最近在做一些.net转java的开发工作，碰到了一些在C#中相对比较容易处理，但是在java中不是那么容易处理，或者说，处理方案不是那么明显的问题。Protobuf序列化就是其中一个。
问题背景是：线上有若干的C#的WCF服务需要调用，由于我们的应用是先切换的，在对方服务不改变的情况下，要能做到我们切换成java之后，能够实现访问的平滑过渡。其中一部分服务的请求有对应的.proto契约文件，利用protoc工具可以生成对应的java文件，从而利用生成的java的类代码里的parseFrom方法，实现protobuf序列化；但是偏偏碰到了一个请求参数是String字符串类型的服务，由于没有proto文件，所以就不能生成对应的类，更没有对应的parseFrom方法，出现了难题。
在C#中，原来采用的protobuf-net.dll这个库，里面可以采用如下方式对字符串类型 （或者其他基本类型）进行序列化：
public static string SerializeObject(T obj) where T : class
{
string result = "";
try{
using (MemoryStream stream = new MemoryStream()){
Serializer.Serialize(stream, obj);
result = System.Convert.ToBase64String(stream.ToArray());
//序列化方式
result = string.Format("{0}{1}", "protobuff", result);
}
catch (Exception e){
throw e;
}
return result;
}
}
而Java则开始没有这种统一的泛型序列化方式，于是趁这个机会，了解了一些protobuf底层序列化的原理。
以String类型的序列化为例，首先要说的是protobuf中用到的varint编码。
Varint 是一种紧凑的表示数字的方法。它用一个或多个字节来表示一个数字，值越小的数字使用越少的字节数。这能减少用来表示数字的字节数。比如对于 int32 类型的数字，一般需要 4 个 byte 来表示。但是采用 Varint，对于很小的 int32 类型的数字，则可以用 1 个 byte 来表示。当然凡事都有好的也有不好的一面，采用 Varint 表示法，大的数字则需要 5 个 byte 来表示。从统计的角度来说，一般不会所有的消息中的数字都是大数，因此大多数情况下，采用 Varint 后，可以用更少的字节数来表示数字信息。
对于每个字节的最高位来说，为了能够确认，一个数是由几个字节来进行编码的，varint规定：如果该字节的最高位是1，则表示下面一个字节和该字节一起表示同一个数；如果前面两个字节最高位为1，第三个字节最高位为0，则表示要用三个字节来表示一个数。举个例子,比如对应整数200,200 = 128+64+4，显然由于一个字节最多可以表示最大到128，所以200至少要2个字节来进行编码。因此，用二进制表示为： 00000000 11000100. 由于最高位是用来标识是否采用下一个字节来表示数，没有数据意义，所以对于该二进制表示，应该每7位来划分：
0000001,1000100
varint编码采用小端模式，所以应该把这两个字节颠倒过来：
1000100,0000001
由于采用两个字节表示，所以颠倒之后的最高位应该添加1，低字节的高位补0，从而200最终的varint编码为：
11000100,00000001
----------------------------------------------------------华丽的分割线--------------------------------------------------------
当了解了varint编码之后，string类型进行序列化就可以展开说了。
先说protobuf定义message，有两个重要的东东。1.order，表示定义字段的顺序，显然如果只是一个string，就认为order=1；
-
type规则结构类型，表示基本类型在protobuf中的类型，type在protobuf中有如下几个类型：
图1 protobuf中关于基本类型的枚举关系
显然，type有6种，用3个bit就可以表示，protobuf也是这么干的。用一个字节来表示，高5位bit表示order次序，低三位表示规则结构类型，显然对于string类型的序列化，可用一个字节表示：0000 1010，表示order=1，type=2.
回到string序列化本身，通过和C#序列化结果对比，发现string的protobuf序列化结果由几个部分构成：
** head+ length的varint编码+字符串本身的utf-8编码**
** **其中head就是上面用一个字节表示的order+type，length的varint编码表示字符串本身utf-8字节数组长度的varint编码（可能由1-n个字节表示），搞清楚这些后，那string本身的protobuf序列化问题就迎刃而解了，实现代码如下：
private static byte[] protobufSerializeString(String str){
byte [] protoBytes = str.getBytes(StandardCharsets.UTF_8);
int byteLen = protoBytes.length;
List<Byte> encodingLen =varIntEncoding(byteLen);
byte[] result = new byte[protoBytes.length+ encodingLen.size() + 1];
result[0] = 0x0a;
for(int i = 1; i <=encodingLen.size(); i++){
result[i] = encodingLen.get(i - 1);
}
System.arraycopy(protoBytes,0,result,encodingLen.size()+ 1,protoBytes.length);
return result;
}
private static List<Byte> varIntEncoding(int number){
int x = number;
List<Byte> results =new ArrayList<Byte>();
if(x <= 0){
results.add(Byte.parseByte("0"));
return results;
}
while(x != 0){
byte littleData = (byte)(x & (byte)0x7f);
results.add(littleData);
x = x >> 7;
}
for(int i = 0 ;i < results.size()-1;i++){
results.set(i, (byte)(results.get(i)| 0x80));
}
return results;
}
通过过程本身，了解到了底层protobuf的序列化原理，还是很有收获的。
如果以上有说的不对的地方，还望阅读者指出~~~~
