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使用 Protocol Buffers 代替 JSON 的五個原因

在Ruby和Rails開發者中,面向服務(Service-Oriented)架構有一個當之無愧的名聲,它是一個緩解程序規模惡性增長的一個強有力的途徑,可在大量應用程序中提取關注點。這些新生小巧的服務通常繼續使用Rails或Sinatra,並使用JSON在HTTP上通信。盡管JSON作為一個數據相互交換格式,有很多優點:人類可讀、可理解,並通常表現出色。

浏覽器和JS並不直接處理數據--尤其是遇到內部服務時。我的觀點是,結構化格式,例如谷歌的Protocol Buffers,是一個比JSON在編碼方面更好的選擇。如果你從來沒有使用過Protocol Buffers,你可以參看這裡。不要擔心,在說明為什麼要選擇Protocol Buffers而不是JSON之前,本文會簡介如何使用在Ruby上使用它 。

Struts中異步傳送XML和JSON類型的數據 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/88247.htm

Linux下JSON庫的編譯及代碼測試 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81607.htm

jQuery 獲取JSON數據[$.getJSON方法] http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81673.htm

在 AngularJS 應用中通過 JSON 文件來設置狀態 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-07/104083.htm

用jQuery以及JSON包將表單數據轉為JSON字符串 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-01/77560.htm

用C語言玩JSON http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101823.htm

在C語言中解析JSON配置文件 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-05/101822.htm

Protocal Buffers的簡短介紹

首先,什麼是Protocol Buffers?文檔中說:

“Protocol Buffers是一種以有效並可擴展的格式編碼結構化數據的方式。”

Google開發了Protocol Buffers使用於內部的服務。 它是一種二進制格式允許你使用規范的語言定義一個模式,例如:

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

你能在命名空間中封裝他們或者用上面的方式在頂層聲明他們。這個片段定義了Person數據類型的模式,有三個字段:id, name和email。除了命名字段,你能提供一個類型決定數據怎樣編碼和在線上發送,在上面我們看到有int32類型和string類型。還提供了關鍵字進行驗證和結構化(required 和optional)。字段被編號,這有助於向後兼容,我將在以後詳細的介紹。

Protocol Buffers規范已被多種語言實現:Java,C,Go等。如果你四處找找最現代的語言都有實現的方式。Ruby也不例外,有幾個不同的Gems使用Protocol Buffers編碼和解碼數據。這就意味著,這個規范可以在不同語言實現的系統間傳遞數據。

例如,Ruby Gem安裝被稱為ruby-protoc的二進制可以和主Protocol Buffers庫組合使用(在OSX中brew install protobuf),自動的產生樁類文件用於編碼和解碼數據。正在運行的二進制proto文件產生以下的Ruby類:

#!/usr/bin/env ruby # Generated by the protocol buffer compiler. DO NOT EDIT! require 'protocol_buffers' # forward declarations class Person < ::ProtocolBuffers::Message; end class Person < ::ProtocolBuffers::Message set_fully_qualified_name "Person"   required :int32, :id, 1 required :string, :name, 2 optional :string, :email, 3 end

正如你所見,通過支持這種模式(Protocol Buffer格式),用來編碼和解碼信息,我們就能自動得到一個類(查看代碼ProtocolBuffers::Message的基類在Gem中有更多細節的介紹)。我們已經看到了一些信息,那麼就讓我們再來仔細看看這些特征點,讓我嘗試說服你考慮Protocol Buffers——這裡有5個理由。

原因 #1: 模式本身很不錯

有一種痛苦的諷刺指向一個事實,我們小心謹慎地在我們的數據庫裡面編寫數據模型,維護各個層次的代碼,保持這些數據模型處於控制之中,當我們想要發送數據連接到另一個服務的時候,要求所有的疑慮都要被考慮到。然而,我們往往依靠的是在邊界上與我們的系統之間不一致的代碼,我們的系統不能強制結構化我們的數據組件,這是如此的重要,編碼的語義是你曾經的業務對象,在proto格式中,它足以幫助並保證應用程序之間的信號不會丟失,而界限就在你所創建並執行的業務規則。

原因 #2: 無償地向後兼容

被編號的字段在proto的定義中排除了所需的版本檢查,這是其中一個被明確表述的動機(為什麼這樣設計和實現Protocol Buffers)。如同開發者文檔中聲明的那樣,協議被設計成能在一定程度上避免出現像下面這樣的“丑陋的代碼”,下面的代碼用來檢測協議的版本:

if (version == 3) { ... } else if (version > 4) { if (version == 5) { ... } ... }

同編號字段一樣, 你必須改變編碼習慣,朝著能向老版本維護和向後兼容的方向改變。正如在文檔中的聲明那樣,曾經 Protocol Buffers 是這樣被介紹的:

“新的字段可以很容易被引入,並且不需要中間服務去檢查數據就能被解析,通過數據不必知道所有的字段。”

已經部署各種JSON的服務器已經遭受各種與發展模式以及向後兼容的相關問題。我現在深信編號字段能防止錯誤,並且能在新功能和服務的推出上做到簡化。

原因 #3: 更少的樣本代碼

除了顯式的版本檢查和缺乏後續的兼容性,JSON終端在HTTP上的基礎服務通常依賴專門的手寫樣板代碼去處理Ruby對象的編碼和解碼。解析和反解析類常常包含隱藏的業務邏輯,它暴露了手動解析每個新的數據類型的缺陷,當一個類通過Protocol Buffers產生(你一般就不會再去觸碰它),它能提供大量相似的方法,還避免了大量頭痛的事情。隨著模式的發展,你將會用proto產生類(應當承認,一旦你更新他們),你可以把更多的空間留給你所關注的挑戰(保持你的應用運行和持續構建產品)。

原因 #4: 驗證和可擴展性

required,optional 和 repeated關鍵字在Protocol Buffers中的定義是非常強大的。它們允許你去編碼,在模式級別,形象化你的數據結構和去實現類怎樣工作(每種編程語言處理)的細節。Ruby的protocol_buffers庫將會提升異常,例如:如果一個對象實例沒有填寫必填的字段,你試著去對這樣一個對象實例編碼,就會提升異常。通過簡單地編輯一個新的編號字段的值,你可以把一個字段從required變成optional或者反之亦然。有了這種靈活編碼的語義序列化格式,大大增強了其功能。

因為你還可以嵌入proto,定義內部的其他成員,你也可以擁有通用的Request和Response結構,它還允許其他數據結構的傳輸並確保傳輸連接上,它為服務器間通訊實現真正的靈活性和安全的數據傳輸提供了機會。類似Riak的數據庫系統使用Protocol Buffers有巨大的效果——因為有了一些啟示,我建議重新審視那些接口。

原因#5:建議的語言互操作性

因為Protocol Buffers已經被多種語言實現,在你的架構中多語言混合的應用程序之間的互操作性變得更簡單。如果你引入了一個新的服務在JAVA或者GO中,甚至和用Node或者Clojure或者Scala實現的後端通訊,你只需簡單的把proto文件交給目標語言編寫的代碼生成器,你將在這些架構之間獲得較好的安全和互操作性。平台特定數據類型的細節被目標語言處理,你將更多的關注你的問題的困難部分,而不是匹配字段和數據類型在JSON的編碼和解碼方案中。

什麼時候更適合使用JSON?

有些時候JSON比Protocol Buffers更適合,包括如下的場景:

  • 你需要或者想讓數據對人是可讀的
  • 來自於服務的數據是直接發送到web浏覽器
  • 你的服務端應用程序是用javaScript編寫的
  • 你不准備把數據模型綁定到模式上
  • 你沒有帶寬添加另外一個工具到你的軍火庫
  • 運行不同類型的網絡服務的運營負擔過大

可能還有更多的情況。最後,總之,這是很重要的在心裡權衡和不要盲目的選擇一項技術

結論

Protocol Buffers提供了幾種相對JSON在內部服務之間在線傳輸數據的引人注目的優勢。並沒有完全的替換JSON,特別是服務和web浏覽器直接通訊的情況,Protocol Buffers提供了真正的優勢不僅在上面概述的方法,也編解碼的速度和數據大小上有更多的優勢。

你可以從你的應用程序中提取出哪些服務?如果你今天不得不做出選擇,你會選擇JSON還是Protocol Buffers?讓我們討論討論-我們願意在下面的評論中聽到更多關於你在使用JSON和Protocol Buffers上的經驗。

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