三大通信协议详解教程

以下是关于JSON、XML和Protocol Buffers（protobuf）三种通信协议的详细教程，涵盖基本概念、语法、使用场景及代码示例。

1. JSON (JavaScript Object Notation)

1.1 基本概念

• 轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，易于机器解析和生成。
• 基于键值对，支持嵌套结构。
• 数据类型：字符串、数字、布尔值、数组、对象、null。

1.2 语法示例

{
  "name": "Alice",
  "age": 30,
  "isStudent": false,
  "courses": ["Math", "CS"],
  "address": {
    "city": "Beijing",
    "zip": "100000"
  }
}

1.3 使用场景

• Web API（如RESTful接口）。
• 配置文件（如package.json）。
• NoSQL数据库（如MongoDB）。

1.4 代码示例（Python）

import json
# 序列化（Python对象 → JSON字符串）
data = {"name": "Alice", "age": 30}
json_str = json.dumps(data)
print(json_str)  # {"name": "Alice", "age": 30}
# 反序列化（JSON字符串 → Python对象）
parsed_data = json.loads(json_str)
print(parsed_data["name"])  # Alice

2. XML (eXtensible Markup Language)

2.1 基本概念

• 可扩展标记语言，标签自定义，适合复杂数据结构。
• 严格语法：需闭合标签、区分大小写。
• 支持属性和文本内容。

2.2 语法示例

运行

<person>
  <name>Alice</name>
  <age>30</age>
  <isStudent>false</isStudent>
  <courses>
    <course>Math</course>
    <course>CS</course>
  </courses>
  <address city="Beijing" zip="100000"/>
</person>

2.3 使用场景

• 企业级应用（如SOAP协议）。
• 文档存储（如Office Open XML）。
• 配置文件（如Android的AndroidManifest.xml）。

2.4 代码示例（Python）

import xml.etree.ElementTree as ET
# 解析XML
xml_str = '''
<person>
  <name>Alice</name>
  <age>30</age>
</person>
'''
root = ET.fromstring(xml_str)
print(root.find("name").text)  # Alice
# 生成XML
person = ET.Element("person")
name = ET.SubElement(person, "name")
name.text = "Alice"
ET.dump(person)  # <person><name>Alice</name></person>

3. Protocol Buffers (protobuf)

3.1 基本概念

• 二进制协议，由Google开发，高性能、高压缩比。
• 需预定义Schema（.proto文件）。
• 支持跨语言（C++, Java, Python等）。

3.2 语法示例

定义Schema（person.proto）

protobuf

syntax = "proto3";
message Person {
  string name = 1;
  int32 age = 2;
  repeated string courses = 3; // 重复字段（数组）
  message Address {
    string city = 1;
    string zip = 2;
  }
  Address address = 4;
}

3.3 使用场景

• 微服务通信（如gRPC）。
• 高性能场景（如游戏、物联网）。
• 存储密集型数据（如日志、时序数据）。

3.4 代码示例（Python）

步骤1：安装protobuf编译器

pip install protobuf
protoc --python_out=. person.proto  # 生成person_pb2.py

步骤2：序列化/反序列化

import person_pb2
# 序列化
person = person_pb2.Person()
person.name = "Alice"
person.age = 30
person.courses.extend(["Math", "CS"])
binary_data = person.SerializeToString()
# 反序列化
parsed_person = person_pb2.Person()
parsed_person.ParseFromString(binary_data)
print(parsed_person.name)  # Alice

4. 对比总结

5. 进阶学习资源

• JSON: MDN JSON文档
• XML: W3Schools XML教程
• Protocol Buffers: 官方文档 根据需求选择合适的协议：
• 需要可读性和通用性 → JSON
• 需要复杂结构验证 → XML
• 追求性能和效率 → Protocol Buffers