I
Ilya_MJune 6, 2018, 4:07 p.m.

Сериализация В и Для Qt

В первой части серии статей , автор рассмотрел проблему настройки и объединения сообщений и уменьшения их нагрузки в рамках телеметрических датчиков.

Эта часть посвящена полезной нагрузке от сообщений и её оптимизации.

Существует множество методов сериализации объекта с помощью Qt . В первой части серии статей мы использовали JSON . Для этого вся информация о датчике хранится в QJsonObject , а QJsonDocument заботится о потоке значений в QByteArray.

QJsonObject jobject;

jobject[ "SensorID" ] = m_id;
jobject[ "AmbientTemperature" ] = m_ambientTemperature;
jobject[ "ObjectTemperature" ] = m_objectTemperature;
jobject[ "AccelerometerX" ] = m_accelerometerX;
jobject[ "AccelerometerY" ] = m_accelerometerY;
jobject[ "AccelerometerZ" ] = m_accelerometerZ;
jobject[ "Altitude" ] = m_altitude;
jobject[ "Light" ] = m_light;
jobject[ "Humidity" ] = m_humidity;

QJsonDocument doc( jobject );

return doc.toJson();

JSON имеет несколько преимуществ:

  • текстовый JSON является описательным, что делает его читаемым для людей;
  • и нформация структурирована ;
  • обмен основной информации прост и понятен;
  • JSON позволяет расширять сообщения дополнительными значениями;
  • существует множество решений для восприятия и анализа JSON в облачных решениях.

Однако этот подход имеет некоторые ограничения. Во-первых, создание сообщения JSON может быть тяжелой операцией, занимающей много циклов. Бенчмарк второй части тестирования показывает что сериализация и десериализация 10.000 сообщений занимает около 263 мс. Это может быть не похоже на значительное число сообщений, но в этом контексте время соответствует энергии. Это может существенно воздействовать на датчик который предназначен для его использования без зарядки длительное время.

Другой аспект состоит в том, что полезная нагрузка для сообщения MQTT на обновление датчика составляет 346 байт. Учитывая, что датчик отправляет только восемь дублей и одну ограниченную строку, это может быть потенциально большими затраты вычислительных ресурсов.

внутри комментариев предыдущего поста рекомендовано использовать QJsonDocument : Compact (компакт), который уменьшает размер полезной нагрузки, в среднем до 290 байт

Как это можно улучшить?

Как большинство из вас знает, существует также двоичный JSON, который может уменьшить читаемость, но все другие аспекты по-прежнему актуальны. Главное в проведении бенчмарков  то,  что простой переключатель doc.toJson  в doc.toBinaryData удвоит скорость теста, сократив итерацию бенчмарка до 125 миллисекунд.

Проверив нагрузку , размер сообщений составляет 338 байт, разница почти незаметна. Однако это может измениться в различных сценариях, например, если  добавить больше строк внутри сообщения.

В зависимости от требований возможно добавлять сторонние проекты и  другие возможности.

В случае если проект находится !в рамках мира Qt", весь поток данных определён и не изменяется QDataStream , является возможным вариантом .

Добавляем поддержку для  этого в класс SensorInformation, что требует добавления  двух операторов.

QDataStream &operator<<(QDataStream &, const SensorInformation &);
QDataStream &operator>>(QDataStream &, SensorInformation &);

Реализация довольно проста, ниже показан пример сериализации:

QDataStream &operator<<(QDataStream &out, const SensorInformation &item)
{
    QDataStream::FloatingPointPrecision prev = out.floatingPointPrecision();
    out.setFloatingPointPrecision(QDataStream::DoublePrecision);
    out << item.m_id
        << item.m_ambientTemperature
        << item.m_objectTemperature
        << item.m_accelerometerX
        << item.m_accelerometerY
        << item.m_accelerometerZ
        << item.m_altitude
        << item.m_light
        << item.m_humidity;
    out.setFloatingPointPrecision(prev);
    return out;
}

При использовании QDataStream время бенчмарка составило 26 миллисекунд, что почти в 10 раз быстрее чем текстовый JSON. Кроме того, средний размер сообщения составляет всего 84 байта по сравнению с 290. Следовательно, если вышеуказанные ограничения приемлемы, QDataStream, является хорошим вариантом решения поставленной задачи.

Если проект позволяет добавлять дополнительные сторонние компоненты, одним из наиболее известных решений сериализации является протокол буферов Google (protobuf).

Чтобы добавить protobuf в наше решение, нужно сделать пару изменений. Во-первых, protobuf использует IDL для описания структур данных или сообщений. Тогда, разработка сенсора информации:

syntax = "proto2" ;

package serialtest;

message Sensor {
    required string id = 1;
    required double ambientTemperature = 2;
    required double objectTemperature = 3;
    required double accelerometerX = 4;
    required double accelerometerY = 5;
    required double accelerometerZ = 6;
    required double altitude = 7;
    required double light = 8;
    required double humidity = 9;
}

Чтобы добавить генератор кода protobuf (протокол) в проект qmake, необходимо добавить дополнительный шаг компилятора, подобный этому:

PROTO_FILE = sensor.proto
protoc.output = $${OUT_PWD}/${QMAKE_FILE_IN_BASE}.pb.cc
protoc.commands = $${PROTO_PATH}/bin/protoc -I=$$relative_path($${PWD}, $${OUT_PWD}) --cpp_out=. ${QMAKE_FILE_NAME}
protoc.variable_out = GENERATED_SOURCES
protoc.input = PROTO_FILE
QMAKE_EXTRA_COMPILERS += protoc

Затем, чтобы иметь сопоставимый бенчмарк с точки зрения размера объекта, сгенерированна структура используемая в качестве члена для класса SensorInformationProto, который наследует QObject, как и для примера QDataStream и JSON

class SensorInformationProto : public QObject
{
    Q_OBJECT
    Q_PROPERTY( double ambientTemperature READ ambientTemperature WRITE 
    setAmbientTemperature NOTIFY ambientTemperatureChanged)
[...]

public :
    SensorInformationProto( const std::string &pr);
[...]

    std::string serialize() const ;
[...]

private :
    serialtest::Sensor m_protoInfo;
};

Функция сериализации proto Info генерируется протоколом, поэтому шаг создания передаваемой полезной нагрузки выглядит следующим образом:

std::string SensorInformationProto::serialize() const
{
    std::string res;
    m_protoInfo.SerializeToString(&res);
    return res;
}

Обратите внимание, что по сравнению с предыдущими решениями protobuf использует STD строку. Это означает, что вы теряете возможности QString, если строка не хранится в виде массива байтов (требуется ручное преобразование). Опять же, это замедлит весь процесс из-за разбора.

С точки зрения эффективности результаты контрольных показателей выглядят многообещающими. Бенчмарк с 10.000 элементов занимает всего 5 мс со средним размером сообщения 82 байта.

Как вывод, следующая таблица показывает различные подходы к сериализации:

Размер полезной нагрузки

Время (мс)

JSON (текстовый)

346

263

JSON (двоичный)

338

125

QDataStream

84

26

Protobuf

82

5

Одной из перспективных альтернатив является CBOR, который в настоящее время реализуется Thiago Macieira для Qt 5.12. Однако, поскольку процесс разработки продолжается, еще слишком рано его включать его в эту статью. Из обсуждений результаты выглядят многообещающими,  со значительным производительностью по сравнению с JSON,  и со всеми его преимуществами.

В статье были показаны различные подходы к сериализации данных в полезные данные сообщений MQTT. Это может быть сделано исключительно внутри Qt или с помощью внешних решений (например, protobuf). Интеграция внешних решений в Qt проста.

Стоить отметить, что все варианты сериализации которые были проведены с помощью бенчмарка , проводились с малым количеством данных в сообщении, и если число данных будет больше по размеру, результаты могут отличаться, и различные подходы могут привести к лучшим результатам.

We recommend hosting TIMEWEB
We recommend hosting TIMEWEB
Stable hosting, on which the social network EVILEG is located. For projects on Django we recommend VDS hosting.

Comments

Only authorized users can post comments.
Please, Log in or Sign up
How to become an author?

Contribute to the evolution of the EVILEG community.

Learn how to become a site author.

Learn it
Donate

Good day, Dear Users!!!

I am Evgenii Legotckoi, developer of EVILEG. And it is my hobby project, which helps to learn programming another programmers and developers

If the site helped you, and you want also support the development of the site, than you can donate by following ways

PayPalYandex.Money
Timeweb

Let me recommend you the excellent hosting on which EVILEG is located.

For many years, Timeweb has been proving his stability.

For projects on Django I recommend VDS hosting

View Hosting
IP

C++ - Test 005. Structures and Classes

  • Result:66points,
  • Rating points-1
VG

C++ - Тест 003. Условия и циклы

  • Result:64points,
  • Rating points-1
VG

C++ - Test 005. Structures and Classes

  • Result:83points,
  • Rating points4
Last comments
R

Qt WinAPI - Lesson 001. How to collect all DLL, which used in Qt project?

Не думал, что так оперативно ответите. Спасибо большое, буду ждать! =)

Qt WinAPI - Lesson 001. How to collect all DLL, which used in Qt project?

Да помнится так были проблемы при сборке MinGW я вроде исправил но на гит не закомитил. Если завтра будет время займусь.
R

Qt WinAPI - Lesson 001. How to collect all DLL, which used in Qt project?

Добрый день. Вы писали, что под х64 нужно пересобрать проект, при сборке появляются ошибки типа C:\SRC\LibraryCollector-lc_js\LibraryCollector-lc_js\wrappers\dir.cpp:149: ошибка: invalid co…

Компьютерная геометрия с Qt Creator

Вы очень сильно заблуждаетесь. Вот формула для расчёта отражённого вектора. Расчёт углов через косинусы и синусы не требуется от слова совсем . Подробнее обсуждение в этом…

Компьютерная геометрия с Qt Creator

Скалярная математика и тригонометрия - суть одно и тоже. Просто разные языки описания одного предмета. В конечном итоге для расчёта коэффициента отражения нужно знать косинус угла падения. …
Now discuss on the forum

Счечик производительности сети

Хорошо. После работы сегодня гляну ваш код внимательно.

QWebEngineView не запускается если к ПК подключено несколько мониторов

Добрый день. Попробуйте запустить приложение на другом ПК с другой графической картой. Может быть баг в OpenGL. Если запустится, то искать способ правильно инициализировать OpenGL конт…

Qt C++ и Python

Если вы хотите использовать Qt и Python. То используйте PyQt5 (неофициальная библиотека привязок из Python к Qt) или PySide2 (официально поддерживаемая бибилотека привязок из Python к Qt). …

Как в Qt в qmenu добавить scrollarea

Вот это наследованный класс меню. Но посути это обычное меню. #pragma once#include <QtWidgets>class TransMenu : public QMenu { Q_OBJECTpublic: TransMenu(QWidget* parent = …

OpenCV Android

нет, Вы берете исходники и под свою систему собираете библиотеки OpenCV(в сети полно инструкций), а потом уже эти библиотеки подключаете к совему Android проекту
About
Services
© EVILEG 2015-2020
Recommend hosting TIMEWEB