Сравнение форматов сериализации данных: JSON, Protobuf, MessagePack

Сериализация преобразует структуры данных в формат, который можно сохранить или передать, а затем восстановить. Выбор формата влияет на производительность, размер полезной нагрузки, совместимость и удобство разработки. В этом руководстве сравниваются наиболее популярные варианты.

Обзор форматов

JSON: универсальный выбор по умолчанию

JSON — наиболее широко используемый формат сериализации, нативно поддерживаемый в браузерах и практически во всех языках программирования.

{
  "name": "Alice",
  "age": 30,
  "roles": ["admin", "editor"],
  "active": true
}

Сильные стороны: Универсальная поддержка, человекочитаемость, не требует схемы, отличная отладка. Слабые стороны: Многословность, нет поддержки бинарных данных, нет принудительной схемы, медленнее бинарных форматов. Размер: Этот пример = 74 байта.

Форматируйте JSON с помощью нашего JSON Форматирования.

Protocol Buffers (Protobuf)

Бинарный формат сериализации от Google. Требует определения схемы:

message User {
  string name = 1;
  int32 age = 2;
  repeated string roles = 3;
  bool active = 4;
}

Сильные стороны: Очень компактный, очень быстрый, строгая типизация через схему, обратная/прямая совместимость, генерация кода. Слабые стороны: Не человекочитаемый, требует определения схемы, требует этапа генерации кода, отладка сложнее. Размер: Те же данные ≈ 28 байт (на 62% меньше JSON).

MessagePack

Бинарный формат, структурно эквивалентный JSON — те же типы, схема не требуется:

const msgpack = require('msgpack-lite');
const packed = msgpack.encode({name: "Alice", age: 30, roles: ["admin", "editor"], active: true});
// Результат: Buffer размером ~45 байт

Сильные стороны: Прямая замена JSON (та же модель данных), меньше JSON, быстрее парсинг, схема не нужна. Слабые стороны: Не человекочитаемый, менее компактный, чем Protobuf, нет валидации по схеме. Размер: Те же данные ≈ 45 байт (на 39% меньше JSON).

CBOR (Concise Binary Object Representation)

Стандарт IETF (RFC 8949) для бинарных данных. Похожие цели, как у MessagePack, но с дополнительными возможностями:

Сильные стороны: Стандарт IETF, поддержка тегов для расширенных типов (даты, BigInt), детерминированное кодирование, хорошо подходит для устройств с ограниченными ресурсами (IoT). Слабые стороны: Меньшая экосистема, чем у MessagePack, не человекочитаемый. Размер: Аналогичен MessagePack.

Apache Avro

Активно используется в экосистемах больших данных (Hadoop, Kafka):

Сильные стороны: Эволюция схемы (безопасное добавление/удаление полей), компактное кодирование, встроенная компрессия, отлично подходит для потоковых данных. Слабые стороны: Требует схему как для чтения, так и для записи, менее подходит для API типа запрос-ответ. Размер: Очень компактный, когда схема передаётся отдельно.

Сравнение производительности

Бенчмарки варьируются в зависимости от реализации, но типичная относительная производительность:

Фактические цифры сильно зависят от структуры данных, реализации на конкретном языке и того, амортизируется ли компиляция схемы.

Выбор правильного формата

Используйте JSON, когда:

• Создаёте веб-API (нативная поддержка в браузерах)
• Человекочитаемость важна (файлы конфигурации, отладка)
• Совместимость — приоритет (каждый язык поддерживает JSON)
• Нужна гибкость схемы (различающиеся структуры документов)

Используйте Protobuf, когда:

• Производительность критична (высоконагруженные сервисы)
• Требуется строгая типизация (принудительные схемы)
• Вы контролируете и производителя, и потребителя
• Используете gRPC для коммуникации между сервисами

Используйте MessagePack, когда:

• Хотите уменьшить объём данных без накладных расходов на схему
• Нужна прямая замена JSON
• Работаете с языками, хорошо поддерживающими MessagePack
• Redis или другие системы нативно используют MessagePack

Используйте Avro, когда:

• Работаете с конвейерами больших данных (Kafka, Hadoop)
• Важна эволюция схемы
• Данные хранятся долгосрочно (реестр схем помогает будущим читателям)

Для конвертации между текстовыми форматами наш конвертер JSON в YAML решает наиболее распространённые задачи конвертации.

FAQ

Можно ли использовать бинарные форматы в веб-браузерах?

Да, но с оговорками. MessagePack и CBOR имеют JavaScript-библиотеки, работающие в браузерах. Protobuf требует библиотеку protobufjs. Тем не менее JSON остаётся стандартом для веб-API, потому что имеет нативную поддержку в браузерах, работает с fetch и поддерживает отладку в DevTools.

Стоит ли переходить с JSON на Protobuf для моего API?

Только если вы измерили узкое место в производительности, вызванное сериализацией JSON. Для большинства веб-приложений JSON достаточно быстр, а преимущества для разработчика (читаемость, отладка, инструментарий) перевешивают выигрыш в производительности бинарных форматов. Protobuf блистает в высоконагруженной коммуникации между микросервисами, а не в типичных веб-API.

Связанные ресурсы

• JSON Форматирование — Форматируйте и валидируйте JSON
• YAML vs JSON — Сравнение текстовых форматов
• CSV vs JSON vs XML — Выбор формата обмена данными