Protocol Buffers فرمتی جدید برای تبادل دیتا بین سرور و کلاینت میباشد که توسط گوگل طراحی و ساخته شده است و همچنین اکثر زیرساخت‌های گوگل از این فرمت برای تبادل اطلاعات بین سرویس‌ها استفاده میکنند. Protocol Buffer را میتوان به عنوان جایگزینی برای JSON/XML بکار برد و به دلایل زیادی که در ادامه درباره‌ی آن صحبت میکنیم میتواند گزینه‌ی مناسبی برای Microservicesها باشد و همچنین سرعت بالا، سادگی در استفاده، پشتیبانی از زبان‌های برنامه نویسی متعدد از ویژگی‌های منحصر به فرد این زبان برای تبادل اطلاعات است.
در ابتدا میخواهم کمی راجع به تبادل دیتا، از گذشته تا به حال صحبت کنم:
مدت‌ها است از csvها برای تبادل اطلاعات استفاده میشود؛ اما مزایا و معایب خاص خود را دارد، از جمله اینکه parse کردن راحتی دارد، راحتی در خواندن و غیره. معایبش هم این‌است که گارانتی برای نوع type ندارد و اینکه المان‌هایی که حاوی کاما هستند با مشکل رو به رو میشوند و غیره...
بعد از آن دیتابیس‌ها وارد کار شدند که همه‌ی ما کم و بیش با آنها آشنا هستیم؛ در آنها دیتا‌ها کاملا با type مشخصی هستند و اینکه در tableهای مجزا ذخیره میشوند. مشکلاتش هم این است که دیتا باید حتما flat باشد و اینکه بین دیتابیس‌های مختلف definitionهای مختلفی وجود دارد.
بعد از آن با JSON آشنایی داریم که مزایای زیادی دارد و مدت هاست که مورد استفاده قرار گرفته و شامل این‌است که دیتا در آن میتواند تو در تو ذخیره شود، آرایه داشته باشد، کاملا در دنیای وب مورد قبول واقع شده، به وسیله‌ی هر زبانی قابل خواندن‌است و اینکه خیلی راحت در شبکه قابل انتقال میباشد. معایبش هم این‌است که خیلی راحت میتواند خیلی بزرگ شود و اینکه قابلیت کامنت، متادیتا و داکیومنتیشن هم ندارد.
اما میرسیم به گزینه‌ی آخر که protocol buffers است و ابزاری هست که ممکن است خیلی‌ها با آن آشنا نباشند. قبل از بررسی دقیقش به مزایا و معایبش می‌پردازیم. مزایا آن این‌است که دیتا در آن کاملا typed میباشد. دیتای آن به صورت اتوماتیک compressed میشود. اسکیما در آن توسط زبان منحصر به فردش قابل تعریف است و توسط تقریبا همه‌ی زبان‌های برنامه نویسی مشهور قابل استفاده‌است. تغییرات اسکیما در آن کنترل شده‌است. 3 تا 10 بار کم حجم‌تر و 20 تا 100 بار سریعتر از xml است و اینکه از روی آن میتوان کد آماده برای استفاده تولید کرد که سرعت برنامه نویسی را خیلی بالا می‌برد. از مشکلاتش هم این است که ممکن است در یک سری از زبان‌های برنامه نویسی خاص قابل استفاده نباشد. البته بر روی C#, Nodejs, C, Go, Python ,... به خوبی کار میکند. مشکل دیگرش هم این‌است که نمی‌شود فایلش را با ادیتورها باز کرد و قابل خواندن نیست؛ چون serialized و compressed شده‌است.
طریقه‌ی استفاده از پروتکل بافر
در طی مختصری، نحوه‌ی کار کردن با این ابزار را مورد بررسی قرار می‌دهیم. طبق شکل زیر:
ابتدا از طریق فرمت protocol buffer، فایل‌های خود را که قرار است انتقال داده شوند، مینویسیم.
سپس بصورت خودکار برای زبان برنامه نویسی مطبوع خود آن را generate میکنیم.
کد‌های تولید شده بصورت خودکار و کاملا آماده هستند و ضمن اینکه encode/decode شدن بصورت خودکار توسط فریم ورک انجام شده و قابلیت تعامل بین زبان‌های مختلف برنامه نویسی یا سرویس‌های مختلف برقرار است.
نکته:
- بعضی از دیتابیس‌ها از فرمت protocol buffers پشتیبانی میکنند.
- اکثر فریم ورک‌های RPC شامل gRPC از پروتکل بافر برای تبادل دیتا استفاده میکنند.
- گوگل برای تمام سرویس‌های داخلی خود از آن استفاده میکند.
- بعضی از پروژه‌های خیلی بزرگ مثل etcd از پروتکل بافر برای تبادل دیتا استفاده میکنند.
- ما در این مقاله از ورژن 3 پروتکل بافر استفاده میکنیم.
نصب Code generator
برای اینکه بتوانیم از طریق فایل‌هایی که میسازیم کد‌های generate شده را تولید کنیم، احتیاج به کامپایلر مربوطه را داریم.
اگر از MacOSX استفاده میکنید، به راحتی با استفاده از دستور زیر میتوانید آن را نصب کنید:
اگر هم از ویندوز استفاده میکنید، از این طریق میتوانید نسخه‌ی مورد نظر را به راحتی دانلود و مورد استفاده قرار بدهید:
https://github.com/google/protobuf/releases
https://github.com/google/protobuf/releases/download/v3.5.1/protoc-3.5.1-win32.zip
حالا میخواهیم اولین فایل خود را با این فرمت بسازیم.
اول از همه با هم نگاهی به ساختار فایل مربوطه میاندازیم:
همانطور که در تصویر فوق می‌بینید، همه چیز به سادگی مشخص است؛ ورژن 3 که آخرین ورژن پروتکل بافر میباشد، آیتمی به نام MyMessage با پراپرتی‌هایی مشخص شده از Type بخصوص، تعریف شده‌اند، تگ‌ها هم باید به ترتیب وارد شده باشند.
حالا میخواهیم بصورت واقعی protocol buffer خود را طراحی کرده و سپس از روی آن کد‌های مربوطه را generate نماییم؛ به نام sample.proto بصورت زیر:
syntax = "proto3";
package helloworld;
service Greeter {
rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {}
}
message HelloRequest {
string name = 1;
}
message HelloReply {
string message = 1;
} در فایل فوق علاوه بر تعریف‌های اولیه، یک سرویس را هم اضافه کرده‌ایم و همچنین متدی را با ورودی و خروجی‌های مشخصی ایجاد کرده‌ایم (امکانات پروتکل بافر خیلی بیشتر از این موارد است؛ از جمله فرمت‌های آرایه و غیره را نیز پشتیبانی میکند، همچنین از روشی برای versioning استفاده میکند که obsolete کردن پراپرتی‌ها و نسخه بندی را بسیار راحت میکند و ...). به سادگی قابلیت طراحی و پیاده سازی سرور و کلاینت مربوط به این آیتم ایجاد شده با استفاده از زبان‌های برنامه نویسی مختلف فراهم میباشد. حال کافی‌است که پروتکل بافر خود را با زبان دلخواه خود generate کنیم. در قسمت زیر برای زبان‌های برنامه نویسی Go و #C، کد‌ها را تولید میکنیم.
protoc sample.proto --go_out=plugins=grpc:.
protoc sample.proto --csharp_out=.
بعد از تولید شدن کد‌ها با استفاده از زبان برنامه نویسی دلخواه خود میتوانید مشاهد کنید سرویس ها، تایپ‌ها و غیره همگی ساخته شده‌اند و کاملا آماده‌ی استفاده هستند.
در مقاله‌ی بعدی به آشنایی با gRPC می‌پردازیم و ضمن اینکه یک سرور با #C و یک کلاینت با زبان برنامه نویسی Go را نوشته که از طریق پروتکل بافر با هم به تبادل اطلاعات می‌پردازند!
