JSON vs. XML vs. Protobuf vs. MessagePack vs. Parquet

데이터 직렬화 형식은 애플리케이션 간 데이터 교환의 핵심 요소이다.

세 가지 직렬화 형식은 각각 고유한 장단점이 있어 특정 사용 사례에 더 적합하다:

JSON은 웹 애플리케이션과 사람이 읽을 수 있는 인터페이스에 이상적이다. 단순성과 광범위한 지원이 특징이다.
XML은 복잡한 문서와 엔터프라이즈 시스템에 적합하다. 강력한 스키마 지원과 메타데이터 처리 능력이 있다.
Protobuf는 고성능 시스템과 마이크로서비스 아키텍처에 최적화되어 있다. 속도와 효율성이 중요한 경우에 탁월하다.

선택은 프로젝트 요구사항, 팀 전문성, 상호운용성 요구사항, 성능 고려사항에 따라 달라질 수 있다. 단일 프로젝트 내에서도 다양한 부분에 서로 다른 형식을 사용하는 것이 적절할 수 있다.

개요 및 역사

JSON (JavaScript Object Notation)

JSON은 2001년 Douglas Crockford가 개발한 경량 데이터 교환 형식이다.
JavaScript에서 파생되었지만 현재는 언어 독립적인 형식으로 사용된다. 사람이 읽고 쓰기 쉬우며, 기계가 파싱하고 생성하기 쉽다.

XML (eXtensible Markup Language)

XML은 1996년에 W3C에서 개발한 마크업 언어로, SGML(Standard Generalized Markup Language)에서 파생되었다. 문서 구조화와 데이터 표현을 위해 설계되었으며, 확장성과 유연성이 특징이다.

Protobuf (Protocol Buffers)

Protobuf는 2008년 Google에서 개발한 이진 직렬화 형식이다. 구조화된 데이터를 직렬화하기 위한 효율적이고 플랫폼 중립적인 메커니즘으로 설계되었다. 다양한 프로그래밍 언어에서 사용할 수 있다.

구문과 구조

JSON

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{
  "person": {
    "name": "홍길동",
    "age": 30,
    "isStudent": false,
    "courses": ["수학", "과학", "역사"],
    "address": {
      "city": "서울",
      "zipcode": "12345"
    }
  }
}

JSON은 키-값 쌍으로 구성되며, 객체, 배열, 문자열, 숫자, 불리언, null 값을 지원한다.
구문이 단순하고 중첩 구조를 쉽게 표현할 수 있다.

XML

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<person>
  <name>홍길동</name>
  <age>30</age>
  <isStudent>false</isStudent>
  <courses>
    <course>수학</course>
    <course>과학</course>
    <course>역사</course>
  </courses>
  <address>
    <city>서울</city>
    <zipcode>12345</zipcode>
  </address>
</person>

XML은 태그와 속성을 사용하여 데이터를 구조화한다. 문서 유형 정의(DTD)나 XML 스키마(XSD)를 통해 엄격한 유효성 검사가 가능하다. 또한 네임스페이스를 지원하여 이름 충돌 문제를 해결한다.

Protobuf

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syntax = "proto3";

message Person {
  string name = 1;
  int32 age = 2;
  bool is_student = 3;
  repeated string courses = 4;
  Address address = 5;
  
  message Address {
    string city = 1;
    string zipcode = 2;
  }
}

Protobuf는 .proto 파일에 스키마를 정의한 후, 컴파일러를 통해 다양한 언어의 코드로 생성된다.
필드 번호를 사용하여 데이터를 식별하며, 이진 형식으로 직렬화되어 텍스트로는 직접 읽을 수 없다.

성능 비교

파일 크기

Protobuf: 가장 작은 파일 크기 (이진 형식)
JSON: 중간 크기 (간결한 텍스트 형식)
XML: 가장 큰 파일 크기 (태그 중복 및 메타데이터로 인해)

Google의 내부 테스트에 따르면, 동일한 데이터를 표현할 때 Protobuf는 XML보다 약 3~~10배 작고, JSON보다 약 1.5~~3배 작다.

처리 속도

Protobuf: 가장 빠른 처리 속도 (이진 형식, 정적 타입)
JSON: 중간 처리 속도 (간단한 파싱)
XML: 가장 느린 처리 속도 (복잡한 DOM 파싱)

특히 대규모 데이터셋에서 Protobuf는 XML보다 약 20~~100배, JSON보다 약 2~~10배 빠른 처리 속도를 보인다. 이는 네트워크 대역폭과 CPU 사용량 감소로 이어진다.

유연성 및 확장성

스키마 정의

JSON: 스키마 선택적 (JSON Schema 이용 가능)
XML: 강력한 스키마 지원 (DTD, XSD)
Protobuf: 필수 스키마 정의 (.proto 파일)

버전 관리

JSON: 명시적 버전 관리 메커니즘 없음
XML: 네임스페이스를 통한 버전 관리 가능
Protobuf: 내장된 버전 관리 메커니즘 (필드 번호 보존)

Protobuf는 필드 번호를 통해 하위 호환성을 유지하며 새 필드를 추가하거나 기존 필드를 삭제할 수 있다. 이는 진화하는 API에 이상적이다.

사용 편의성

가독성

JSON: 높은 가독성 (간결한 구문)
XML: 중간 가독성 (태그 구조가 복잡할 수 있음)
Protobuf: 낮은 가독성 (이진 형식)

디버깅

JSON: 쉬운 디버깅 (텍스트 기반)
XML: 중간 디버깅 난이도 (복잡한 구조)
Protobuf: 어려운 디버깅 (이진 형식, 도구 필요)

학습 곡선

JSON: 낮은 학습 곡선 (간단한 구문)
XML: 중간 학습 곡선 (태그, 속성, 네임스페이스)
Protobuf: 높은 학습 곡선 (스키마 정의, 컴파일 단계)

생태계 및 지원

언어 지원

JSON: 거의 모든 프로그래밍 언어 지원
XML: 광범위한 언어 지원
Protobuf: 주요 언어 지원 (C++, Java, Python, Go 등)

도구

JSON: 풍부한 도구 (파서, 검증기, 편집기)
XML: 광범위한 도구 (DOM/SAX 파서, XSLT, XPath)
Protobuf: 제한된 도구 (주로 Google 제공)

표준화

JSON: ECMA-404, RFC 8259 표준
XML: W3C 표준
Protobuf: 공식 표준 아님 (Google 명세)

적합한 사용 사례

JSON

웹 API (REST, GraphQL)
프론트엔드 데이터 교환
구성 파일
사람이 읽을 수 있어야 하는 데이터

XML

문서 중심 애플리케이션 (DOCX, SVG)
엔터프라이즈 시스템 (SOAP, WSDL)
복잡한 스키마와 네임스페이스가 필요한 경우
메타데이터가 중요한 경우

Protobuf

마이크로서비스 간 통신 (gRPC)
고성능 데이터 스토리지
대규모 데이터셋 처리
대역폭이나 처리 시간이 중요한 경우

주요 비교 요약

특성	JSON	XML	Protobuf
형식	텍스트	텍스트	이진
개발	Douglas Crockford, 2001	W3C, 1996	Google, 2008
구문	간결한 키-값	태그 기반	스키마 정의
파일 크기	중간	큼	작음
처리 속도	중간	느림	빠름
가독성	높음	중간	낮음
스키마	선택적	지원 (DTD, XSD)	필수 (.proto)
버전 관리	제한적	네임스페이스 이용	내장 지원
언어 독립성	높음	높음	높음
학습 곡선	낮음	중간	높음
표준화	ECMA, RFC	W3C	비공식
주요 사용 사례	웹 API, 구성	문서, 엔터프라이즈	마이크로서비스, 빅데이터
데이터 검증	JSON Schema	XSD, DTD	컴파일 시점
네임스페이스	미지원	지원	패키지 개념 지원
주석	미지원	지원	.proto 파일에만 지원
인코딩	UTF-8 일반적	다양한 인코딩 지원	이진