Go语言中的数据格式（json、xml 、msgpack、protobuf）使用总结

2022-11-13 13:11:28 json 语言数据格式

在分布式的系统中，因为涉及到数据的传输，所以一定会进行数据的交换，此时就要定义数据交换的格式，例如二进制、JSON、Xml等等。本篇文章就是总结一下常用的几种数据格式。

一、json格式

如果想使用Json数据格式，可以借助于encoding/json这个包。

利用json包里的 json.Marshal(xxx) 和 json.Unmarshal(data, &xxx) 进行序列化和反序列化。

下面举个例子：

package main

import (
    "encoding/json"
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "math/rand"
)

type Student struct {
    Name string
    Age  int
    Sex  string
}

//写入json数据
func writeJson(filename string) (err error) {
    var students []*Student
    //随机生成10个学生数据
    for i := 0; i < 10; i++ {
        p := &Student{
            Name: fmt.Sprintf("name%d", i),
            Age:  rand.Intn(100),
            Sex:  "Man",
        }

        students = append(students, p)
    }

    //执行序列化操作
    data, err := json.Marshal(students)
    if err != nil {
        fmt.Printf("=marshal failed, err:%v\n", err)
        return
    }

    //将数据写到一个文件当中
    err = ioutil.WriteFile(filename, data, 0755)
    if err != nil {
        fmt.Printf("write file failed, err:%v\n", err)
        return
    }

    return
}

//读取json数据
func readJson(filename string) (err error) {
    var students []*Student
    data, err := ioutil.ReadFile(filename)
    if err != nil {
        return
    }

    err = json.Unmarshal(data, &students)
    if err != nil {
        return
    }

    for _, v := range students {
        fmt.Printf("%#v\n", v)
    }
    return
}

执行：

func main() {
    filename := "C:/tmp/Students.txt"
    err := writeJson(filename)
    if err != nil {
        fmt.Printf("write json failed, err:%v\n", err)
        return
    }

    err = readJson(filename)
    if err != nil {
        fmt.Printf("read json failed, err:%v\n", err)
        return
    }
}

执行结果：

1.可以看到在C:/tmp/下面生成了一个Students.txt文件，打开里面存放是刚刚随机生成的10个学生数据
2.执行结果可以看到控制台打印：

二、Xml格式

Xml格式也是我们常用的数据格式，同样要使用Xml格式，可以使用encoding/xml这个包。

像上面json一样，同样存在 xml.Marshal(xxx) 和 xml.Unmarshal(data, &xxx) 两个方法。此外还有方法xml.MarshalIndent(xxx) 可以格式化xml

先熟悉一下XML对应标签怎么写：

- XMLName字段，如上所述，会省略
- 具有标签"-"的字段会省略
- 具有标签"name,attr"的字段会成为该XML元素的名为name的属性
- 具有标签",attr"的字段会成为该XML元素的名为字段名的属性
- 具有标签",chardata"的字段会作为字符数据写入，而非XML元素
- 具有标签",innerxml"的字段会原样写入，而不会经过正常的序列化过程
- 具有标签",comment"的字段作为XML注释写入，而不经过正常的序列化过程，该字段内不能有"--"字符串
- 标签中包含"omitempty"选项的字段如果为空值会省略
空值为false、0、nil指针、nil接口、长度为0的数组、切片、映射
- 匿名字段（其标签无效）会被处理为其字段是外层结构体的字段
- 如果一个字段的标签为"a>b>c"，则元素c将会嵌套进其上层元素a和b中。如果该字段相邻的字段标签指定了同样的上层元素，则会放在同一个XML元素里。
- 如果一个字段的标签为"a>b>c"，则元素c将会嵌套进其上层元素a和b中。如果该字段相邻的字段标签指定了同样的上层元素，则会放在同一个XML元素里。

下面举个例子：

例如我想创建一个如下的xml数据：

<Servers version="2.0">
    <server>
        <serverName>Server0</serverName>
        <serverIP>192.168.1.0</serverIP>
    </server>
    <server>
        <serverName>Server1</serverName>
        <serverIP>192.168.1.1</serverIP>
    </server>
</Servers>

我就可以创建下面这样的结构体：

//最外层的xml
type Servers struct {
    XMLName xml.Name  `xml:"Servers"`
    Version string    `xml:"version,attr"`
    Servers []*Server `xml:"server"`
}

//具体的server
type Server struct {
    ServerName string `xml:"serverName"`
    ServerIP   string `xml:"serverIP"`
}

写文件方法：

func writeXml(fileName string) (err error) {
    //创建一个*Server类型的数组
    var serverList []*Server
    for i := 0; i < 2; i++ {
        s := &Server{
            ServerName: fmt.Sprintf("Server%d", i),
            ServerIP:   fmt.Sprintf("192.168.1.%d", i),
        }
        serverList = append(serverList, s)
    }

    var myServers *Servers = &Servers{
        Version: "2.0",
        Servers: serverList,
    }

    //执行序列化操作
    data, err := xml.MarshalIndent(myServers, "", "    ")
    if err != nil {
        fmt.Printf("=marshal failed, err:%v\n", err)
        return
    }

    //将数据写到一个文件当中
    err = ioutil.WriteFile(fileName, data, 0755)
    if err != nil {
        fmt.Printf("write file failed, err:%v\n", err)
        return
    }

    return
}

如上代码，使用了MarshalIndent方法，第一个参数是需要序列化的数据，第二参数是前缀，第三个是缩进的字符串（这里是四个空格），然后在main方法中调用一下即可（代码略）。

这里主要想说明一下结构体里面的标签：

XmlName可以省略不写，不写的话最外层就是用的结构体的名称，例如第一个结构体是Servers，那么xml最外层的节点名称就是Servers。

读的话，使用 xml.Unmarshal(data, &xxx) 就可以实现了。

func readXml(fileName string) (err error) {
    var myServers *Servers
    data, err := ioutil.ReadFile(fileName)
    if err != nil {
        return
    }

    err = xml.Unmarshal(data, &myServers)
    if err != nil {
        return
    }

    fmt.Printf("XMLNAME = %v\n", myServers.XMLName)
    fmt.Printf("Version = %v\n", myServers.Version)
    for _, v := range myServers.Servers {
        fmt.Printf("%v\n", v)
    }
    return
}

三、msgPack格式

上面两种Json和Xml格式，都是文本格式的数据，好处在于能够方便的阅读。但是问题在于占用空间比较大。所以又出现了MsgPack这种格式，它是在json基础上转换为二进制进行传输的。对应关系像下面这个图：

MsgPack并没有官方的包，我们需要使用一个第三方的包，项目地址：https://GitHub.com/vmihailenco/msgpack

实现比较简单，将 json.Marshal 和 json.Unmarshal 中的【 json】替换为【 maspack】即可，下面是对上面代码的改造，创建了10000个学生的数据。

四、protobuf格式

protobuf是Google公司开发出的一种数据格式。官方文档地址：Https://developers.google.cn/protocol-buffers/ 。

简单讲它使用了IDL语言作为中间语言来串联不同的编程语言。不同的语言可以根据生成的IDL中间语言，生成自己的语言。

这样做有什么好处？举个例子：当我们在协作开发的时候，A部门使用的是Go语言、B部分使用的是Java语言，C部门使用的是C#语言，当他们之间进行数据交换的时候，都要各自维护自己的结构体，才能进行数据的

序列化和反序列化，使用protobuf的好处就是只需要一个IDL描述，然后生成不同的语言的结构，这样维护一份就可以了。

同时 prototbuf的性能也很好，这也是它的一个优势。IDL语言使用的变长编码（根据整数的范围 0-255 那么这个数字就占用1个字节，如果使用定长编码的话一个整数可能就是 4个字节）所以它的空间利用率是很好的。

那开发流程是怎样的？

A. IDL编写
B. 生成只定语言的代码
C. 序列化和反序列化

如何在Go中应用prototbuf

A.安装protoc编译器

解压后拷贝到GOPATH/bin目录下, 下载地址：https://github.com/google/protobuf/releases

然后把bin下面的protoc.exe 这个放到GoPath下的bin中，打开cmd，输入protoc，应该会出现如下内容：

如果不存在，可以将Gopath的bin加入到系统的环境变量path当中。

B.安装生成Go语言的插件

执行命令：

go get -u github.com/golang/protobuf/protoc-gen-go

C. 创建一个简单的proto文件

//指定版本
//注意proto3与proto2的写法有些不同
syntax = "proto3";

//包名，通过protoc生成时go文件时
package school;

//性别
//枚举类型第一个字段必须为0
enum Sex {
    male = 0;
    female = 1;
    other =2;
}

//学生
message Student {
    Sex sex = 1;
    string Name = 2;
    int32 Age =3;
}

//班级
message Class{
    repeated Student Students =1;
    string Name; 
}

message 就可以理解成类， repeated可以理解成数组。

D.利用之前下载好的protoc.exe 生成一个Go的代码。

第一个【.】代表当前输出的目录，后面*.proto则是 proto文件的路径

protoc--go_out=. *.proto

protoc --go_out=.\school\ .\school.proto

执行之后会生成如下的文件，这个go文件就可以直接使用了。

E. 使用生成的Go文件

①使用 proto.Marshal() 执行序列化

func writeProto(filename string) (err error) {
    //创建学生信息
    var students []*school.Student
    for i := 0; i < 30; i++ {

        var sex = (school.Sex)(i % 3)
        student := &school.Student{
            Name: fmt.Sprintf("Student_%d", i),
            Age:  15,
            Sex:  sex,
        }

        students = append(students, student)
    }

    //创建班级信息
    var myClass school.Class
    myClass.Name = "我的班级"
    myClass.Students = students

    data, err := proto.Marshal(&myClass)
    if err != nil {
        fmt.Printf("marshal proto buf failed, err:%v\n", err)
        return
    }

    err = ioutil.WriteFile(filename, data, 0755)
    if err != nil {
        fmt.Printf("write file failed, err:%v\n", err)
        return
    }
    return
}

②使用proto.Unmarshal(data, &mySchool)执行反序列化

func readProto(filename string) (err error) {
    var mySchool school.Class
    data, err := ioutil.ReadFile(filename)
    if err != nil {
        return
    }
    err = proto.Unmarshal(data, &mySchool)
    if err != nil {
        return
    }

    fmt.Printf("proto:%v\n", mySchool)
    return
}

Q&A

如果在使用protobuf生成的Go文件，出现了如下的异常：

undefined: proto.ProtoPackageIsVersion3

这个时候可能是由于上面两步下载的protoc.exe 和 protobuf 的版本不一致导致的。

1. 可以清空下gopath下的 github.com\golang\protobuf 然后重新下载，并在github.com\golang\protobuf\protoc-gen-go 执行 go install 命令。
2. 检查一下是不是使用了 godep 等包管理工具，里面引用的版本和protoc.exe 不一致造成的

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