Protocol Buffers是Google開發一種資料描述語言，能夠將結構化資料序列化，可用於資料儲存、通訊協議等方面。據Google官方文件介紹，現在Google內部已經有48,162個訊息型別定義在12,183個proto檔案中。本文會從快速入門、語言規範、編碼協議、效能評估等幾個方面對Prototol Buffers進行介紹。

不瞭解Protocol Buffers的同學可以把它理解為更快、更簡單、更小的JSON或者XML，區別在於Protocol Buffers是二進位制格式，而JSON和XML是文字格式。

相對於XML，Protocol Buffers的具有如下幾個優點：

• 簡潔
• 體積小：訊息大小隻需要XML的1/10 ～ 1/3
• 速度快：解析速度比XML快20 ～ 100倍
• 使用Protocol Buffers的編譯器，可以生成更容易在程式設計中使用的資料訪問程式碼
• 更好的相容性，Protocol Buffers設計的一個原則就是要能夠很好的支援向下或向上相容。

看一個簡單的對比例子，表達一個使用者的三個基本的屬性，如果使用XML訊息體大小為82 bytes。

如果使用JSON訊息體大小為56 bytes。

使用Protocol Buffers咋則只需要 31 bytes，看到這些二進位制資料大家可以暫時忽略，後面會具體分析這些二進位制資料是如何編碼的。

接下來先看一個簡單的入門示例，在該例子中我們從準備環境開始，編寫proto檔案，到最後使用Protocol Buffers編譯器生成程式碼，再到具體的使用。

從 https://github.com/google/protobuf下載編譯安裝protoc，並下載Protobuf SDK。

開始編寫proto檔案，使用message關鍵字定義訊息型別，訊息中每個欄位需要指定欄位型別和欄位序號。同一個message中欄位

使用protoc命令生成程式碼，使用--cpp_out、--java_out、--python_out命令選項可以生成C++、Java、Python程式碼，在最新版本Protocol Buffers v3中還加入了ruby語言的支援。

生成程式碼的程式碼可以直接加入到自己的程式碼工程中使用，以C++語言為例：

這是一段Java語言的使用示例：

接下來會詳細說明如何定義proto檔案：

在訊息定義中，我們需要確定三個問題：

• 確定訊息命名，給訊息取一個有意義的名字。
• 指定欄位的型別

• 定義欄位的編號，在Protocol Buffers中，欄位的編號非常重要，欄位名僅僅是作為參考和生成程式碼用。需要注意的是欄位的編號區間範圍，其中19000 ～ 19999被Protocol Buffers作為保留欄位。
  

  
  欄位約束，required指定該欄位必須賦值，禁止為空（在v3中該約束被移除）；optional指定欄位為可選欄位，可以為空，對於optional欄位還可以使用[default]指定預設值，如果沒有指定，則會使用欄位型別的預設值；使用repeated指定欄位為集合。
  
  在一個proto檔案中可以同時定義多個message型別，生成程式碼時根據生成程式碼的目標語言不同，處理的方式不太一樣，如Java會針對每個message型別生成一個.java檔案。還可以使用C++風格的註釋。
  
  在Protocol Buffers中提供了很多的標量型別，供我們在定義欄位型別時使用。
  
  可以指定欄位的型別為其他message型別，如圖中的示例程式碼所示：
  
  還可以使用import關鍵字匯入其他proto檔案，這有利於你進行自己的proto檔案的規劃和整理。
  
  在proto檔案中訊息的型別還可以巢狀，如你定義的message型別僅作為另外一個Message的欄位型別。
  
  為了便於擴充套件，在proto檔案中可以使用extensions關鍵字預留一部分欄位編號出來，以便於後期給第三方擴充套件時使用。
  
  oneof關鍵字指定一組欄位中，至少要有一個欄位必須賦值。如在使用者登入系統中，使用郵箱和使用者名稱都可以登入該系統，所以通常會要求至少提供使用者名稱或者郵箱。