【数据交换格式】网络socket编程温度采集智能存储与上报项目技术------JSON、TLV

作者简介： 一个平凡而乐于分享的小比特，中南民族大学通信工程专业研究生在读，研究方向无线联邦学习
擅长领域：驱动开发，嵌入式软件开发，BSP开发
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文章收录专栏：网络socket编程之温度采集智能存储与上报项目，本专栏为网络socket编程之温度采集智能存储与上报项目技术简介，实现流程分析
项目源码：https://gitee.com/TJF865975/project1_ds18b20，README部分包含项目功能及实现，欢迎大家Watch、Star、Fork。
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1.JSON格式

1.1 JSON格式简介

JSON是一种独立于语言和平台、轻量级的数据交换格式，全称JavaScript对象表示法（JavaScript Object Notation）。起初来源于JavaScript这门语言，后来随着使用的广泛，几乎每门开发语言都有处理JSON的API。

优点：易于人的阅读和编写，易于程序解析与生产。比XML更小、更快、更易解析。
JSON样例：首先一个花括号{}，整个代表一个对象，同时里面是一种Key-Value的存储形式，以逗号进行分割。

{"name": "林黛玉","sex": "女","parents": [{"father": "林如海","mother": "贾敏"}],"husband": null,"unmarried": true,"friends": [{"sex": "男","name": "贾宝玉"},{"sex": "女","name": "史湘云"},{"sex": "女","name": "贾探春"}]
}

1.2 JSON数据类型

数据结构：对象（Object）、数组（Array）。
基本类型：string（在双引号中），number（整点或浮点型），Boolean(true，false)，null。

1.2.1 对象Object

形式： {key:value, key:value…}
key：string类型；
value：任何基本类型或数据结构；

1.2.2 Array

形式： [value, value…]
value：任何基本类型或数据结构。
实例：

{"name": "林黛玉","sex": "女","talent": ["诗","棋",{"乐器": "古琴"}]
}

2.TLV格式

2.1 TLV格式简介

2.1.1 TLV格式演变

通常需要处理类似字节流的流式数据，那么会面临一个问题就是当数据流源源不断的传输，如何知道数据流中从哪个点开始到那个点结束是一个完整的数据呢？
定长记录
定义每个记录的固定长度。读方读取到了固定的长度之后，即认为获得了完整数据，每读取固定长度之后，就认定为获取了完整数据。

缺点：固定长度必须取最大数据大小，如果其中多数的数据比较的小，那么会造成空间浪费。

变长记录+分隔符
定义每个记录的固定长度。读方读取到了固定的长度之后，即认为获得了完整数据，每读取固定长度之后，就认定为获取了完整数据。

定长长度+变长记录
定义一个固定长度的块来作为记录头，该记录头用来存放后面记录的长度。记录头后始终跟着该块描述的长度的记录；每个记录头的长度都是固定的。
读方读取了记录头获取了记录长度，再读取对应长度的数据获得完整数据。

TLV格式

TLV是一种可变格式，意思就是：
Type类型， Lenght长度，Value值；
Type和Length的长度固定，一般那是2、4个字节（这里统一采用4个字节）；
Value的长度有Length指定；

基于定长长度+边长记录的方式，多加了一个类型字段。这样读方就可以根据不同类型的记录做不同的处理逻辑。

TLV优缺点：
优点：记录长度动态，节省空间与处理时间；可以针对不同类型的记录做不同的处理，可扩展性、简单易学、 跨语言特性
缺点：因为其增加了2个额外的冗余信息，tag 和len，特别是如果协议大部分是基本数据类型int ,short, byte. 会浪费几倍存储空间。另外Value具体是什么含义，需要通信双方事先得到描述文档，即TLV不具备结构化和自解释特性。

2.1.2 定长不定长

描述Value部分所占字节的个数，编码格式分两类：定长方式（DefiniteForm）和不定长方式（IndefiniteForm），其中定长方式又包括短形式与长形式。

• 短形式：
  
  字节第7位为0，表示Length使用1个字节即可满足Value类型长度的描述，范围在0~127之间的。
• 长形式：
  
  即Value类型的长度大于127时，Length需要多个字节来描述，这时第一个字节的第7位置为1，0~6位用来描述Length值占用的字节数，然后直将Length值转为byte后附在其后，如： Value大小占234个字节（11101010）,由于大于127，这时Length需要使用两个字节来描述，10000001 11101010

2.2 编码方法

1. 将类型type用htonl转换为网络字节顺序，指针偏移+4
2. 将长度length用htonl转换为网络字节顺序，指针偏移+4
3. 若值value数据类型为int、char、short，则将其转换为网络字节顺序，指针偏移+4；若值为字符串类型，写进后，指针偏移+length

重复上述三步，继续编码后面的 TLV 单元。

2.3 解码方法

1. 读取type 用ntohl转换为主机字节序得到类型，指针偏移+4
2. 读取lengh用ntohl转换为主机字节序得到长度；指针偏移+4
3. 根据得到的长度读取value，若value数据类型为int、char、short，用ntohl转换为主机字节序，指针偏移+4；若value数据类型为字符串类型，指针偏移+length

重复上述三步，继续读取后面的 TLV 单元。