Python使用protobuf序列化和反序列化的实现

Python使用protobuf序列化和反序列化的实现攻略

什么是protobuf？

Protobuf（Protocol Buffers）是一种语言无关、平台无关、可扩展的序列化数据格式。它由Google开发，现已开源并被广泛用于通信协议、数据存储等场景中，以代替XML和JSON等文本格式。

相比于文本格式，Protobuf可以将结构化数据二进制编码，大大减少数据传输大小和序列化、反序列化开销。因此，在一些网络传输和存储密集场景中，使用Protobuf可以获得更好的性能。

protobuf安装

在Python中使用Protobuf，需要先安装Python的protobuf库，可以使用pip进行安装：

pip install protobuf

protobuf使用

定义消息类型

使用protobuf，我们需要先定义消息类型，即Protocol Buffer描述文件。例如，下面是一个简单的Person消息类型的定义：

syntax = "proto3";

message Person {
  string name = 1;
  int32 id = 2;  // Unique ID number for this person.
  repeated string email = 3;
}

其中，定义了一个Person消息类型，它包含三个字段：

• name 字段是一个字符串，对应标号为1；
• id 字段是一个32位整数，对应标号为2；
• email 字段是一个字符串数组，对应标号为3，repeated关键字表示是一个可重复的字段。

编译消息类型

定义好消息类型之后，需要使用Protobuf编译器将它们编译成Python代码。编译器可以从Google的官方github仓库下载：

git clone https://github.com/google/protobuf.git
cd protobuf
./autogen.sh && ./configure && make && make install

完成安装后，我们就可以使用protoc命令编译proto文件了，例如：

protoc --python_out=. person.proto

这个命令会根据person.proto文件生成一个Python文件person_pb2.py，其中包含编译后的Person消息类型的定义类Person。

序列化和反序列化数据

在Python中使用Protobuf，需要先导入编译后的消息类型定义类。例如，序列化一个Person对象：

from person_pb2 import Person

person = Person()
person.name = "Alice"
person.id = 123
person.email.append("[e-mail]")

person_data = person.SerializeToString()

在这个例子中，我们通过导入Person类，创建了一个Person对象，并设置了它的字段。调用person.SerializeToString()方法，将Person对象序列化为二进制数据存储到person_data变量中。

反之，反序列化一个二进制数据可以这样做：

person = Person()
person.ParseFromString(person_data)

我们创建一个空的Person对象，然后调用person.ParseFromString()方法，将二进制数据反序列化成Person对象并存储到person变量中。

示例说明

下面是一个更实际的例子，使用Protobuf对HTTP请求和响应数据进行序列化和反序列化。我们使用protobuf定义HTTP请求和响应的消息类型：

syntax = "proto3";

message HttpRequest {
  string method = 1;
  string uri = 2;
  map<string, string> headers = 3;
  bytes body = 4;
}

message HttpResponse {
  int32 code = 1;
  map<string, string> headers = 2;
  bytes body = 3;
}

其中，HttpRequest包含了请求方法、请求地址、请求头、请求体四个字段，HttpResponse包含了响应状态码、响应头、响应体三个字段，都使用了protobuf中的map类型表示键值对。

然后，我们针对这两个消息类型生成对应的Python类HttpRequest和HttpResponse：

protoc --python_out=. http.proto

接下来，我们可以使用这些类对HTTP请求和响应数据进行序列化和反序列化了。例如，这是一个简单的HTTP请求：

from http_pb2 import HttpRequest

request = HttpRequest()
request.method = "GET"
request.uri = "/example"
request.headers["Content-Type"] = "application/json"
request.body = b"{}"

request_data = request.SerializeToString()

在这个例子中，我们创建一个空的HttpRequest对象，并设置它的字段。headers字段是一个map类型，我们使用request.headers[key] = value的形式设置。

然后，使用request.SerializeToString()将HttpRequest对象序列化为二进制数据保存到request_data中。反过来，反序列化一个二进制数据：

from http_pb2 import HttpResponse

response_data = b"\x08\x01\x12\x10\x0a\x0eContent-Type\x12\x06\x61\x70\x70\x6c\x69\x63\x18\x00"
response = HttpResponse()
response.ParseFromString(response_data)

在这个例子中，我们创建一个空的HttpResponse对象，调用response.ParseFromString()方法将二进制数据反序列化为HttpResponse对象。注意，headers字段和前面的HttpRequest不同，并不需要像map类型那样手动设置，ProtoBuf在反序列化时会自动将headers字段解析为一个Python字典类型。