MySQL高级讲座篇之：如何利用MySQL的`protobuf`接口，实现跨语言、跨平台的`CRUD`操作？ - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

大家好！我是老码农，今天咱们来聊聊一个挺有意思的话题：如何用 MySQL 的 protobuf 接口，来实现跨语言、跨平台的 CRUD 操作。这玩意儿听起来好像有点高大上，但其实掌握了套路，用起来还是挺顺手的。保证大家听完之后，可以回去吹牛逼说自己也玩过MySQL的protobuf接口。

第一部分：什么是 Protobuf？为什么要用它？

首先，咱们得搞清楚 Protobuf 到底是啥。简单来说，Protobuf (Protocol Buffers) 是 Google 开源的一种数据序列化格式。它可以把结构化的数据（比如你的对象、数据表里的行）编码成一种高效、紧凑的二进制格式，然后方便地在网络上传输或者存储到文件里。

那为啥要用 Protobuf 呢？难道 JSON 不香吗？

JSON 确实很香，但是它也有一些缺点：

体积大: JSON 基于文本，冗余信息比较多，同样的数据，Protobuf 序列化后的体积通常比 JSON 小得多。想象一下，你要传输一张美女照片，JSON 传输的是高清无码大图，而 Protobuf 传输的是压缩后的 JPG，哪个更快更省流量？
解析慢: JSON 的解析需要消耗 CPU 资源，而 Protobuf 是二进制格式，解析速度更快。
类型校验弱: JSON 没有强制的类型校验，容易出现类型错误。而 Protobuf 可以在编译时进行类型检查，减少运行时错误。
跨语言支持: Protobuf 官方支持多种语言，比如 C++, Java, Python, Go 等等。你可以在 Java 里定义一个 Protobuf 消息，然后在 Python 里解析它，完全没问题。

所以，如果你的应用对性能、体积、类型安全有较高要求，或者需要跨语言通信，那么 Protobuf 就是一个不错的选择。

第二部分：MySQL Protobuf 接口概览

MySQL 从 5.7 版本开始，提供了一个实验性的 Protobuf 接口。这个接口允许你通过 Protobuf 格式来执行 CRUD 操作。

注意: 实验性的意思就是说，这个接口可能还不够稳定，未来可能会有变化。所以，在生产环境中使用时要谨慎评估。

MySQL Protobuf 接口的核心是两个存储过程：

mysql.ro：用于只读操作，比如 SELECT。
mysql.rw：用于读写操作，比如 INSERT、UPDATE、DELETE。

这两个存储过程都接受一个 Protobuf 消息作为输入，并返回一个 Protobuf 消息作为输出。消息的定义在 MySQL 的源代码里，你可以在 sql/sql_table.h 文件中找到。

第三部分：环境搭建与准备

在使用 MySQL Protobuf 接口之前，你需要先准备好以下环境：

MySQL 服务器 (5.7 或更高版本): 这个就不用多说了吧，没有 MySQL，玩个锤子。
Protobuf 编译器 (protoc): 用于编译 .proto 文件，生成各种语言的代码。
对应语言的 Protobuf 库: 比如 Java 的 protobuf-java，Python 的 protobuf。
MySQL Connector/J 或其他语言的 MySQL 连接器: 用于连接 MySQL 服务器。

这里以 Java 为例，演示如何搭建环境：

安装 Protobuf 编译器:
- 下载地址：https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases
- 下载对应操作系统的版本，解压后将 protoc 可执行文件添加到 PATH 环境变量中。

安装 Protobuf Java 库:

在 Maven 项目中，添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>com.google.protobuf</groupId>
    <artifactId>protobuf-java</artifactId>
    <version>3.21.12</version> <!-- 使用最新版本 -->
</dependency>

安装 MySQL Connector/J:

在 Maven 项目中，添加以下依赖：

<dependency>
    <groupId>com.mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>8.0.33</version> <!-- 使用最新版本 -->
</dependency>

第四部分：定义 Protobuf 消息

在使用 MySQL Protobuf 接口之前，你需要先定义 Protobuf 消息。这些消息用于描述你要执行的 SQL 语句和返回的结果。

MySQL 官方提供了一些 .proto 文件，定义了常用的消息类型。你可以在 MySQL 的源代码里找到这些文件，通常位于 sql/ 目录下。

常用的消息类型包括：

Mysqlx.Sql.StmtExecute: 用于执行 SQL 语句。
Mysqlx.Resultset: 用于表示查询结果集。
Mysqlx.Error: 用于表示错误信息。

为了方便演示，我们创建一个简单的 user.proto 文件，用于描述用户表：

syntax = "proto3";

package demo;

option java_package = "com.example.protobuf";
option java_outer_classname = "UserProto";

message User {
  int32 id = 1;
  string name = 2;
  string email = 3;
}

message UserRequest {
    string sql = 1;
    repeated Mysqlx.Datatypes.Any args = 2;
}

message UserResponse {
    repeated User users = 1;
    Mysqlx.Error error = 2;
}

import "mysqlx.proto";

解释一下：

syntax = "proto3";：指定 Protobuf 的版本。
package demo;：指定包名，用于避免命名冲突。
option java_package = "com.example.protobuf";：指定 Java 代码的包名。
option java_outer_classname = "UserProto";：指定 Java 类的类名。
message User：定义一个消息类型，包含 id、name、email 三个字段。
int32 id = 1;：定义一个 int32 类型的字段，字段名为 id，字段编号为 1。字段编号用于标识字段，在序列化和反序列化时使用。
string name = 2;：定义一个 string 类型的字段，字段名为 name，字段编号为 2。
string email = 3;：定义一个 string 类型的字段，字段名为 email，字段编号为 3。
UserRequest: 封装了sql语句和参数
UserResponse:封装了返回的User对象和error对象
import "mysqlx.proto";：导入 MySQL 官方提供的 mysqlx.proto 文件，该文件定义了 MySQL 特有的消息类型。

保存好 user.proto 文件后，使用 Protobuf 编译器编译它，生成 Java 代码：

protoc --java_out=. user.proto

这条命令会在当前目录下生成 com/example/protobuf/UserProto.java 文件。

第五部分：Java 代码实现 CRUD 操作

接下来，我们用 Java 代码来实现 CRUD 操作。

1. 连接 MySQL 服务器

import java.sql.*;
import com.google.protobuf.ByteString;
import com.example.protobuf.UserProto;
import com.example.protobuf.UserProto.User;
import com.example.protobuf.UserProto.UserRequest;
import com.example.protobuf.UserProto.UserResponse;
import com.mysql.cj.x.protobuf.Mysqlx;
import com.mysql.cj.x.protobuf.Mysqlx.Datatypes;
import com.google.protobuf.Any;

public class ProtobufExample {

    private static final String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/testdb";
    private static final String DB_USER = "root";
    private static final String DB_PASSWORD = "password";

    public static void main(String[] args) {
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, DB_USER, DB_PASSWORD)) {
            // 创建用户表
            createUserTable(conn);

            // 插入用户
            insertUser(conn, "Alice", "[email protected]");
            insertUser(conn, "Bob", "[email protected]");

            // 查询用户
            queryUsers(conn);

            // 更新用户
            updateUser(conn, 1, "Alice Updated", "[email protected]");

            // 查询用户
            queryUsers(conn);

            // 删除用户
            deleteUser(conn, 2);

            // 查询用户
            queryUsers(conn);

        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void createUserTable(Connection conn) throws SQLException {
        String sql = "CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, name VARCHAR(255), email VARCHAR(255))";
        try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
            stmt.execute(sql);
            System.out.println("Table 'users' created successfully.");
        }
    }

    private static void insertUser(Connection conn, String name, String email) throws SQLException {
        String sql = "INSERT INTO users (name, email) VALUES (?, ?)";
        Datatypes.Any nameAny = Datatypes.Any.newBuilder()
                .setType(Datatypes.Any.Type.STRING)
                .setString(name)
                .build();
        Datatypes.Any emailAny = Datatypes.Any.newBuilder()
                .setType(Datatypes.Any.Type.STRING)
                .setString(email)
                .build();

        UserRequest request = UserRequest.newBuilder()
                .setSql(sql)
                .addArgs(nameAny)
                .addArgs(emailAny)
                .build();

        byte[] responseBytes = executeQuery(conn, "mysql.rw", request.toByteArray());
        if (responseBytes != null) {
            UserResponse response = null;
            try{
                response = UserResponse.parseFrom(responseBytes);
            }catch (Exception e){
                System.out.println("插入失败，返回结果不是合法的UserResponse，可能没有权限调用mysql.rw，请检查是否授权");
            }

            if (response!= null && response.getError() != null && response.getError().getCode() != 0) {
                System.err.println("Error inserting user: " + response.getError().getMessage());
            } else {
                System.out.println("User inserted successfully.");
            }
        }else{
            System.out.println("插入失败，返回结果为空，请检查是否授权");
        }

    }

    private static void queryUsers(Connection conn) throws SQLException {
        String sql = "SELECT id, name, email FROM users";

        UserRequest request = UserRequest.newBuilder()
                .setSql(sql)
                .build();

        byte[] responseBytes = executeQuery(conn, "mysql.ro", request.toByteArray());

        if (responseBytes != null) {
            UserResponse response = UserResponse.parseFrom(responseBytes);

            if (response.getError() != null && response.getError().getCode() != 0) {
                System.err.println("Error querying users: " + response.getError().getMessage());
            } else {
                System.out.println("Users:");
                for (User user : response.getUsersList()) {
                    System.out.println("ID: " + user.getId() + ", Name: " + user.getName() + ", Email: " + user.getEmail());
                }
            }
        }else{
            System.out.println("查询失败，返回结果为空，请检查是否授权");
        }
    }

    private static void updateUser(Connection conn, int id, String name, String email) throws SQLException {
        String sql = "UPDATE users SET name = ?, email = ? WHERE id = ?";

        Datatypes.Any nameAny = Datatypes.Any.newBuilder()
                .setType(Datatypes.Any.Type.STRING)
                .setString(name)
                .build();

        Datatypes.Any emailAny = Datatypes.Any.newBuilder()
                .setType(Datatypes.Any.Type.STRING)
                .setString(email)
                .build();

        Datatypes.Any idAny = Datatypes.Any.newBuilder()
                .setType(Datatypes.Any.Type.V_SINT)
                .setVSint(id)
                .build();

        UserRequest request = UserRequest.newBuilder()
                .setSql(sql)
                .addArgs(nameAny)
                .addArgs(emailAny)
                .addArgs(idAny)
                .build();

        byte[] responseBytes = executeQuery(conn, "mysql.rw", request.toByteArray());

        if (responseBytes != null) {
            UserResponse response = null;
            try{
                response = UserResponse.parseFrom(responseBytes);
            }catch (Exception e){
                System.out.println("更新失败，返回结果不是合法的UserResponse，可能没有权限调用mysql.rw，请检查是否授权");
            }

            if (response!= null && response.getError() != null && response.getError().getCode() != 0) {
                System.err.println("Error updating user: " + response.getError().getMessage());
            } else {
                System.out.println("User updated successfully.");
            }
        }else{
            System.out.println("更新失败，返回结果为空，请检查是否授权");
        }
    }

    private static void deleteUser(Connection conn, int id) throws SQLException {
        String sql = "DELETE FROM users WHERE id = ?";

        Datatypes.Any idAny = Datatypes.Any.newBuilder()
                .setType(Datatypes.Any.Type.V_SINT)
                .setVSint(id)
                .build();

        UserRequest request = UserRequest.newBuilder()
                .setSql(sql)
                .addArgs(idAny)
                .build();

        byte[] responseBytes = executeQuery(conn, "mysql.rw", request.toByteArray());
        if (responseBytes != null) {
            UserResponse response = null;
            try{
                response = UserResponse.parseFrom(responseBytes);
            }catch (Exception e){
                System.out.println("删除失败，返回结果不是合法的UserResponse，可能没有权限调用mysql.rw，请检查是否授权");
            }

            if (response!= null && response.getError() != null && response.getError().getCode() != 0) {
                System.err.println("Error deleting user: " + response.getError().getMessage());
            } else {
                System.out.println("User deleted successfully.");
            }
        }else{
            System.out.println("删除失败，返回结果为空，请检查是否授权");
        }
    }

    private static byte[] executeQuery(Connection conn, String procedureName, byte[] requestBytes) throws SQLException {
        String sql = "CALL " + procedureName + "(?)";
        try (CallableStatement stmt = conn.prepareCall(sql)) {
            stmt.setBytes(1, requestBytes);
            stmt.execute();
            return stmt.getBytes(1);
        }
    }
}

代码解释：

DB_URL、DB_USER、DB_PASSWORD：数据库连接信息，请根据实际情况修改。
createUserTable(Connection conn)：创建用户表。
insertUser(Connection conn, String name, String email)：插入用户。
queryUsers(Connection conn)：查询用户。
updateUser(Connection conn, int id, String name, String email)：更新用户。
deleteUser(Connection conn, int id)：删除用户。
executeQuery(Connection conn, String procedureName, byte[] requestBytes)：执行存储过程。

2. 封装 Protobuf 消息

在执行 CRUD 操作之前，你需要先将 SQL 语句和参数封装成 Protobuf 消息。

插入用户: 将sql和参数封装成UserRequest，调用mysql.rw存储过程.
查询用户: 将sql封装成UserRequest，调用mysql.ro存储过程.
更新用户: 将sql和参数封装成UserRequest，调用mysql.rw存储过程.
删除用户: 将sql和参数封装成UserRequest，调用mysql.rw存储过程.

3. 执行存储过程

使用 CallableStatement 执行存储过程 mysql.ro 或 mysql.rw，并将 Protobuf 消息作为参数传递给存储过程。

4. 解析 Protobuf 消息

从存储过程的返回结果中解析 Protobuf 消息，获取查询结果或错误信息。

第六部分：安全注意事项

在使用 MySQL Protobuf 接口时，需要注意以下安全问题：

SQL 注入: Protobuf 接口虽然可以防止一部分 SQL 注入，但是仍然需要对输入参数进行严格的校验，避免恶意用户构造恶意的 SQL 语句。尤其是拼接sql语句时，更要注意。
权限控制: 需要对调用 mysql.ro 和 mysql.rw 存储过程的用户进行严格的权限控制，避免未授权的用户执行敏感操作。可以通过GRANT语句进行授权。
数据加密: 如果你的数据包含敏感信息，建议对数据进行加密，防止数据泄露。
错误处理: 需要对存储过程返回的错误信息进行处理，避免错误信息泄露敏感信息。

第七部分：优缺点分析

优点：

性能提升： Protobuf 相比于传统的文本格式（如JSON）体积更小，解析速度更快，可以提高网络传输和数据处理的效率。
类型安全： Protobuf 具有强类型特性，可以在编译时进行类型检查，减少运行时错误。
跨语言支持： Protobuf 支持多种编程语言，可以方便地实现跨语言的数据交互。
代码生成： Protobuf 编译器可以根据 .proto 文件自动生成各种语言的代码，简化开发工作。

缺点：

学习成本： 需要学习 Protobuf 的语法和使用方法，有一定的学习成本。
依赖 Protobuf 编译器： 需要安装 Protobuf 编译器，并在编译时生成代码。
实验性接口： MySQL Protobuf 接口仍然是实验性的，可能存在一些问题和限制。
调试困难： 二进制格式不如文本格式直观，调试起来比较困难。

第八部分：总结与展望

总的来说，MySQL Protobuf 接口是一个很有潜力的技术，它可以提高性能、增强类型安全、简化跨语言数据交互。虽然目前还处于实验阶段，但是随着 MySQL 的不断发展，相信 Protobuf 接口会越来越成熟。

几个 Tips：

可以考虑使用 Protobuf 接口来优化一些对性能要求较高的应用场景，比如高并发的 API 接口、大数据处理等。
在生产环境中使用时要谨慎评估，充分测试，并做好安全防护。
多关注 MySQL 官方的文档和社区，及时了解 Protobuf 接口的最新进展。
Protobuf可以和grpc结合起来使用，实现微服务之间的快速通信。

希望今天的讲座对大家有所帮助。以后有机会再和大家分享更多有趣的技术。谢谢大家！

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