Cap'n Proto 是一种数据序列化格式和远程过程调用（RPC）框架，用于在计算机程序间交换数据。其高层设计注重速度与安全性，适用于网络通信及进程间通信。该框架由谷歌Protocol Buffers的前维护者（肯顿·瓦尔达）创建，旨在解决Protocol Buffers的某些设计缺陷。
技术概览[编辑 | 编辑源代码]
IDL模式[编辑 | 编辑源代码]
与多数RPC框架（如早期的Sun RPC、OSF DCE RPC及其面向对象衍生品CORBA和DCOM）类似，Cap'n Proto使用接口描述语言（IDL）生成多种编程语言的RPC库，自动处理网络请求、数据类型转换等底层细节。其接口模式采用C语言风格语法，支持基础数据类型（布尔值、整数、浮点数等）、复合类型（结构体、列表、枚举）以及泛型和动态类型。[1]该框架还支持多重继承等面向对象特性，但因此被批评增加了复杂性。[2]
@0xa558ef006c0c123; # 手动或自动分配给文件和复合类型的唯一标识符
struct Date @0x5c5a558ef006c0c1 {
year @0 :Int16; # @n 标记了字段被添加的顺序
month @1 :UInt8;
day @2 :UInt8;
}
struct Contact @0xf032a54bcb3667e0 {
name @0 :Text;
birthday @2 :Date; # 字段可以添加到定义中的任何位置，但其编号必须反映它们被添加的顺序
phones @1 :List(PhoneNumber);
struct PhoneNumber { # 没有静态 ID 的复合类型不能被重命名，因为自动生成的 ID 是确定性的
number @0 :Text;
type @1 :PhoneType = mobile; # 默认值
enum PhoneType {
mobile @0;
landline @1;
}
}
}
Cap'n Proto 消息采用二进制编码，而非JSON或XML等文本格式。其设计目标是使存储/网络协议适合作为内存中的格式，从而避免将数据读入/写出内存时的转换步骤。[注 1]例如，数字的表示（字节序）采用主流CPU架构的表示方式。[3]当内存中的数据格式与网络传输协议格式相匹配时，Cap'n Proto 在创建或读取消息时就可以避免复制和编码数据，而是直接指向内存中值的位置。Cap'n Proto 还支持数据的随机访问，这意味着无需读取整个消息即可读取任何字段。[4]
与其他二进制序列化协议（如 XMI）不同，Cap'n Proto 认为在 RPC 层面进行细粒度的数据验证是一种反模式，会限制协议的演进能力。这一观点源于在谷歌的经验，在那里即使只是将字段从必填改为可选也会导致复杂的运维故障。[5][注 2]Cap'n Proto 模式被设计为尽可能灵活，并将数据验证推至应用层完成，允许任意重命名字段、添加新字段以及使具体类型泛型化。[6]然而，Cap'n Proto 在首次访问值时确实会验证指针边界并对单个值进行类型检查。[4]
强制执行复杂的模式约束还会带来显著的开销，[注 3] 抵消了重用内存数据结构的优势，并阻碍了对数据的随机访问。[7] Cap'n Proto 协议理论上适合[8]通过不可变共享内存实现非常快速的进程间通信（IPC），但截至 2020 年 10 月，尚无实现支持通过共享内存传递数据。[9] 尽管如此，Cap'n Proto 通常仍被认为比Protocol Buffers及类似的 RPC 库更快。[10][11]
网络特性[编辑 | 编辑源代码]
Cap'n Proto RPC具备网络感知能力：支持连接中断处理和承诺流水线（将函数输出直接作为另一函数的输入），这为客户端省去了每次连续调用服务器所需的往返通信，而无需为每个可能的调用图提供专用 API。Cap'n Proto 当前支持基于TLS的传输[12]，未来计划集成Noise Protocol Framework。[13]作为传输层无关协议，其主线实现支持WebSockets、HTTP、TCP和UDP。[14]
能力安全[编辑 | 编辑源代码]
Cap'n Proto RPC 标准 拥有一个丰富的能力安全模型，该模型基于E 编程语言所使用的 CapTP 协议。[15] 模板:Expand section 截至 2020 年 10 月，其参考实现仅支持第 2 级。[13]
其他序列化格式[编辑 | 编辑源代码]
Cap'n Proto RPC常被拿来与其他零拷贝序列化格式相比较。例如谷歌的 FlatBuffers 和简单二进制编码（SBE）。[16][17]
应用案例[编辑 | 编辑源代码]
Cap'n Proto 最初是为 Sandstorm.io 创建的，这是一家提供基于能力安全的 Web 应用托管平台的初创公司。在 Sandstorm.io 商业化失败后，其开发团队被 Cloudflare 收购[18]，后者在内部使用该框架。[19]
注释[编辑 | 编辑源代码]
参考文献[编辑 | 编辑源代码]
Category:数据序列化格式 Category:远程过程调用 Category:进程间通信
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