生的方法实现与SPEED模式不相上下，产生的类通过实现 MessageLite接口，但它仅仅是Messager接口的一个子集。

// 应用场景：移动手机平台应用

option cc_generic_services = false;
option java_generic_services = false;
option py_generic_services = false;
// 作用：定义在C++、java、python中，protocol buffer编译器是否应该 基于服务定义 产生 抽象服务代码（2.3.0版本号前该值默认 = true）
// 自2.3.0版本号以来，官方觉得通过提供 代码生成器插件 来对 RPC实现 更可取，而不是依赖于“抽象”服务

optional repeated int32 samples = 4 [packed=true];
// 假设该选项在一个整型基本类型上被设置为真，则採用更紧凑的编码方式（不会对数值造成损失）
// 在2.3.0版本号前。解析器将会忽略 非期望的包装值。因此，它不可能在 不破坏现有框架的兼容性上 而 改变压缩格式。
// 在2.3.0之后，这样的改变将是安全的。解析器能够接受上述两种格式。

optional int32 old_field = 6 [deprecated=true];
// 作用：推断该字段是否已经被弃用
// 作用同 在java中的注解@Deprecated

• 在 ProtocolBuffers 中同意 自己定义选项 并 使用
• 该功能属于高级特性。使用频率非常低，此处只是多描写叙述。有兴趣可查看官方文档

关注3：消息模型

• 作用：真正用于描写叙述 数据结构

// 消息对象用message修饰
message Person {

  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

  enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
  }

  message PhoneNumber {
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
  }

  repeated PhoneNumber phone = 4;
}

message AddressBook {
  repeated Person person = 1;
}

• 组成：在 ProtocolBuffers 中：
  1. 一个 .proto 消息模型 = 一个 .proto文件 = 消息对象 + 字段
  2. 一个消息对象（Message） = 一个 结构化数据
  3. 消息对象（Message）里的 字段 = 结构化数据 里的成员变量

以下会详细介绍 .proto 消息模型里的 消息对象 & 字段

1. 消息对象

在 ProtocolBuffers 中：

• 一个消息对象（Message） = 一个 结构化数据
• 消息对象用 修饰符 message 修饰
• 消息对象 含有 字段：消息对象（Message）里的 字段 = 结构化数据 里的成员变量

特别注意：

a. 加入：在一个 .proto文件 中可定义多个 消息对象

• 应用场景：尽可能将与 某一消息类型 相应的响应消息格式 定义到同样的 .proto文件 中
• 实例：

message SearchRequest {

  required string query = 1;
  optional int32 page_number = 2;
  optional int32 result_per_page = 3;

}

// 与SearchRequest消息类型 相应的 响应消息类型SearchResponse
message SearchResponse {
 …
}

b. 一个消息对象 里 能够定义 另外一个消息对象（即嵌套）

message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

// 该消息类型 定义在 Person消息类型的内部
// 即Person消息类型 是 PhoneNumber消息类型的父消息类型
  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
  }
}

<-- 多重嵌套 -->
message Outer {   // Level 0
  message MiddleAA {  // Level 1
    message Inner {   // Level 2
      required int64 ival = 1;
      optional bool  booly = 2;
    }
  }
}

2. 字段

• 消息对象的字段 组成主要是：字段 = 字段修饰符 + 字段类型 +字段名 +标识号

• 以下将对每一项详细介绍

a. 字段修饰符

• 作用：设置该字段解析时的规则
• 详细类型例如以下：

b. 字段类型

字段类型主要有 三 类：

• 基本数据 类型
• 枚举 类型
• 消息对象 类型

message Person {

  // 基本数据类型 字段
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

  enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
  }

  message PhoneNumber {
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
    // 枚举类型 字段
  }

  repeated PhoneNumber phone = 4;
  // 消息类型 字段
}

1. 基本数据类型

.proto基本数据类型 相应于 各平台的基本数据类型例如以下：

2. 枚举类型

• 作用：为字段指定一个 可能取值的字段集合

  该字段仅仅能从 该指定的字段集合里 取值

• 说明：如以下样例，电话号码 可能是手机号、家庭电话号或工作电话号的当中一个。那么就将PhoneType定义为枚举类型，并将加入电话的集合（ MOBILE、 HOME、WORK）

// 枚举类型须要先定义才干进行使用

// 枚举类型 定义
 enum PhoneType {
    MOBILE = 0;
    HOME = 1;
    WORK = 2;
// 电话类型字段 仅仅能从 这个集合里 取值
  }

// 特别注意：
// 1. 枚举类型的定义可在一个消息对象的内部或外部
// 2. 都能够在 同一.proto文件 中的不论什么消息对象里使用
// 3. 当枚举类型是在一消息内部定义，希望在 还有一个消息中 使用时。须要採用MessageType.EnumType的语法格式

  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
    // 使用枚举类型的字段（设置了默认值）
  }

// 特别注意：
// 1.  枚举常量必须在32位整型值的范围内
// 2. 不推荐在enum中使用负数：由于enum值是使用可变编码方式的。对负数不够高

额外说明

当对一个 使用了枚举类型的.proto文件 使用 Protocol Buffer编译器编译时，生成的代码文件里：

• 对 Java 或 C++来说。将有一个相应的 enum 文件
• 对 Python 来说。有一个特殊的EnumDescriptor 类

被用来在执行时生成的类中创建一系列的整型值符号常量（symbolic constants）

3. 消息对象 类型

一个消息对象 能够将 其它消息对象类型 用作字段类型。情况例如以下：

imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240" alt="消息对象 类型情况" title="">

3.1 使用同一个 .proto 文件里的消息类型

a. 使用 内部消息类型

• 目的：先在 消息类型 中定义 其它消息类型 。然后再使用

  即嵌套，须要 用作字段类型的 消息类型 定义在 该消息类型里

• 实例：

message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

// 该消息类型 定义在 Person消息类型的内部
// 即Person消息类型 是 PhoneNumber消息类型的父消息类型
  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
  }

  repeated PhoneNumber phone = 4;
  // 直接使用内部消息类型
}

b. 使用 外部消息类型

即外部重用。须要 用作字段类型的消息类型 定义在 该消息类型外部

message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;
}

message AddressBook {
  repeated Person person = 1;
  // 直接使用了 Person消息类型作为消息字段
}

c. 使用 外部消息的内部消息类型

message Person {
  required string name = 1;
  required int32 id = 2;
  optional string email = 3;

// PhoneNumber消息类型 是 Person消息类型的内部消息类型
  message PhoneNumber {
    required string number = 1;
    optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
  }
}

// 若父消息类型外部的消息类型须要重用该内部消息类型
// 须要以 Parent.Type 的形式去使用
// Parent = 须要使用消息类型的父消息类型。Type = 须要使用的消息类型

// PhoneNumber父消息类型Person 的外部 OtherMessage消息类型 须要使用 PhoneNumber消息类型
message OtherMessage {
  optional Person.PhoneNumber phonenumber = 1;
// 以 Parent.Type = Person.PhoneNumber  的形式去使用

}

3.2 使用不同 .proto 文件里的消息类型

• 目的：须要在 A.proto文件 使用 B.proto文件里的消息类型
• 解决方式：在 A.proto文件 通过导入（ import） B.proto文件里来使用 B.proto文件 里的消息类型

import "myproject/other_protos.proto"
// 在A.proto 文件里加入 B.proto文件路径的导入声明
// ProtocolBuffer编译器 会在 该文件夹中 查找须要被导入的 .proto文件
// 假设不提供參数。编译器就在 其调用的文件夹下 查找

当然，在使用 不同 .proto 文件里的消息类型 时 也会存在想 使用同一个 .proto 文件消息类型的情况，但使用都是一样，此处不作过多描写叙述。

3.3 将 消息对象类型 用在 RPC（远程方法调用）系统

• 解决方式：在 .proto 文件里定义一个 RPC 服务接口，Protocol Buffer编译器会依据所选择的不同语言平台 生成服务接口代码
• 由于使用得不多，此处不作过多描写叙述。详细请看该文档

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c. 字段名

该字段的名称，此处不作过多描写叙述。

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d. 标识号

• 作用：通过二进制格式唯一标识每一个字段

  1. 一旦開始使用就不能够再改变
  2. 标识号使用范围：[1,2的29次方 - 1]
  3. 不可使用 [19000－19999] 标识号， 由于 Protobuf 协议实现中对这些标识号进行了预留。假若使用，则会报错

• 编码占有内存规则：
  
  每一个字段在进行编码时都会占用内存，而 占用内存大小 取决于 标识号：

  1. 范围 [1,15] 标识号的字段 在编码时占用1个字节。
  2. 范围 [16,2047] 标识号的字段 在编码时占用2个字节

• 使用建议

  1. 为频繁出现的 消息字段 保留 [1,15] 的标识号
  2. 为将来有可能加入的、频繁出现的 消息字段预留 [1,15] 标识号

关于 字段 的高级使用方法

1. 更新消息对象 的字段

• 目的：为了满足新需求，须要更新 消息类型 而不破坏已有消息类型代码

  即新、老版本号须要兼容

• 更新字段时，须要符合下列规则：

2. 扩展消息对象 的字段

• 作用：使得其它人能够在自己的 .proto 文件里为 该消息对象 声明新的字段而不必去编辑原始文件

  1. 注：扩展 能够是消息类型也能够是字段类型
  2. 以下以 扩展 消息类型 为例

A.proto

message Request {
…
  extensions 100 to 199;
  // 将一个范围内的标识号 声明为 可被第三方扩展所用
  // 在消息Request中。范围 [100,199] 的标识号被保留为扩展用

  // 假设标识号须要非常大的数量时。能够将可扩展标符号的范围扩大至max
  // 当中max是2的29次方 - 1（536,870,911）。

message Request {
    extensions 1000 to max;

  // 注：请避开[19000－19999] 的标识号。由于已被Protocol Buffers实现中预留
}

如今，其它人 就能够在自己的 .proto文件里 加入新字段到Request里。例如以下：

B.proto

extend Request {

  optional int32 bar = 126;
  // 加入字段的 标识号必须要在指定的范围内
  // 消息Request 如今有一个名为 bar 的 optional int32 字段
  // 当Request消息被编码时，数据的传输格式与在Request里定义新字段的效果是全然一样的
  //  注：在同一个消息类型中一定要确保不会扩展新增同样的标识号。否则会导致数据不一致；能够通过为新项目定义一个可扩展标识号规则来防止该情况的发生
}

• 要訪问 扩展字段 的方法与 訪问普通的字段 不同：使用专门的扩展訪问函数
• 实例：

// 怎样在C++中设置 bar 值
Request request;
request.SetExtension(bar, 15);
// 相似的模板函数 HasExtension()。ClearExtension()，GetExtension()，MutableExtension()，以及 AddExtension()
// 与相应的普通字段的訪问函数相符

嵌套的扩展

能够在还有一个 消息对象里 声明扩展，如：

message Carson {

  extend Request {

    optional int32 bar = 126;

  }
  …
}

// 訪问此扩展的C++代码：
Request request;
request.SetExtension(Baz::bar, 15);

• 对于嵌套的使用，一般的做法是：在扩展的字段类型的范围内定义该扩展
• 实例：一个 Request 消息对象须要扩展（扩展的字段类型是Car 消息类型）。那么，该扩展就定义在 Car消息类型 里：

message Car {

  extend Request {
    optional Car request_ext = 127;
// 注：二者并没有子类、父类的关系
  }
}

• 至此，Protoco Buffer的语法已经解说完毕
• 关于怎样依据需求 通过Protoco Buffer语法 去构建 数据结构 相信大家已经非常熟悉了。
• 在将 .proto文件保存后，进入下一个步骤

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步骤2：通过 Protocol Buffer 编译器 编译 .proto 文件

• 作用：将 .proto 文件 转换成 相应平台的代码文件

  Protoco Buffer提供 C++、Java、Python 三种开发语言的 API

• 详细生成文件与平台有关：

imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240" alt="相应平台生成文件" title="">

• 编译指令说明

// 在 终端 输入下列命令进行编译
protoc -I=$SRC_DIR --xxx_out=$DST_DIR   $SRC_DIR/addressbook.proto

// 參数说明
// 1. $SRC_DIR：指定须要编译的.proto文件文件夹 (如没有提供则使用当前文件夹)
// 2. --xxx_out：xxx依据须要生成代码的类型进行设置
// 对于 Java ，xxx =  java ，即 -- java_out
// 对于 C++ ，xxx =  cpp ，即 --cpp_out
// 对于 Python。xxx =  python。即 --python_out

// 3. $DST_DIR ：编译后代码生成的文件夹 (通常设置与$SRC_DIR同样)
// 4. 最后的路径參数：须要编译的.proto 文件的详细路径

// 编译通过后。Protoco Buffer会依据不同平台生成相应的代码文件

• 详细实例

// 编译说明
// 1. 生成Java代码
// 2. 须要编译的.proto文件在桌面，希望编译后生成的代码也放在桌面
protoc -I=/Users/Carson_Ho/Desktop --java_out=/Users/Carson_Ho/Desktop /Users/Carson_Ho/Desktop/Demo.proto

// 编译通过后，Protoco Buffer会依照标准Java风格。生成Java类及文件夹结构

在指定的文件夹能看到一个Demo的包文件（含 java类文件）

编译功能的拓展

a. 使用Android Studio插件进行编译

• 需求场景：每次手动执行 Protocol Buffer 编译器将 .proto 文件转换为 Java 文件 操作不方便
• 解决方式：使用 Android Studio的 gradle 插件 protobuf-gradle-plugin，以便于在项目编译时 自己主动执行 Protocol Buffers 编译器

关于protobuf-gradle-plugin插件有兴趣的读者可自行了解。但个人还是建议使用 命令行，毕竟太过折腾插件不是必需

b. 动态编译

• 需求场景：某些情况下。人们无法预先知道 .proto 文件，他们须要动态处理一些未知的 .proto 文件

  如一个通用的消息转发中间件。它无法预先知道须要处理什么类型的数据结构消息

• 解决方式：动态编译.proto文件

由于使用得不多，此处不作过多描写叙述。详细请看官方文档

c. 编写新的 .proto 编译器

• 需求场景： Protocol Buffer 仅支持 C++、java 和 Python 三种开发语言。一旦超出该三种开发语言，Protocol Buffer将无法使用
• 解决方式：使用 Protocol Buffer 的 Compiler 包 开发出支持其它语言的新的.proto编译器

由于使用得不多，此处不作过多描写叙述，详细请看官方文档

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5.3 应用到详细平台（Android平台）

• 最终到了应用到详细平台项目中的步骤了。

  此处以 Android平台 为例

• 详细过程例如以下：

步骤1：将生成的 代码文件 放入到项目中

• 对于Android（Java）平台。即将编译.proto文件生成的Java包文件 整个拷贝到 Android 项目中
• 放置路径： app/src/main/java的 文件夹里

步骤2：在 Gradle 加入 Protocol Buffer 版本号依赖

compile 'com.google.protobuf:protobuf-java:2.6.1'
// 注：protobuf-java的版本号 一定要和 安装protocobuffer的版本号 一致

步骤3：详细在Android项目中使用

3.1 消息对象类介绍

通过.proto文件 转换的 Java源码 = Protocol Buffer 类 + 消息对象类（含Builder内部类）

消息对象类 是 Protocol Buffer 类的内部类

由于最经常使用的都是 消息对象类 和其内部类Builder类 的方法&成员变量，所以此处主要解说这两者。

3.1.1 消息对象类（Message类）

• 消息对象类 类通过 二进制数组 写 和 读 消息类型
• 使用方法包括：

<-- 方式1：直接序列化和反序列化 消息 -->
protocolBuffer.toByteArray()。
// 序列化消息 并 返回一个包括它的原始字节的字节数组
protocolBuffer.parseFrom(byte[] data)；
// 从一个字节数组 反序列化（解析） 消息

<-- 方式2：通过输入/ 输出流（如网络输出流） 序列化和反序列化消息 -->
protocolBuffer.writeTo(OutputStream output)。
output.toByteArray();
// 将消息写入 输出流 ，然后再 序列化消息 

protocolBuffer.parseFrom(InputStream input)。
// 从一个 输入流 读取并 反序列化（解析）消息

// 仅仅含包括字段的getters方法
// required string name = 1;
public boolean hasName();// 假设字段被设置，则返回true
public java.lang.String getName();

// required int32 id = 2;
public boolean hasId();
public int getId();

// optional string email = 3;
public boolean hasEmail();
public String getEmail();

// repeated .tutorial.Person.PhoneNumber phone = 4;
// 反复（repeated）字段有一些额外方法
public List<PhoneNumber> getPhoneList();
public int getPhoneCount();
// 列表大小的速记
// 作用：通过索引获取和设置列表的特定元素的getters和setters

经常使用的如上，很多其它请看官方文档

3.1.2 Builder类

作用：创建 消息构造器 & 设置/ 获取消息对象的字段值 & 创建 消息类 实例

属于 消息对象类 的内部类

a. 创建 消息构造器

Demo.Person.Builder person = Person.newBuilder();

b. 设置/ 获取 消息对象的字段值 详细方法例如以下：

// 标准的JavaBeans风格：含getters和setters
// required string name = 1;
public boolean hasName();// 假设字段被设置，则返回true
public java.lang.String getName();
public Builder setName(String value);
public Builder clearName(); // 将字段设置回它的空状态

// required int32 id = 2;
public boolean hasId();
public int getId();
public Builder setId(int value);
public Builder clearId();

// optional string email = 3;
public boolean hasEmail();
public String getEmail();
public Builder setEmail(String value);
public Builder clearEmail();

// repeated .tutorial.Person.PhoneNumber phone = 4;
// 反复（repeated）字段有一些额外方法
public List<PhoneNumber> getPhoneList();
public int getPhoneCount();
// 列表大小的速记
// 作用：通过索引获取和设置列表的特定元素的getters和setters

public PhoneNumber getPhone(int index);
public Builder setPhone(int index, PhoneNumber value);

public Builder addPhone(PhoneNumber value);
// 将新元素加入到列表的末尾

public Builder addAllPhone(Iterable<PhoneNumber> value);
// 将一个装满元素的整个容器加入到列表中
public Builder clearPhone();

public Builder isInitialized()
// 检查全部 required 字段 是否都已经被设置

public Builder toString() :
// 返回一个人类可读的消息表示（用于调试）

public Builder mergeFrom(Message other)
// 将 其它内容 合并到这个消息中，覆写单数的字段，附接反复的。

public Builder clear()
// 清空全部的元素为空状态。

3.2 详细使用

• 使用过程例如以下：
  
  步骤1：通过 消息类的内部类Builder类 构造 消息构造器
  
  步骤2：通过 消息构造器 设置 消息字段的值
  
  步骤3：通过 消息构造器 创建 消息类 对象
  
  步骤4：序列化 / 反序列化 消息

• 详细使用例如以下：（凝视非常清晰）

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 步骤1:通过 消息类的内部类Builder类 构造 消息类的消息构造器
        Demo.Person.Builder personBuilder =  Demo.Person.newBuilder();

        // 步骤2:设置你想要设置的字段为你选择的值
        personBuilder.setName("Carson");// 在定义.proto文件时,该字段的字段修饰符是required,所以必须赋值
        personBuilder.setId(123);// 在定义.proto文件时,该字段的字段修饰符是required,所以必须赋值
        personBuilder.setEmail("[e-mail]"); // 在定义.proto文件时,该字段的字段修饰符是optional,所以可赋值 / 不赋值(不赋值时将使用默认值)

        Demo.Person.PhoneNumber.Builder phoneNumber =  Demo.Person.PhoneNumber.newBuilder();
        phoneNumber.setType( Demo.Person.PhoneType.HOME);// 直接採用枚举类型里的值进行赋值
        phoneNumber.setNumber("0157-23443276");
        // PhoneNumber消息是嵌套在Person消息里,能够理解为内部类
        // 所以创建对象时要通过外部类来创建

        // 步骤3:通过 消息构造器 创建 消息类 对象
        Demo.Person person = personBuilder.build();

        // 步骤4:序列化和反序列化消息(两种方式)

        /*方式1：直接 序列化 和 反序列化 消息 */
        // a.序列化
        byte[] byteArray1 = person.toByteArray();
        // 把 person消息类对象 序列化为 byte[]字节数组
        System.out.println(Arrays.toString(byteArray1));
        // 查看序列化后的字节流

        // b.反序列化
        try {

            Demo.Person person_Request = Demo.Person.parseFrom(byteArray1);
            // 当接收到字节数组byte[] 反序列化为 person消息类对象

            System.out.println(person_Request.getName());
            System.out.println(person_Request.getId());
            System.out.println(person_Request.getEmail());
            // 输出反序列化后的消息
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /*方式2：通过输入/ 输出流（如网络输出流） 序列化和反序列化消息 */
        // a.序列化
        ByteArrayOutputStream output = new ByteArrayOutputStream();
         try {

            person.writeTo(output);
            // 将消息序列化 并写入 输出流(此处用 ByteArrayOutputStream 取代)

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        byte[] byteArray = output.toByteArray();
        // 通过 输出流 转化成二进制字节流

        // b. 反序列化
        ByteArrayInputStream input = new ByteArrayInputStream(byteArray);
        // 通过 输入流 接收消息流(此处用 ByteArrayInputStream 取代)

        try {

            Demo.Person person_Request = Demo.Person.parseFrom(input);
            // 通过输入流 反序列化 消息

            System.out.println(person_Request.getName());
            System.out.println(person_Request.getId());
            System.out.println(person_Request.getEmail());
            // 输出消息
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

Demo 地址

Carson_Ho的Github ：https://github.com/Carson-Ho/ProtocolBuffer

高级功能

• 贴心的Google还提供将Protocol Buff 编码方式 转化为 其它编码方式，如 Json、XML等等

  即将 Protocol Buff 对象 转化为其它编码方式的数据存储对象

• 以下展示的是 将 Protocol Buff 对象 转化为 Json对象

// 步骤1：在Gradle加入依赖
compile 'com.googlecode.protobuf-java-format:protobuf-java-format:1.4'

// 步骤2：将`Protocol Buff` 对象 序列化 为 `Json`对象
JsonFormat jsonFormat = new JsonFormat();
String person2json = jsonFormat.printToString(mProtoBuffer); 

6. 总结

• 在 数据传输量较大的需求场景下，Protocol Buffer比XML、Json 更小、更快、使用 & 维护更简单！
• 以下用 一张图 总结在 Android平台中使用 Protocol Buffer 的整个步骤流程：

• 看完本文，你应该会非常好奇为什么Protocol Buffer 的优势这么大：为什么序列化后的数据包比XML、Json更小、传输速度更快？
• 下一篇文章我将对Protocol Buffer 进行源码分析。有兴趣能够继续关注我的CSDN博客！

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