Protobuf مقابل JSON للواجهات: السرعة، الحجم، والتوافق

ما هما Protobuf و JSON (ولماذا تهمان)

عندما ترسل أو تستقبل واجهة برمجة تطبيقات بيانات، تحتاج إلى تنسيق بيانات—طريقة موحدة لتمثيل المعلومات في أجسام الطلب والاستجابة. ثم تُصبح هذه البيانات متسلسلة (تُحوَّل إلى بايتات) للنقل عبر الشبكة، وتُفكَّك بعد ذلك إلى كائنات قابلة للاستخدام على العميل والخادم.

اثنان من الخيارات الشائعة هما JSON و Protocol Buffers (Protobuf). يمكنهما تمثيل نفس بيانات العمل (مستخدمون، طلبات، طوابع زمنية، قوائم عناصر)، لكن كلًّا منهما يقدّم توازنات مختلفة بين الأداء، حجم الحمولة، وسير عمل المطور.

JSON: نص قابل للقراءة البشرية

JSON (JavaScript Object Notation) هو تنسيق نصي مبني من هياكل بسيطة كالكائنات والمصفوفات. شائع في واجهات REST لأنه سهل القراءة، سهل التسجيل، وسهل الفحص بأدوات مثل curl وDevTools في المتصفح.

سبب كبير لانتشار JSON: معظم اللغات توفر دعمًا ممتازًا، ويمكنك فحص الاستجابة بصريًا وفهمها فورًا.

Protobuf: ثنائي مضغوط ذو مخطط

Protobuf هو تنسيق تسلسل ثنائي أنشأته Google. بدلًا من إرسال نص، يرسل تمثيلًا ثنائيًا مضغوطًا يُعرَّف عبر مخطط (ملف .proto). يصف المخطط الحقول وأنواعها والأرقام الوسمية لكل حقل.

نظرًا لكونه ثنائيًا ومعتمدًا على مخطط، ينتج Protobuf عادةً حمولة أصغر ويمكن أن يكون أسرع في التحليل—وهذا مهم عند وجود حجم عالي من الطلبات، شبكات محمولة، أو خدمات حساسة للكمون (شائع في إعدادات gRPC، لكنه ليس مقتصرًا على gRPC).

نفس البيانات، توازنات مختلفة

من المهم فصل ما ترسله عن كيفية ترميزه. يمكن نمذجة "مستخدم" بمعرف واسم وبريد إلكتروني في كل من JSON وProtobuf. الفرق هو التكلفة التي تدفعها في:

• حجم الحمولة (نص مقابل ثنائي مضغوط)
• وقت CPU للتسلسل/فك التسلسل
• التصحيح والملاحظة (سجلات قابلة للقراءة مقابل أدوات للثنائي)
• التوافق والتطور (اتفاقيات JSON غير الرسمية مقابل مخططات مُلزِمة)

لا توجد إجابة واحدة تناسب الجميع. للعديد من واجهات Public API، يظل JSON الافتراضي لأنه في متناول الجميع ومرن. لبيئات الاتصال بين الخدمات الداخلية الحساسة للأداء أو العقود الصارمة، قد يكون Protobuf خيارًا أفضل. هدف هذا الدليل مساعدتك على الاختيار بناءً على القيود—لا على الأيديولوجيا.

كيف تُسلسل بيانات الواجهة وتُرسل

عندما تُعيد واجهة بيانات، لا يمكنها إرسال "كائنات" مباشرة عبر الشبكة؛ يجب تحويلها إلى تدفق بايتات أولًا. هذا التحويل هو التسلسل—فكِّر فيه كـتغليف البيانات للشحن. في الطرف الآخر، يقوم العميل بالعكس (فك التسلسل)، يفك البايتات إلى هياكل بيانات قابلة للاستخدام.

رحلة سريعة من الخادم إلى العميل

تدفق الطلب/الاستجابة النموذجي يبدو هكذا:

1. يبني الخادم استجابة في أنواع الذاكرة الداخلية الخاصة به (كائنات/هياكل/صفوف).
2. يقوم المُسلسِل بترميز تلك الاستجابة إلى حمولة (نص JSON أو ثنائي Protobuf).
3. تُرسل الحمولة عبر HTTP/1.1 أو HTTP/2 أو HTTP/3 كبايتات.
4. يتلقى العميل البايتات ثم يفك ترميزها إلى أنواع الذاكرة الخاصة به.

خطوة "الترميز" هي المكان الذي يهم فيه اختيار التنسيق. ترميز JSON ينتج نصًا قابلًا للقراءة مثل {\"id\":123,\"name\":\"Ava\"}. ترميز Protobuf ينتج بايتات ثنائية مدمجة لا معنى لها للبشر بدون أدوات.

لماذا يغيّر التنسيق الأداء وسير العمل

لأن كل استجابة يجب أن تُغَلف وتُفك، يؤثر التنسيق على:

• النطاق الترددي (حجم الحمولة): حمولات أصغر تقلل تكاليف النقل، وهو ما يفيد الشبكات المحمولة وواجهات عالية الحركة.
• الكمون: نقل بيانات أقل يمكن أن يعني استجابات أسرع، وتسلسل/فك تسلسل أسرع يقلل وقت CPU.
• سير عمل المطور: JSON سهل الفحص في DevTools والسجلات؛ Protobuf غالبًا يتطلب أنواع مولَّدة وأدوات فك.

نمط الواجهة قد يدفعك لاتجاه واحد

نمط API لديك غالبًا ما يوجّه القرار:

• واجهات REST بنمط JSON تستخدم JSON عادةً لأنه مدعوم على نطاق واسع، سهل الاختبار بـ curl، وبسيط للتسجيل والفحص.
• gRPC مصمم حول Protobuf بشكل افتراضي. يستخدم HTTP/2 وتوليد الكود، ما يتوافق طبيعياً مع رسائل Protobuf ذات النوع القوي.

يمكنك استخدام JSON مع gRPC (عبر transcoding) أو استخدام Protobuf فوق HTTP عادي، لكن راحة استخدام المكدس لديك—الأطر، البوابات، مكتبات العميل، وعادات التصحيح—ستقرر غالبًا ما هو الأسهل إدارة يومية.

حجم الحمولة والسرعة: ما تكسبه أو تخسره عادةً

عندما يقارن الناس protobuf vs json، عادة ما يبدأون بمقياسين: مدى اتساع الحمولة ومدة الترميز/فك الترميز. العنوان بسيط: JSON نصي ويميل لأن يكون مُجلِّياً؛ Protobuf ثنائي ويميل لأن يكون مضغوط.

حجم الحمولة: ثنائي مضغوط مقابل نص قابل للقراءة

JSON يكرر أسماء الحقول ويستخدم تمثيلات نصية للأرقام والبوول والهيكل، لذا غالبًا ما يرسل بايتات أكثر عبر السلك. Protobuf يستبدل أسماء الحقول بوسوم رقمية ويضغط القيم بكفاءة، ما يؤدي عادةً إلى حمولات أصغر—خاصة للكائنات الكبيرة، الحقول المكررة، والبيانات المتداخلة.

مع ذلك، الضغط قد يقلل الفارق. مع gzip أو brotli، مفاتيح JSON المتكررة تضغط جيدًا، لذلك قد يتقلص الفارق بين JSON وProtobuf في بيئات حقيقية. Protobuf يمكن ضغطه أيضًا، لكن المكسب النسبي غالبًا ما يكون أصغر.