环境：
- CentOS 6.8
- proto 3.8
- PHP 7.1.12
- PHP protobuf扩展 3.8.0
- go1.12.5 linux/amd64
本文示例仓库地址：
是什么
Protobuf是一种平台无关、语言无关、可扩展且轻便高效的序列化数据结构的协议，可以用于网络通信和数据存储。
官方文档：
作为数据交换协议，常见的还有JSON、XML。相比JSON，Protobuf有更高的转化效率。一般JSON用于HTTP接口，Protobuf用于RPC比较多。以gRPC为例，默认就是使用Protobuf。
我们可以使用Protobuf：
- 作为RPC的序列化数据结构的协议。类似于JSON
- 定义proto文件，一键生成多语言代码。
安装
安装清单一览：
- protoc
- 各编程语言对应的protobuf库
安装protoc
为了将proto文件转成编程语言代码，需要安装编译工具。
地址：
Copy wget unzip protoc-3.8.0-linux-x86_64.zip cp bin/protoc /usr/bin/ cp -r include/google /usr/include/
注：最后一行是为了将proto的一些库复制到系统，例如google/protobuf/any.proto，如果不复制，编译如果用了里面的库例如Any，会提示：protobuf google.protobuf.Any not found 。
然后命令行输入 protoc可以查看帮助。
假设有一个 .proto格式的文件，需要编译成其它语言代码，以PHP为例则是：
Copy mkdir php protoc --php_out=php *.proto
其中–php_out=php表示编译成PHP代码，放在php目录。protof还支持：
Copy $ protoc | grep "=OUT_DIR" --cpp_out=OUT_DIR Generate C++ header and source. --csharp_out=OUT_DIR Generate C# source file. --java_out=OUT_DIR Generate Java source file. --js_out=OUT_DIR Generate JavaScript source. --objc_out=OUT_DIR Generate Objective C header and source. --php_out=OUT_DIR Generate PHP source file. --python_out=OUT_DIR Generate Python source file. --ruby_out=OUT_DIR Generate Ruby source file.
后面有示例说明。
golang 代码编译支持
protoc –help 并没有–go_out参数说明， 如需编译golang目标代码，请执行以下步骤:
1、安装golang环境：yum install golang，其它系统查看 (已安装请跳过)
2、go get github.com/golang/protobuf/protoc-gen-go；
3、复制扩展工具到/usr/bin:
Copy cp `go env|grep 'GOPATH'|sed -e 's/GOPATH="//' -e 's/"//'`/bin/protoc-gen-go /usr/bin/
4、编译go目标代码: protoc –go_out=./go *.proto。
PHP扩展安装
php可以安装c扩展版本或者纯php代码版本。
C扩展版本
1、下载扩展源码：
Copy wget tar zxf protobuf-3.8.0.tgz cd protobuf-3.8.0 phpize ./configure make sudo make install
或者直接使用 pecl 安装：
Copy pecl install protobuf-3.8.0
2、 输入 php -i|grep php.ini 查看php.ini的路，修改php.ini, 增加:
Copy extension=protobuf.so
3、检查是否安装成功：php –ri protobuf，安装成功会显示版本号。
纯PHP版本
使用 composer 安装即可：
Copy composer require google/protobuf
下面说一下区别和注意事项：
1、截止到3.8.0版本，如果安装的是纯PHP版本，protobuf 里提供的序列化方法serializeToJsonString()不支持参数，c扩展版本支持，表示保留proto里定义的属性，不进行转大写；
2、c扩展版本无法使用var_dump等函数打印出protobuf对象里的对象的结构和内容，但是如果protobuf对象里的标量类型是可以打印出来的。
Go扩展库安装
golang如果使用protobuf，需要引入google.golang.org/grpc库。使用 go mod管理，可以编写规则做个映射：
Copy replace google.golang.org/grpc => github.com/grpc/grpc-go v1.21.1
应用：protobuf创建Model
有时候我们需要根据数据库表结构生成一个Model，常规办法是手写，比较麻烦。有了protobuf，我们可以先编写一个proto 文件，然后编译成目标语言的代码。
定义proto
我们先定义一个 proto 文件：
Copy
// proto/User.proto
syntax = "proto3";
package Sample.Model; //namesapce
message User {
int64 id = 1; //主键id
string name = 2; //用户名
string avatar = 3; //头像
string address = 4; //地址
string mobile = 5; //手机号
map<string, string> ext = 6; //扩展信息
}
message UserList {
repeated User list = 1; //用户列表
int32 page = 2; //分页
int32 limit = 3; //分页条数
}
以上分别创建了user和UserList两个Model。
编译proto
现在使用proto工具编译出来：
Copy mkdir php protoc --php_out=php proto/User.proto
会生成：
Copy ├── php │ ├── GPBMetadata │ │ └── User.php │ └── Sample │ └── Model │ ├── UserList.php │ └── User.php ├── proto │ └── User.proto
UserList.php 代码部分示例：
测试编译生成的代码
接下来，我们写个例子看看如何使用生成的Model。在使用之前需要处理下GPBMetadata相关的命名空间问题，这里我们定义的命名空间是Sample\Model，但是 GPBMetadata/User.php以及Sample/Model/User.php的命名空间我们希望调整下，都以Sample\Model开头，而不是GPBMetadata。下面我们使用命令行处理：
Copy
cd protobuf-sample
#修改GPBMetadata命名空间
cd php
mv -f GPBMetadata Sample/Model/
find . -name '*.php' ! -name example.php -exec sed -i -e 's#GPBMetadata#Sample\\Model\\GPBMetadata#g' -e 's#\\Sample\\Model\\GPBMetadata\\Google#\\GPBMetadata\\Google#g' {} \;
cd -
接下来我们写个测试文件：
user.php
Copy
<?php
use Sample\Model\User;
use Sample\Model\UserList;
ini_set("display_errors", true);
error_reporting(E_ALL);
require_once "autoload.php";
$user = new User();
$user->setId(1)->setName("test");
$userList = new UserList();
$userList->setPage(1)->setLimit(5)->setList([$user]);
print_r($userList);
var_dump($userList->getPage());
print_r($userList->getList());
foreach ($userList->getList() as $key => $obj) {
print_r($obj);
echo $obj->getId() .PHP_EOL;
}
autoload.php是实现自动加载的。
我们运行：
Copy
$ php tests/user.php
Sample\Model\UserList Object
/work/git/protobuf-sample/tests/user.php:15:
int(1)
Google\Protobuf\Internal\RepeatedField Object
(
)
Sample\Model\User Object
1
{"list":[{"id":1,"name":"test"}],"page":1,"limit":5}
可以看到使用var_dump、print_r等函数是打印不出来 protobuf生成的对象的，但是里面确实是有内容的，只有标量能打印出来，或者序列化为字符串。
我们也可以将一个字符串反序列化为protobuf对象：
user_merge.php
Copy
<?php
use Sample\Model\UserList;
$json = '{"list":[{"id":1,"name":"test"}],"page":1,"limit":5}';
require_once "autoload.php";
$userList = new UserList();
$userList->mergeFromJsonString($json);
print_r($userList);
echo $userList->serializeToJsonString();
运行示例：
Copy
$ php tests/user_merge.php
Sample\Model\UserList Object
{"list":[{"id":1,"name":"test"}],"page":1,"limit":5}
proto语法
这里只将介绍简单的，如果需要细研究，请查看官方文档。
官方文档：
1、proto3
proto 有proto3 和 proto2。proto3 比 proto2 支持更多语言但 更简洁。去掉了一些复杂的语法和特性，更强调约定而弱化语法。如果是首次使用 Protobuf ，建议使用 proto3 。详见参考文献说明。
需要在proto头部申明：
Copy syntax = "proto3";
如果你没有指定这个，编译器会使用proto2。
2、注释
使用 //，示例：
Copy
message UserList {
repeated User list = 1; //用户列表
int32 page = 2; //分页
int32 limit = 3; //分页条数
}
其中写在每个属性后面的注释在生产的代码里面有保留。
3、message
message类似于结构体的概念，最终编译为代码在PHP、JAVA里就是一个类，在golang里是结构体。每一个属性都会生成对应的getXXX、setXXX方法。
4、字段规则
repeated表示这个属性重复N次，在相对应的编程语言中通常是一个空的list。PHP里对应数组。
reserved表示标识号保留暂时不用。
Copy
message Foo {
reserved 2, 15, 9 to 11;
reserved "foo", "bar";
}
在消息定义中，每个字段都有唯一的一个数字标识符。这些标识符是用来在消息的二进制格式中识别各个字段的，一旦开始使用就不能够再改变。注：[1,15]之内的标识号在编码的时候会占用一个字节。[16,2047]之内的标识号则占用2个字节。所以应该为那些频繁出现的消息元素保留 [1,15]之内的标识号。 切记：要为将来有可能添加的、频繁出现的标识号预留一些标识号 。最小的标识号可以从1开始，最大到2^29 – 1, or 536,870,911。
5、支持的数据类型
详情参看官方文档：#scalar
6、默认值说明
- string类型，默认值是空字符串
- bytes类型，默认值是空bytes
- bool类型，默认值是false
- 数字类型，默认值是0
- 枚举类型，默认值是第一个枚举值，即0
- repeated修饰的属性，默认值是空.
7、枚举
使用enum关键字定义枚举，值必须从0开始：
Copy
enum Corpus {
UNIVERSAL = 0;
WEB = 1;
IMAGES = 2;
LOCAL = 3;
NEWS = 4;
PRODUCTS = 5;
VIDEO = 6;
}
8、引用类型
上面的UserList就引用了User类型。大家可以看一下。
9、import
如果一个proto文件引用了另外一个proto文件，那么可以使用import关键字在头部申明：
Copy import "User.proto";
10、Map类型
proto支持map属性类型的定义，语法如下：
Copy map<key_type,value_type> map_field = N;
示例：
Copy map<string, string> ext = 6; //扩展信息
这个map对于PHP来说就是关联数组，对于golang来说就是Map。
10、Any
Any类型允许包装任意的message类型，可以通过pack()和unpack()（方法名在不同的语言中可能不同）方法打包/解包：
Copy
import "google/protobuf/any.proto";
message Response {
google.protobuf.Any data = 1;
}
PHP开发的同学可能觉得Any没必要，因为数组里任何类型都可以放，但是对于强类型语言，数组里的值类型必须是一致的，使用Any类型可以解决这个问题。Any相当于把值包装了一层，这样都是Any类型。
11、服务定义
Copy
service UserService {
// 方法名 方法参数 返回值
rpc GetUser(Request) returns (Response);
}
这相当于定义了一个类，里面有一个对外的GetUser()方法。这个通常用于定义RPC服务，与gRPC结合使用。
12、从.proto文件生成了什么？
当用protocol buffer编译器来运行.proto文件时，编译器将生成所选择语言的代码，这些代码可以操作在.proto文件中定义的消息类型，包括获取、设置字段值，将消息序列化到一个输出流中，以及从一个输入流中解析消息。
- PHP：每一个Message或者Enum生成一个类，另外还会生成GPBMetadata。
- C++：编译器会为每个.proto文件生成一个.h文件和一个.cc文件，.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
- Java：编译器为每一个消息类型生成了一个.java文件，以及一个特殊的Builder类（该类是用来创建消息类接口的）。
- Python：Python编译器为.proto文件中的每个消息类型生成一个含有静态描述符的模块，该模块与一个元类（metaclass）在运行时（runtime）被用来创建所需的Python数据访问类。
- go：编译器会位每个消息类型生成了一个.pd.go文件。
- Ruby：编译器会为每个消息类型生成了一个.rb文件。
- Objective-C：编译器会为每个消息类型生成了一个pbobjc.h文件和pbobjcm文件，.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
- C#：编译器会为每个消息类型生成了一个.cs文件，.proto文件中的每一个消息有一个对应的类。
其它
IDE插件
1、JetBrains PhpStorm 可以在插件里找到Protobuf安装，重启IDE后就支持proto格式语法了。
2、VScode 在扩展里搜索 Protobuf，安装即可。
3、protobuf的 php 扩展类在ide中没有提示，可将 目录下载到本地，将此目录加到ide的include_path中即可。
常见问题
1、 protoc 编译输出php文件时遇到一个错误：protobuf google.protobuf.Any not found。
原因 ：安装proto的时候没有把include/google复制到/usr/include/。
解决 ：重新下载protoc-3.8.0-linux-x86_64.zip并将解压后的include/google复制到/usr/include/。
2、Mac下执行phpize报如下错误：
Copy grep: /usr/include/php/main/php.h: No such file or directory grep: /usr/include/php/Zend/zend_modules.h: No such file or directory grep: /usr/include/php/Zend/zend_extensions.h: No such file or directory
解决方法：
Copy xcode-select --instal
参考
1、protoc2 与 protoc3 区别 – 简书
2、gRPC之proto语法 – 简书
3、Protobuf3语法详解 – 望星辰大海 – 博客园
本文首发于公众号”飞鸿影的博客(fhyblog)”，欢迎关注。博客地址：
(本文完)
