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通过Java来测试JSON和Protocol Buffer的传输文件大小

作者:cxshun

这篇文章主要介绍了通过Java来测试JSON和Protocol Buffer的传输文件大小,Protocol Buffer(文中简称Protobuffer)是谷歌开发的新的文件传输格式,需要的朋友可以参考下

JSON相信大家都知道是什么东西,如果不知道,那可就真的OUT了,GOOGLE一下去。这里就不介绍啥的了。
Protobuffer大家估计就很少听说了,但如果说到是GOOGLE搞的,相信大家都会有兴趣去试一下,毕竟GOOGLE出口,多属精品。
Protobuffer是一个类似JSON的一个传输协议,其实也不能说是协议,只是一个数据传输的东西罢了。
那它跟JSON有什么区别呢?
跨语言,这是它的一个优点。它自带了一个编译器,protoc,只需要用它进行编译,可以编译成JAVA、python、C++代码,暂时只有这三个,其他就暂时不要想了,然后就可以直接使用,不需要再写任何其他代码。连解析的那些都已经自带有的。JSON当然也是跨语言的,但这个跨语言是建立在编写代码的基础上。
如果想再深入了解的,可以去看看:
https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview
好了,废话不多说,我们直接来看看,为什么我们需要对比protobuffer(下面简称GPB)和JSON。
1、JSON因为有一定的格式,并且是以字符存在的,在数据量上还有可以压缩的空间。而GPB上大数据量时,空间比JSON小很多,等一下的例子我们可以看到。
2、JSON各个库之间的效率相差比较大,jackson库和GSON就大概有5-10的差距(这个只做过一次测试,如有误,请大家轻拍)。而GPB只需要一个,没有所谓的多个库的区别。当然这个点只是弄出来凑数的,可以忽略不计哈。
 
Talk is cheap,Just show me the code。
在程序界,代码永远是王道,下面就直接来代码吧。
上代码前,大家要先下载protobuffer,在这里:
https://github.com/google/protobuf

1、首先,GPB是需要有一个类似类定义的文件,叫proto文件 。
我们以学生和老师的例子来进行一个例子:
我们有以下两个文件:student.proto

option java_package = "com.shun"; 
option java_outer_classname = "StudentProto"; 
 
message Student { 
  required int32 id = 1; 
  optional string name = 2; 
  optional int32 age = 3; 
}</span> 

 teacher.proto

import "student.proto"; 
option java_package = "com.shun"; 
option java_outer_classname = "TeacherProto"; 
 
message Teacher { 
  required int32 id = 1; 
  optional string name = 2; 
 
  repeated Student student_list = 3; 
}</span> 

这里我们遇到了一些比较奇怪的东西:
import,int32,repated,required,optional,option等
一个个来吧:
1)import表示引入其他的proto文件
2)required,optional表示字段是否可选,这个决定了该字段有无值的情况下protobuffer会进行什么处理。如果标志了required,但当处理时,该字段没有进行传值,则会报错;如果标志了optional,不传值则不会有什么问题。
3)repeated相信应该都看得懂了,就是是否重复,跟JAVA里面的list类似
4)message就是相当于class了
5)option表示选项,其中的java_package表示包名,即生成JAVA代码时使用的包名,java_outer_classname即为类名,注意这个类名不能跟下面的message中的类名相同。
至于还有其他的选项和相关类型的,请参观官方文档。
 
2、有了这几个文件,我们能怎么样呢?
记得上面下载的编译器了吧,解压出来,我们得到一个protoc.exe,这当然是windows下的,我没弄其他系统的,有兴趣的同学去折腾下罗。
加到path(加不加可以随便,只是方不方便而已),然后就可以通过上面的文件生成我们需要的类文件了。
protoc --java_out=存放源代码的路径 --proto_path=proto文件的路径 proto具体文件
--proto_path指定的是proto文件的文件夹路径,并不是单个文件,主要是为了import文件查找使用的,可以省略
 
如我需要把源代码放在D:\protobufferVsJson\src,而我的proto文件存放在D:\protoFiles
那么我的编译命令就是:

protoc --java_out=D:\protobufferVsJson\src 
D:\protoFiles\teacher.proto D:\protoFiles\student.proto

注意,这里最后的文件,我们需要指定需要编译的所有文件
 
编译后可以看到生成的文件。
代码就不贴出来了,太多了。大家可以私下看看,代码里面有一大堆Builder,相信一看就知道是建造者模式了。
这时可以把代码贴到你的项目中了,当然,错误一堆了。
 
记得我们前面下载的源代码吗?解压它吧,不要手软。然后找到src/main/java/复制其中的一堆到你的项目,当然,你也可以ant或者maven编译,但这两个东西我都不熟,就不献丑了,我还是习惯直接复制到项目中。

20151228162533093.png (320×563)

代码出错,哈哈,正常。不知道为何,GOOGLE非要留下这么个坑给我们。
翻回到protobuffer目录下的\java看到有个readme.txt了吧,找到一句:

20151228162732103.png (493×52)

看来看去,感觉这个代码会有点奇怪的,好像错错的感觉,反正我是没按那个执行,我的命令是:

<span style="font-size: 16px;">protoc --java_out=还是上面的放代码的地方 proto文件的路径(这里是descriptor.proto文件的路径)</span> 

执行后,我们可以看到代码中的错误木有了。
 
3、接下来当然就是测试了。
我们先进行GPB写入测试:

package com.shun.test; 
 
import java.io.FileOutputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
 
import com.shun.StudentProto.Student; 
import com.shun.TeacherProto.Teacher; 
 
public class ProtoWriteTest { 
 
  public static void main(String[] args) throws IOException { 
     
    Student.Builder stuBuilder = Student.newBuilder(); 
    stuBuilder.setAge(25); 
    stuBuilder.setId(11); 
    stuBuilder.setName("shun"); 
     
    //构造List 
    List<Student> stuBuilderList = new ArrayList<Student>(); 
    stuBuilderList.add(stuBuilder.build()); 
     
    Teacher.Builder teaBuilder = Teacher.newBuilder(); 
    teaBuilder.setId(1); 
    teaBuilder.setName("testTea"); 
    teaBuilder.addAllStudentList(stuBuilderList); 
     
    //把gpb写入到文件 
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("C:\\Users\\shun\\Desktop\\test\\test.protoout"); 
    teaBuilder.build().writeTo(fos); 
    fos.close(); 
  } 
 
}</span> 

我们去看看文件,如无意外,应该是生成了的。
生成了之后,我们肯定要读回它的。

package com.shun.test; 
 
import java.io.FileInputStream; 
import java.io.FileNotFoundException; 
import java.io.IOException; 
 
import com.shun.StudentProto.Student; 
import com.shun.TeacherProto.Teacher; 
 
public class ProtoReadTest { 
 
  public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException { 
     
    Teacher teacher = Teacher.parseFrom(new FileInputStream("C:\\Users\\shun\\Desktop\\test\\test.protoout")); 
    System.out.println("Teacher ID:" + teacher.getId() + ",Name:" + teacher.getName()); 
    for (Student stu:teacher.getStudentListList()) { 
      System.out.println("Student ID:" + stu.getId() + ",Name:" + stu.getName() + ",Age:" + stu.getAge()); 
    } 
  } 
 
}</span> 

代码很简单,因为GPB生成的代码都帮我们完成了。
上面知道基本的用法了,我们重点来关注GPB跟JSON生成文件大小的区别,JSON的详细代码我这里就不贴了,之后会贴出示例,大家有兴趣可以下载。
这里我们用Gson来解析JSON,下面只给出对象转换成JSON后写出文件的代码:
两个类Student和Teacher的基本定义就不弄了,大家随意就行,代码如下:

package com.shun.test; 
 
import java.io.FileWriter; 
import java.io.IOException; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
 
import com.google.gson.Gson; 
import com.shun.Student; 
import com.shun.Teacher; 
 
public class GsonWriteTest { 
 
  public static void main(String[] args) throws IOException { 
    Student stu = new Student(); 
    stu.setAge(25); 
    stu.setId(22); 
    stu.setName("shun"); 
     
    List<Student> stuList = new ArrayList<Student>(); 
    stuList.add(stu); 
     
    Teacher teacher = new Teacher(); 
    teacher.setId(22); 
    teacher.setName("shun"); 
    teacher.setStuList(stuList); 
     
    String result = new Gson().toJson(teacher); 
    FileWriter fw = new FileWriter("C:\\Users\\shun\\Desktop\\test\\json"); 
    fw.write(result); 
    fw.close(); 
  } 
 
}</span> 

接下来正式进入我们的真正测试代码了,前面我们只是在列表中放入一个对象,接下来,我们依次测试100,1000,10000,100000,1000000,5000000这几个数量的GPB和JSON生成的文件大小。
改进一下之前的GPB代码,让它生成不同数量的列表,再生成文件:

package com.shun.test; 
 
import java.io.FileOutputStream; 
import java.io.IOException; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
 
import com.shun.StudentProto.Student; 
import com.shun.TeacherProto.Teacher; 
 
public class ProtoWriteTest { 
 
  public static final int SIZE = 100; 
   
  public static void main(String[] args) throws IOException { 
     
    //构造List 
    List<Student> stuBuilderList = new ArrayList<Student>(); 
    for (int i = 0; i < SIZE; i ++) { 
      Student.Builder stuBuilder = Student.newBuilder(); 
      stuBuilder.setAge(25); 
      stuBuilder.setId(11); 
      stuBuilder.setName("shun"); 
       
      stuBuilderList.add(stuBuilder.build()); 
    } 
     
    Teacher.Builder teaBuilder = Teacher.newBuilder(); 
    teaBuilder.setId(1); 
    teaBuilder.setName("testTea"); 
    teaBuilder.addAllStudentList(stuBuilderList); 
     
    //把gpb写入到文件 
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream("C:\\Users\\shun\\Desktop\\test\\proto-" + SIZE); 
    teaBuilder.build().writeTo(fos); 
    fos.close(); 
  } 
 
}</span> 

 这里的SIZE依次改成我们上面据说的测试数,可以得到如下:

20151228162851556.png (603×133)

然后我们再看看JSON的测试代码:
 

package com.shun.test; 
 
import java.io.FileWriter; 
import java.io.IOException; 
import java.util.ArrayList; 
import java.util.List; 
 
import com.google.gson.Gson; 
import com.shun.Student; 
import com.shun.Teacher; 
 
public class GsonWriteTest { 
 
  public static final int SIZE = 100; 
   
  public static void main(String[] args) throws IOException { 
     
    List<Student> stuList = new ArrayList<Student>(); 
    for (int i = 0; i < SIZE; i ++) { 
      Student stu = new Student(); 
      stu.setAge(25); 
      stu.setId(22); 
      stu.setName("shun"); 
       
      stuList.add(stu); 
    } 
     
     
    Teacher teacher = new Teacher(); 
    teacher.setId(22); 
    teacher.setName("shun"); 
    teacher.setStuList(stuList); 
     
    String result = new Gson().toJson(teacher); 
    FileWriter fw = new FileWriter("C:\\Users\\shun\\Desktop\\test\\json" + SIZE); 
    fw.write(result); 
    fw.close(); 
  } 
 
}</span> 

 同样的方法修改SIZE,并作相应的测试。

可以明显得看到json的文件大小跟GPB的文件大小在数据量慢慢大上去的时候就会有比较大的差别了,JSON明显要大上许多。

20151228162913245.png (580×127)

上面的表应该可以看得比较清楚了,在大数据的GPB是非常占优势的,但一般情况下客户端和服务端并不会直接进行这么大数据的交互,大数据主要发生在服务器端的传输上,如果你面对需求是每天需要把几百M的日志文件传到另外一台服务器,那么这里GPB可能就能帮你的大忙了。
 20151228162928448.png (1012×309)
 
说是深度对比,其实主要对比的是大小方面,时间方面可比性不会太大,也没相差太大。
文章中选择的Gson解析器,有兴趣的朋友可以选择Jackson或者fastjson,又或者其他的,但生成的文件大小是一样的,只是解析时间有区别。

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