前端后台以及游戏中使用Google Protocol Buffer详解

protoBuf是一种灵活高效的独立于语言平台的结构化数据表示方法，与XML相比，protoBuf更小更快更简单。你可以用定义自己protoBuf的数据结构，用ProtoBuf编译器生成特定语言的源代码，如C++，Java，Python等，目前protoBuf对主流的编程语言都提供了支持,非常方便的进行序列化和反序列化。

特点：

• 平台无关、语言无关。
• 二进制、数据自描述。
• 提供了完整详细的操作API。
• 高性能 比xml要快20-100倍
• 尺寸小 比xml要小3-10倍 高可扩展性
• 数据自描述、前后兼容

1、下载protobuf的编译器

目前最新版本为Protocol Buffers v3.5.1

2、配置环境变量

解压 protoc-3.5.1-osx-x86_64.zip

Mac 配置环境变量 vi ~/.bash_profile 使其配置生效 source ~/.bash_profile

#protobuf
export PROTOBUF_HOME=/Users/Javen/Documents/dev/java/protobuf/protoc-3.5.1-osx-x86_64
export PATH=$PATH:$PROTOBUF_HOME/bin
复制代码

Window 将bin添加到path 即可 例如: D:\protobuf\protoc-3.5.1-win32\bin

本文在Mac环境下编写 Mac 与 window 命令唯一的区别就是需要将 protoc 改成 protoc.exe 前提是需要添加环境变量。

3、编写一个proto文件

文件保存为 chat.proto 此 proto 文件摘自 t-io 让天下没有难开发的网络编程

syntax = "proto3";
package com.im.common.packets;

option java_package = "com.im.common.packets";  //设置 java 对应的package
option java_multiple_files = true; //建议设置为true，这样会每个对象放在一个文件中，否则所有对象都在一个java文件中

/**
 * 聊天类型
 */
enum ChatType {
	CHAT_TYPE_UNKNOW = 0;//未知
	CHAT_TYPE_PUBLIC = 1;//公聊
	CHAT_TYPE_PRIVATE = 2;//私聊
}
/**
 * 聊天请求
 */
message ChatReqBody {
	int64 time = 1;//消息发送时间
	ChatType type = 2; //聊天类型
	string text = 3; //聊天内容
	string group = 4; //目标组id
	int32 toId = 5; //目标用户id，
	string toNick = 6; //目标用户nick
}

/**
 * 聊天响应
 */
message ChatRespBody {
	int64 time = 1;//消息发送时间
	ChatType type = 2; //聊天类型
	string text = 3; //聊天内容
	int32 fromId = 4; //发送聊天消息的用户id
	string fromNick = 5; //发送聊天消息的用户nick
	int32 toId = 6; //目标用户id
	string toNick = 7; //目标用户nick
	string group = 8; //目标组id
}
复制代码

4、编译器对其进行编译

4.1 编译为Java

进入到项目的跟目录执行以下编译命名， com/im/common/packets 为 chat.proto 中的包名, chat.proto 文件放在 com/im/common/packets 下。

protoc  --java_out=./ com/im/common/packets/chat.proto
复制代码

4.2 编译为JS

protoc --js_out=import_style=commonjs,binary:. chat.proto
复制代码

执行后会在当前文件夹中生成 chat_pb.js 文件，这里面就是 protobuf 的API和一些函数。如果是 Node.js 就可以直接使用了，如果想在浏览器(前端)中使用 protobuf 还需要做一些处理。

5、前端使用protobuf处理步骤

5.1 npm安装需要的库

在 chat_pb.js 文件的同级目录下安装引用库

npm install -g require
npm install google-protobuf
npm install -g browserify
复制代码

5.2 使用browserify对文件进行编译打包

编写脚本保存为exports.js

var chatProto = require('./chat_pb');  
module.exports = {  
DataProto: chatProto  
}
复制代码

执行命令 browserify exports.js > chat.js 对 chat_pb.js 文件进行编译打包生成 chat.js 后就可以愉快的使用了。

6、protobuf使用示例

6.1 前端(JavaScript)中使用protobuf

<script src="./chat.js"></script>
<script type="text/javascript">
    var chatReqBody = new proto.com.im.common.packets.ChatReqBody();
    chatReqBody.setTime(new Date().getTime());
    chatReqBody.setText("测试");
    chatReqBody.setType(1);
    chatReqBody.setGroup("Javen");
    chatReqBody.setToid(666);
    chatReqBody.setTonick("Javen205");

    var bytes = chatReqBody.serializeBinary();  
    console.log("序列化为字节:"+bytes);
    var data = proto.com.im.common.packets.ChatReqBody.deserializeBinary(bytes); 
    console.log("反序列化为对象:"+data);  
    console.log("从对象中获取指定属性:"+data.getTonick());
    console.log("对象转化为JSON:"+JSON.stringify(data));  

</script>
复制代码

6.2 Java中使用protobuf

java中要用protobuf,protobuf与json相互转换，首先需要引入相关的jar，maven的pom坐标如下

<dependency>
    <groupId>com.google.protobuf</groupId>
    <artifactId>protobuf-java</artifactId>
    <version>3.5.1</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>com.googlecode.protobuf-java-format</groupId>
    <artifactId>protobuf-java-format</artifactId>
    <version>1.4</version>
</dependency>
复制代码

public static void test() {
		try {
			JsonFormat jsonFormat = new JsonFormat();
			ChatRespBody.Builder builder = ChatRespBody.newBuilder();
			builder.setType(ChatType.CHAT_TYPE_PUBLIC);
			builder.setText("Javen 测试");
			builder.setFromId(1);
			builder.setFromNick("Javen");
			builder.setToId(110);
			builder.setToNick("Javen.zhou");
			builder.setGroup("Javen");
			builder.setTime(SystemTimer.currentTimeMillis());
			ChatRespBody chatRespBody = builder.build();
			//从protobuf转json
			String asJson = jsonFormat.printToString(chatRespBody);
			System.out.println("Object to json "+asJson);
			
			byte[] bodybyte = chatRespBody.toByteArray();
			//解码是从byte[]转换为java对象
			ChatRespBody parseChatRespBody = ChatRespBody.parseFrom(bodybyte);
			asJson = jsonFormat.printToString(parseChatRespBody);
			System.out.println("bodybyte to json "+asJson);
			
			//从json转protobuf
			ChatRespBody.Builder _builder = ChatRespBody.newBuilder();
			jsonFormat.merge(new ByteArrayInputStream(asJson.getBytes()), _builder);
			ChatRespBody _chatRespBody = _builder.build();
			asJson = jsonFormat.printToString(_chatRespBody);
			System.out.println("json to protobuf "+asJson);
			
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
复制代码

6.3 QQ玩一玩中使用protobuf

将 chat.js 中的 var global = Function('return this')(); 修改为

// var global = Function('return this')();

var global = (function(){
  return this;
})()

复制代码

BK.Script.loadlib('GameRes://qqPlayCore.js');
BK.Script.loadlib('GameRes://tio/chat.js');

function test() {
	var ws = new BK.WebSocket("ws://127.0.0.1:9326?group=test&name=Javen");
	ws.onOpen = function(ws) {
		BK.Script.log(1, 0, "onOpen.js");
		BK.Script.log(1, 0, "1.readyState = " + ws.getReadyState());

		var time = 0;
		BK.Director.ticker.add(function(ts, duration) {
			time = time + 1;
			if (time % 100 == 0) {
				// ws.send("phone test" + time);
				var chatReqBody = new proto.com.im.common.packets.ChatReqBody();
				chatReqBody.setTime(new Date().getTime());
				chatReqBody.setText("phone test" + time);
				chatReqBody.setType(1);
				chatReqBody.setGroup("test");
				var bytes = chatReqBody.serializeBinary();
				ws.send(bytes);
			}
		});
	};
	ws.onClose = function(ws) {
		BK.Script.log(1, 0, "onClose.js");
		BK.Script.log(1, 0, "1.readyState = " + ws.getReadyState());
	};
	ws.onError = function(ws) {
		BK.Script.log(1, 0, "onError.js");
		BK.Script.log(1, 0, "1.readyState = " + ws.getReadyState());
		BK.Script.log("onError.js.js getErrorCode:" + ws.getErrorCode());
		BK.Script.log("onError.js getErrorString:" + ws.getErrorString());
	};
	ws.onMessage = function(ws, event) {
		if (!event.isBinary) {
			var str = event.data.readAsString();
			BK.Script.log(1, 0, "text = " + str);
		} else {
			var buf = event.data;
			//将游标pointer重置为0
			buf.rewind();
			var ab = new ArrayBuffer(buf.length);
			var dv = new DataView(ab);
			while (!buf.eof) {
				dv.setUint8(buf.pointer, buf.readUint8Buffer());
			}
			var chatRespBody = proto.com.im.common.packets.ChatRespBody.deserializeBinary(ab);
			var msg = chatRespBody.getFromnick() + " 说: " + chatRespBody.getText();
			BK.Script.log(1, 0, "text = " + msg);
		}
	};
	ws.onSendComplete = function(ws) {
		BK.Script.log(1, 0, "onSendComplete.js");
	};
	ws.connect();
}

test();
复制代码

6.4 Eget中使用protobuf

插件下载

egret有提供将 proto文件 生成JS以及TS的工具

npm install protobufjs -g
npm install @egret/protobuf -g
复制代码

操作步骤

1、在白鹭项目的根目录中新建 protobuf 文件夹,再在 protobuf 文件夹中新建 protofile 文件夹

2、将 proto 文件放到 protofile 文件夹中

3、依次执行 pb-egret add 、 pb-egret generate

将会自动完成以下操作：

1、在 tsconfig.json 中的 include 节点中添加 protobuf/**/*.d.ts

2、在 egretProperties.json 中的 modules 节点添加

{
"name": "protobuf-library",
"path": "protobuf/library"
},
{
"name": "protobuf-bundles",
"path": "protobuf/bundles"
}
复制代码

3、在 protobuf 文件夹中自动生成 bundles 以及 library 文件夹里面包含了我们需要的js以及ts

项目中能使用

处理发送消息

private sendReq(text:string,group:string){
        var chatReqBody = new com.im.common.packets.ChatReqBody();
        chatReqBody.time = new Date().getTime();
        chatReqBody.text = text;
        chatReqBody.type = com.im.common.packets.ChatType.CHAT_TYPE_PUBLIC;
        chatReqBody.group = group;
        let data = com.im.common.packets.ChatReqBody.encode(chatReqBody).finish();
        this.sendBytesData(data);
    }

    private sendBytesData(data:Uint8Array){
        this.socket.writeBytes(new egret.ByteArray(data));
    }
复制代码

处理接收消息

private onReceiveMessage(e:egret.Event):void {

        //创建 ByteArray 对象
        var byte:egret.ByteArray = new egret.ByteArray();
        //读取数据
        this.socket.readBytes(byte);
        let buffer = new Uint8Array(byte.buffer);
        let chatRespBody =  com.im.common.packets.ChatRespBody.decode(buffer);
        
        // this.trace("收到数据:"+JSON.stringify(chatRespBody));
        this.trace(chatRespBody.fromNick+" 说: "+chatRespBody.text);
    }
复制代码

6.5 Cocos Creator中使用protobuf

Cocos Creator中使用protobuf与前端中使用protobuf操作步骤基本一样，只是在 Cocos Creator中需要将JS导入为插件

将 5.2 中编译生成的JS导入到工程的脚本文件夹中，打开Cocos Creator就会提示您是否要将脚本设置为插件。

项目中能使用

与6.1前端中使用方式一样。

start: function () {
        cc.log("start");
        let chatReqBody = new proto.com.im.common.packets.ChatReqBody();
        chatReqBody.setTime(new Date().getTime());
        chatReqBody.setText("测试");
        chatReqBody.setType(1);
        chatReqBody.setGroup("Javen");
        chatReqBody.setToid(666);
        chatReqBody.setTonick("Javen205");

        let bytes = chatReqBody.serializeBinary();
        cc.log("序列化为字节:" + bytes);
        let data = proto.com.im.common.packets.ChatReqBody.deserializeBinary(bytes);
        cc.log("反序列化为对象:" + data);
        cc.log("从对象中获取指定属性:" + data.getTonick());
        cc.log("对象转化为JSON:" + JSON.stringify(data));
    },
复制代码

到这里如何使用protobuf就介绍完了，个人能力有限如有错误欢迎指正。你有更好的解决方案或者建议欢迎一起交流讨论，如有疑问欢迎留言。