protobufgo：高效、靈活、跨語言的數據序列化與反序列化

一、protobuf構建

protobuf是一種輕量級、高效、平台無關、語言無關、擴展性強的數據序列化和反序列化協議。在protobuf中，開發者可以通過定義消息格式，自動生成數據訪問API，從而達到數據傳輸和存儲的目的。

protobufgo是Golang社區提供的一種開源工具，旨在為Golang開發者提供高效、靈活、跨語言的protobuf序列化和反序列化功能。使用protobufgo，我們可以方便地通過protobuf定義文件，生成Golang訪問API，並且可以與其他語言的protobuf代碼進行互操作。

我們可以通過以下步驟來構建protobufgo：

// 安裝protobuf工具
$ go get github.com/golang/protobuf/proto

// 安裝protobufgogo插件
$ go get github.com/gogo/protobuf/proto
$ go get github.com/gogo/protobuf/protoc-gen-gogo

二、protobuf工具

protobufgo提供了許多有用的工具，可以幫助我們更輕鬆地開發和維護代碼。以下是一些常用的工具：

1. protoc

protoc是protobuf官方提供的編譯器，負責將protobuf定義文件編譯成不同語言的訪問API。protobufgo通過gogo/protobuf插件對protoc進行了擴展，提供了更多的選項和功能，例如生成更快的序列化和反序列化方法、支持不同語言之間的互操作等。

2. protoc-gen-go

protoc-gen-go是protobuf官方提供的Golang插件，用於將protobuf定義文件編譯成Golang訪問API。protobufgo提供了gogo/protobuf插件，可以生成更高效的序列化和反序列化方法，也可以支持更多的選項和功能，例如生成google.golang.org/genproto包下的Golang protobuf代碼。

3. protoc-gen-gofast

protoc-gen-gofast是protobufgo提供的一個更快的Golang插件，它基於gogo/protobuf插件進行了優化，生成的代碼速度更快。

4. protoc-gen-grpc-gateway

protoc-gen-grpc-gateway是一個開源的grpc轉換代理，可以將標準的grpc服務轉換成RESTful的API介面，支持多種編程語言，包括Golang。

三、protobuf公參

protobuf定義文件定義了消息的結構和欄位信息，類似於Golang中的struct，包括以下4個要素：

1. package

指定生成的代碼所在的Golang代碼包。

2. import

導入其他protobuf定義文件。

3. message

定義消息結構和欄位信息。

4. service

定義伺服器和客戶端之間的遠程調用介面。

以下是一個簡單的protobuf定義文件的示例：

    syntax = "proto3";
    package example;
    
    import "google/protobuf/timestamp.proto";
    
    message Person {
        string name = 1;
        int32 age = 2;
        repeated string email = 3;
        google.protobuf.Timestamp created_time = 4;
    }
    
    service PersonService {
        rpc GetPerson (PersonRequest) returns (PersonResponse);
    }
    
    message PersonRequest {
        string name = 1;
    }
    
    message PersonResponse {
        Person person = 1;
    }

四、protobuf構建與移植

protobufgo提供了多種選項和調用方式，以滿足不同平台和應用場景的需要。總體而言，protobufgo可以分為以下3個部分進行構建和移植：

1. protoc編譯器

protoc編譯器是protobufgo的核心，可以將protobuf定義文件編譯成不同語言的訪問API。protobufgo通過gogo/protobuf插件對protoc進行了擴展，提供了更多的選項和功能，例如生成更快的序列化和反序列化方法、支持不同語言之間的互操作等。以下是一些常用的命令：

// 編譯proto文件
$ protoc --proto_path=$GOPATH/src:. --gogo_out=. file.proto

// 支持生成其他語言的代碼，例如Java：
$ protoc --proto_path=$GOPATH/src:. --java_out=. file.proto

2. gogo/protobuf插件

gogo/protobuf插件是protobufgo提供的一種高效、靈活、跨語言的protobuf序列化和反序列化庫。在Golang應用程序中使用protobufgo，需要先將protobuf定義文件編譯成Golang訪問API，然後將生成的代碼導入到應用程序中。以下是一些常用的命令：

// 安裝插件
$ go get github.com/gogo/protobuf/proto
$ go get github.com/gogo/protobuf/protoc-gen-gogo

// 編譯proto文件
$ protoc --proto_path=$GOPATH/src:. --gogo_out=. file.proto

3. 應用程序

在應用程序中使用protobufgo，需要導入protobuf生成的Golang代碼，並定義和使用消息結構體。

import "example/file.pb.go"

func main() {
    person := &example.Person{
        Name: "Tom",
        Age:  28,
        Email: []string{"tom@example.com", "tom@gmail.com"},
        CreatedTime: &timestamp.Timestamp{
            Seconds: time.Now().Unix(),
        },
    }
    data, _ := proto.Marshal(person)
    newPerson := &example.Person{}
    _ = proto.Unmarshal(data, newPerson)
}

五、protobuf共享內存

protobufgo支持將消息數組序列化到共享內存中，以實現進程之間的數據傳遞和共享。以下是一些常用的命令：

// 獲取消息佔用的共享內存大小
size := proto.Size(msg)

// 分配共享內存
shmID, err := ipc.ShmGet(1, size, ipc.IPC_CREAT|ipc.IPC_EXCL|0666)

// 將消息序列化到共享內存
msgBytes, err := proto.Marshal(msg)
shmbuf, err := ipc.Shmat(shmID, uintptr(0), 0)
copy((*((*[1 << 30]byte)(unsafe.Pointer(shmbuf))))[:size], msgBytes)
ipc.Shmdt(shmbuf)

// 從共享內存中反序列化消息
shmbuf, err = ipc.Shmat(shmID, uintptr(0), 0)
unmarshMsg := &T{}
_ = proto.Unmarshal(shmbuf[:size], unmarshMsg)
ipc.Shmdt(shmbuf)

六、protobuf工具轉json

protobufgo支持將消息序列化為JSON字元串，以方便在HTTP API中傳輸和返回。以下是一些常用的命令：

// 將消息序列化為JSON字元串
buf, err := protojson.Marshal(msg)

// 將JSON字元串反序列化為消息
newMsg := &T{}
_ = protojson.Unmarshal(buf, newMsg)

上述代碼片段中的T代表消息結構體。

七、總結

protobufgo是一種高效、靈活、跨語言的數據序列化和反序列化協議，提供了強大的命令工具和訪問API，可以幫助我們更輕鬆地開發和維護代碼。