特性	Proto2	Proto3
required	支持	不支持
optional	支持	支持（显式）
默认值	可自定义	固定默认值
枚举首值	任意	必须为 0
Map	不支持	支持
JSON 映射	有限	完整

2.2 字段编号的作用是什么？

答：

字段编号用于在二进制格式中标识字段，是 Protobuf 向后兼容的关键。

规则：

1-15：单字节编码，用于常用字段
16-2047：双字节编码
19000-19999：保留，不能使用
字段编号一旦使用，不能修改

message User {
  int32 id = 1;      // 常用字段用小编号
  string name = 2;
  string bio = 16;   // 不常用字段用大编号
}

2.3 repeated 和 map 的区别？

答：

message Example {
  repeated string tags = 1;           // 有序列表
  map<string, string> metadata = 2;   // 键值对
}

repeated：

有序数组
可以有重复值
保持插入顺序

map：

无序键值对
键必须唯一
键只能是标量类型

三、编码原理

3.1 Protobuf 的编码原理是什么？

答：

Protobuf 使用 Tag-Length-Value（TLV）编码：

Tag = (field_number << 3) | wire_type

Wire Types:
0 - Varint (int32, int64, bool, enum)
1 - 64-bit (fixed64, double)
2 - Length-delimited (string, bytes, message)
5 - 32-bit (fixed32, float)

3.2 什么是 Varint 编码？

答：

Varint 是一种变长整数编码，小数字用更少的字节。

数字 1：    0x01 (1 字节)
数字 300：  0xAC 0x02 (2 字节)
数字 65535：0xFF 0xFF 0x03 (3 字节)

原理：

每字节最高位表示是否有后续字节
低 7 位存储数据
小端序存储

3.3 为什么 Protobuf 比 JSON 快？

答：

二进制编码：无需解析文本
Schema 预知：字段类型已知，无需推断
Varint 编码：小数字占用更少空间
无字段名：使用编号代替字段名
预生成代码：编译时生成序列化代码

四、版本兼容

4.1 如何保证向后兼容？

答：

可以做：

添加新字段（使用新编号）
删除字段（保留编号）
重命名字段
将 singular 改为 repeated

不能做：

修改字段编号
修改字段类型
复用已删除字段的编号

message User {
  reserved 2, 15;           // 保留已删除字段的编号
  reserved "old_field";     // 保留已删除字段的名称
  
  int32 id = 1;
  string name = 3;          // 新字段用新编号
}

4.2 optional 字段的作用？

答：

Proto3 中 optional 用于区分"未设置"和"零值"：

message User {
  optional int32 age = 1;
}

user := &pb.User{}

// 未设置
if user.Age == nil {
    fmt.Println("年龄未设置")
}

// 设置为 0
age := int32(0)
user.Age = &age

五、实践问题

5.1 如何处理大文件传输？

答：

使用流式传输，分块发送：

service FileService {
  rpc Upload(stream FileChunk) returns (UploadResponse);
  rpc Download(DownloadRequest) returns (stream FileChunk);
}

message FileChunk {
  bytes data = 1;
  int32 chunk_number = 2;
}

5.2 如何实现动态消息？

答：

使用 Any 类型或 Struct 类型：

import "google/protobuf/any.proto";
import "google/protobuf/struct.proto";

message Response {
  google.protobuf.Any data = 1;      // 任意消息
  google.protobuf.Struct json = 2;   // 动态 JSON
}

5.3 如何优化 Protobuf 性能？

答：

复用对象：使用 sync.Pool
预分配切片：避免频繁扩容
使用 MarshalAppend：复用缓冲区
合理设计消息：避免过深嵌套
使用 packed：repeated 数值类型

// 复用对象
var pool = sync.Pool{
    New: func() interface{} {
        return &pb.User{}
    },
}

// 预分配
buf := make([]byte, 0, 1024)
buf, _ = proto.MarshalOptions{}.MarshalAppend(buf, msg)

六、面试回答模板

6.1 请介绍一下 Protobuf

Protobuf 是 Google 开发的数据序列化协议，主要用于高效的数据交换。
核心特点：
二进制编码，体积小、速度快
跨语言支持，自动生成代码
向后兼容，通过字段编号实现
类型安全，编译时检查
适用场景：
微服务间通信（gRPC）
数据存储
配置文件
与 JSON 对比：Protobuf 性能更好，但可读性差；JSON 可读性好，但性能较低。

6.2 Protobuf 如何保证向后兼容？

Protobuf 通过字段编号实现向后兼容。
关键机制：
字段编号唯一标识字段，不能修改
新增字段使用新编号
删除字段时保留编号（reserved）
未知字段会被保留，不会丢失
最佳实践：
不要修改已有字段的编号和类型
删除字段时使用 reserved 保留编号
常用字段使用 1-15 的编号