Protobuf vs JSON

Protobuf（Protocol Buffers）和 JSON 都是数据序列化格式，但它们在许多方面有着显著的不同。以下是对两者的一些主要比较：

1. 数据大小和速度：
   • Protobuf：由于 Protobuf 是二进制格式，因此它生成的数据通常比 JSON 小很多，这使得 Protobuf 在网络传输中更加高效。同时，Protobuf 的解析和序列化速度也比 JSON 快。
   • JSON：JSON 是文本格式，它生成的数据通常比 Protobuf 大，且解析和序列化速度较慢。
2. 可读性和易用性：
   • Protobuf：Protobuf 是二进制格式，人类无法直接阅读。此外，使用 Protobuf 需要预先定义数据结构（.proto 文件），这增加了使用的复杂性。
   • JSON：JSON 是文本格式，人类可以直接阅读和编辑。此外，JSON 的数据结构可以在运行时动态定义，这使得 JSON 更易于使用。
3. 类型安全和版本兼容性：
   • Protobuf：Protobuf 支持静态类型检查，这可以在编译时捕获类型错误。此外，Protobuf 设计了一套版本兼容性机制，可以在不破坏旧版本的情况下添加新的字段。
   • JSON：JSON 是动态类型的，无法在编译时捕获类型错误。此外，JSON 没有内置的版本兼容性机制，如果数据结构发生变化，可能需要修改代码以适应新的结构。
4. 支持的语言：
   • Protobuf：Google 提供了多种语言的 Protobuf 库，包括 C++、Java、Python、Golang 等。
   • JSON：几乎所有的编程语言都支持 JSON。
5. 学习成本：
   • Protobuf：Protobuf 的学习曲线相对较陡。你需要理解 Protobuf 的语法，学习如何编写 .proto 文件，并且需要了解如何使用 Protobuf 编译器生成代码。此外，你还需要理解 Protobuf 的版本兼容性规则。
   • JSON：JSON 的学习曲线相对较平。JSON 的语法非常简单，大多数人可以在很短的时间内掌握。此外，几乎所有的编程语言都内置了 JSON 的支持，你不需要安装任何额外的库就可以开始使用 JSON。
6. 使用成本：
   • Protobuf：Protobuf 的使用成本相对较高。首先，你需要为每个数据结构编写一个 .proto 文件，然后使用 Protobuf 编译器生成代码。此外，如果你的数据结构发生了变化，你需要更新 .proto 文件并重新生成代码。这些步骤都需要额外的时间和工作。
   • JSON：JSON 的使用成本相对较低。你可以直接在代码中定义数据结构，无需任何额外的步骤。此外，如果你的数据结构发生了变化，你只需要更新你的代码，无需任何其他操作。

总的来说，Protobuf 和 JSON 各有优劣，适用于不同的场景。如果你需要高效的数据传输和严格的类型检查，那么 Protobuf 可能是一个好选择。如果你需要易于使用和人类可读的数据格式，那么 JSON 可能更适合你。

下面以一个简单的例子来对Protobuf和JSON运行效率进行简单对比。

定义proto文件

首先通过.proto来定义所需的结构：

syntax = "proto3";

package pvsj.proto;

option go_package = "./;proto";

import "google/protobuf/struct.proto";

message Base {
  string tx_hash = 1;
  int64 timestamp = 2;
  google.protobuf.Struct extra = 3;
  uint64 block_number = 4;
  int32 category = 5;
}

message CertGen {
  string id = 1;
  string issuer = 2;
  string name = 3;
  string number = 4;
  string seal_name = 5;
  string seal_number = 6;
  string sign_hash = 7;
  string date = 8;
  Base base = 9;
}

然后通过protoc生成响应的go代码。

Benchmark

main.go内容如下：

package main

import (
	"encoding/json"
	"math/rand"
	"time"

	"github.com/bytedance/sonic"
	"github.com/google/uuid"
	pb "github.com/mengbin92/pvsj/proto"
	"google.golang.org/protobuf/proto"
	"google.golang.org/protobuf/types/known/structpb"
)

func init() {
	rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano()))
	uuid.SetRand(rand.New(rand.NewSource(time.Now().UnixNano())))
}

func main() {
}

// 使用protobuf进行序列化和反序列化
func genProto(num int) {
	for i := 0; i < num; i++ {
		data := map[string]interface{}{
			"name":  uuid.NewString(),
			"age":   rand.Int(),
			"score": rand.Float64(),
		}
		extra, _ := structpb.NewStruct(data)

		base := &pb.Base{
			TxHash:      uuid.NewString(),
			Timestamp:   time.Now().Unix(),
			Extra:       extra,
			BlockNumber: rand.Uint64(),
			Category:    rand.Int31(),
		}

		gen := &pb.CertGen{
			Id:         uuid.NewString(),
			Issuer:     uuid.NewString(),
			Name:       uuid.NewString(),
			Number:     uuid.NewString(),
			SealName:   uuid.NewString(),
			SealNumber: uuid.NewString(),
			SignHash:   uuid.NewString(),
			Date:       time.Now().Format(time.DateTime),
			Base:       base,
		}

		genBytes, _ := proto.Marshal(gen)
		proto.Unmarshal(genBytes, gen)
	}
}

// 使用sonic对json进行序列化和反序列化
func genJsonSonic(num int) {
	for i := 0; i < num; i++ {
		data := map[string]interface{}{
			"name":  uuid.NewString(),
			"age":   rand.Int(),
			"score": rand.Float64(),
		}
		extra, _ := structpb.NewStruct(data)

		base := &pb.Base{
			TxHash:      uuid.NewString(),
			Timestamp:   time.Now().Unix(),
			Extra:       extra,
			BlockNumber: rand.Uint64(),
			Category:    rand.Int31(),
		}

		gen := &pb.CertGen{
			Id:         uuid.NewString(),
			Issuer:     uuid.NewString(),
			Name:       uuid.NewString(),
			Number:     uuid.NewString(),
			SealName:   uuid.NewString(),
			SealNumber: uuid.NewString(),
			SignHash:   uuid.NewString(),
			Date:       time.Now().Format(time.DateTime),
			Base:       base,
		}

		genBytes, _ := sonic.Marshal(gen)
		sonic.Unmarshal(genBytes, gen)
	}
}

// 使用标准库对json进行序列化和反序列化
func genJsonStd(num int) {
	for i := 0; i < num; i++ {
		data := map[string]interface{}{
			"name":  uuid.NewString(),
			"age":   rand.Int(),
			"score": rand.Float64(),
		}
		extra, _ := structpb.NewStruct(data)

		base := &pb.Base{
			TxHash:      uuid.NewString(),
			Timestamp:   time.Now().Unix(),
			Extra:       extra,
			BlockNumber: rand.Uint64(),
			Category:    rand.Int31(),
		}

		gen := &pb.CertGen{
			Id:         uuid.NewString(),
			Issuer:     uuid.NewString(),
			Name:       uuid.NewString(),
			Number:     uuid.NewString(),
			SealName:   uuid.NewString(),
			SealNumber: uuid.NewString(),
			SignHash:   uuid.NewString(),
			Date:       time.Now().Format(time.DateTime),
			Base:       base,
		}

		genBytes, _ := json.Marshal(gen)
		json.Unmarshal(genBytes, gen)
	}
}

bench_test.go内容如下：

package main

import (
	"testing"
)

func BenchmarkGenProto(b *testing.B) {
	genProto(b.N)
}

func BenchmarkGenJsonSonic(b *testing.B) {
	genJsonSonic(b.N)
}

func BenchmarkGenJsonStd(b *testing.B) {
	genJsonStd(b.N)
}

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