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第23讲 | 如何定制合适的开发协议？

什么是开发协议？说得简单一点，就是一种客户端和服务器端的网络沟通协议（Protocol）。

广义上说，协议是计算机各种设备之间沟通的桥梁。比如网络之间需要协议，ping一个网站是否通顺也需要协议，广播地址也需要协议。我们甚至可以说键盘鼠标操作事件也需要协议，Dubbo架构也需要协议沟通等等。

从狭义上说，协议指的就是网络协议。比如在网络游戏中，客户端和服务器端之间的内容交互，就需要网络协议；在Web网站中，前端和后端的交互，也需要协议；再比如，邮件服务的网络交互也需要协议的交互等等。可以说，任何与网络相关的服务都少不了协议的支撑。

在游戏开发中，我们可以自定义一套自己的开发协议，也可以把现成的开发协议拿来使用。具体怎么做呢？我们先来看现在网上用得比较多的几种协议。

三种最流行的开发协议

XML

XML几乎是网络上最早出现的传输协议之一。在最早的Web开发中，XML可以作为网络协议，也可以用作配置文件。比如某些游戏或者某些应用的配置文件，都可以使用XML来编写。

从人类的角度讲，它的可读性比较强，解析也比较方便。我们先来看几种解析方式。

解析方式是这些协议被程序理解的一种方式，按照这种方式解析，和我后面要说的自定义协议的解析和剖析结合起来，乃前后呼应之奇效。

1. PULL方式：PULL解析是一种专门为安卓设备解析XML文件设计的解析方式。这种解析方式更适用于移动设备。PULL解析和我们下面要说的SAX解析比较类似，不一样的地方是PULL读取XML文件后，触发相应的事件调用方法返回的是number。另外，PULL方式可以控制程序的解析停止位置，不需要全部解析，可以随时停止。

2. SAX方式：SAX（Simple API for XML）采用事件驱动型方式。语法解析从发现元素开始、元素结束、文本、文档的开始或结束等，就开始事件的发送，程序员编写响应这些事件的代码，就可以直接将数据保存下来。所以优点是，不需要载入整个文档，资源占用比较少。
   SAX解析器的代码比DOM解析器的代码更精简，一般应用于Applet技术。缺点就是，这种解析方式并不持久，等事件消息过去后，如果你没有保存数据，那么数据就丢失了；从事件的消息中我们只能得到文本数据，但不知道这个文本属于哪个元素。但是，我们只需XML文档的少量内容就可以解析出我们所需的数据，所以耗费的内存更少。

3. DOM方式：DOM（Document Object Model）是最传统的解析方式。解析器读入整个文档，然后在内容中构建一个XML的树结构，使用代码就可以操作这个树结构。优点是整个文档树在内存中，便于操作；而且支持删除、修改、重排等多种功能。缺点是将整个文档调入内存比较浪费计算机的时间和空间，但是如果一旦解析了文档，还需多次访问这些数据的话，这种方式就可以起到作用了。

JSON

其实，目前XML已经不太流行，取而代之的是JSON。JSON是一种轻量级的数据交换格式。它用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。

比之XML，它看起来更加简洁和清晰，层次结构分明；JSON易于阅读和编写，在程序方面，也易于机器解析和生成，同时也提升了网络传输效率。这些优点使得JSON很快在程序员中流行起来，成为理想的数据交换语言。

它也是移动端比较常见的网络传输协议。相对于前面所说的XML格式，它更为简单，体积更小，加之对网络流量和内存的需求更小，所以JSON比XML更适合移动端的使用。

我们来看一下JSON的几种流行的解析程序库。

1. Gson是谷歌开源的一种解析方法，使用Java编写，你可以通过提供的JAR文件包，使用静态方法直接将JSON字符串解析成Java对象，这样使用起来简单方便。

2. FastJSON是阿里开源的一个解析JSON数据的类库。

3. JSONObject也是一个解析JSON字符串的Java类。第二、第三这两种用的人都比较少，我就不多介绍了。

当然，支持别的语言的库也有很多，由于JSON比较流行，所以各种语言都有其支持的类库版本，比如Python、C++、Ruby等等。

ProtoBuf

ProtoBuf全称Google Protocol Buffer， 是谷歌公司开发的内部混合语言数据标准。目前正在使用的有接近五万种报文格式定义和超过一万两千多个.proto文件。它们都用于RPC系统和持续数据存储的系统。

这是一种轻便、高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据的序列化操作。它很适合用作数据存储或RPC数据交换格式。可以用于通讯协议、数据存储等领域。由于是独立的协议系统，所以它和开发语言、运行平台都没有关系，可以用在扩展的序列化结构数据格式。目前提供了 C++、Java、Python 、Ruby、Go等语言的开发接口API。

ProtoBuf方便的地方在于，它有一款编译器可以将.proto后缀的协议文件，编译成C++、Java、Python等语言的源代码。你可以直接看到和利用这些源代码，且不需要自己去做解析，所以不同语言之间使用ProtoBuf的协议规范都是一样的，但是有一个问题是，ProtoBuf存储的文件格式是二进制的，由于是二进制的，所以程序员需要调试其保存的内容就有点麻烦，当然这可能只是对于某些人来说的瑕疵吧，对于大部分人来讲，方便性还是大于瑕疵的。

ProtoBuf的编码风格是这样的，花括号的使用类似C/C++、Java。数据类型的命名方式使用驼峰命名，比如DataType、NewObject。字段的变量小写并使用下划线连接，类似GNU规范，比如proto_buf、user_name。枚举类型使用大写，并使用下划线连接，比如MY_HOME，BEST_FRIEND。

Protobuf并不是针对大型数据设计的，Protobuf对于1M以下的message有很高的效率，但是当message大于1M的时候，Protobuf的效率会逐步降低。

如何自己定义协议包？

我们讲完了三种目前最流行的开发协议，接下来我们要讲讲如何自己定义协议包。

我们所说的协议包，是在TCP和UDP传输之上的协议包，也就是通过字符串的形式发送的协议包。这些协议包在客户端和服务器之间做了约定，也就是说，客户端和服务器都能通过拿到协议包来进行解包操作，并且进行一系列的逻辑运算并返回结果，当然结果也是协议包的形式发送出去。

一个好的协议不仅能节约网络带宽，也能让接收端快速拿到和解析需要的内容。设计协议包，必须保证安全性和完整性。

为了保证完整性，接收方需要知道协议的长度，或者知道协议的尾部在哪里。

我们可以给协议最末尾添加分隔符，该分隔符需要特殊字符。不能被传输的内容所混淆，又要能达到方便接收方辨认，因此，该特殊字符需要具有唯一性。比如我们可以将“!@#$”这四个字符做为分隔符，那么协议看起来可能是这样：

[协议头][协议体][协议结尾分隔符]

你可能要问了，在传输的过程中，我知道了协议长度，不需要协议头，只需要协议长度就可以？是的。因为有了协议长度，协议尾部有没有分隔符就不重要了。如果我们固定好输出协议长度的字节数，就可以忽略协议头。在这种情况下，协议看起来像是这样：

[协议长度2字节][协议体]

这样简单地就能定义整个协议的内容。

在读取的时候，我们只需要读取开头的两个字节，转换为一个short的长度，或者四个字节一个int的长度，在第三个字节开始就是协议体。让程序开始计算长度，如果长度少于协议长度所定义的长度，那就继续接收，如果接收长度超过协议所定义的长度，切割协议体，并将下一段开始的协议存储到内存中留待下一次取出。这种方式是最方便的。

我们在保证协议完整性的同时，也要保证协议不被破坏和篡改，也就是所说的安全性。在这种情况下，最直接的方式，就可以将协议内容进行加密。比如SHA-256或者AES等等加密方式将内容加密，随后传输过去，最简单的做法就是将密码在客户端和服务器端协商好就可以了。

看起来可能是这个样子：

[协议长度2字节][加密协议体]

小结

这节内容差不多了，我们总结一下。我和你介绍了这几个内容。

• 我介绍了三种的开发协议XML、JSON和ProtoBuf，以及它们对应的解析方式。XML是网络上最早出现的传输协议之一。

• 游戏或应用的配置文件，都可以使用XML来编写，但是目前XML已经不太流行，取而代之的是JSON。

• ProtoBuf适合用作数据存储或RPC数据交换格式，缺点是保存比较麻烦，但是总体来讲还是比较方便的。

• 自己定义协议包需要考虑完整性和安全性。接收方需要知道协议的长度，或者知道协议的尾部在哪里，就可以保证协议包的完整性。而最直接的给协议包加密，就可以保证安全性。

最后，给你留一个小问题吧。

在自定义协议中，如果使用添加协议结尾的方式来做协议，如何才能保证协议结尾分割字符串不和协议本身的二进制内容重复？

欢迎留言说出你的看法。我在下一节的挑战中等你！