詳解golang中bufio包的實(shí)現(xiàn)原理

最近用golang寫了一個(gè)處理文件的腳本，由于其中涉及到了文件讀寫，開始使用golang中的 io 包，后來發(fā)現(xiàn)golang 中提供了一個(gè)bufio的包，使用這個(gè)包可以大幅提高文件讀寫的效率，于是在網(wǎng)上搜索同樣的文件讀寫為什么bufio 要比io的讀寫更快速呢？根據(jù)網(wǎng)上的資料和閱讀源碼，以下來詳細(xì)解釋下bufio的高效如何實(shí)現(xiàn)的。

bufio 包介紹 

bufio包實(shí)現(xiàn)了有緩沖的I/O。它包裝一個(gè)io.Reader或io.Writer接口對象，創(chuàng)建另一個(gè)也實(shí)現(xiàn)了該接口，且同時(shí)還提供了緩沖和一些文本I/O的幫助函數(shù)的對象。

以上為官方包的介紹，在其中我們能了解到的信息如下：

bufio 是通過緩沖來提高效率

簡單的說就是，把文件讀取進(jìn)緩沖（內(nèi)存）之后再讀取的時(shí)候就可以避免文件系統(tǒng)的io 從而提高速度。同理，在進(jìn)行寫操作時(shí)，先把文件寫入緩沖（內(nèi)存），然后由緩沖寫入文件系統(tǒng)。看完以上解釋有人可能會表示困惑了，直接把 內(nèi)容->文件 和 內(nèi)容->緩沖->文件相比， 緩沖區(qū)好像沒有起到作用嘛。其實(shí)緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)是為了存儲多次的寫入，最后一口氣把緩沖區(qū)內(nèi)容寫入文件。下面會詳細(xì)解釋

bufio 封裝了io.Reader或io.Writer接口對象，并創(chuàng)建另一個(gè)也實(shí)現(xiàn)了該接口的對象

io.Reader或io.Writer 接口實(shí)現(xiàn)read() 和 write() 方法，對于實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口的對象都是可以使用這兩個(gè)方法的

bufio 包實(shí)現(xiàn)原理

bufio 源碼分析

Reader對象

bufio.Reader 是bufio中對io.Reader 的封裝

// Reader implements buffering for an io.Reader object.
type Reader struct {
  buf     []byte
  rd      io.Reader // reader provided by the client
  r, w     int    // buf read and write positions
  err     error
  lastByte   int
  lastRuneSize int
}

bufio.Read(p []byte) 相當(dāng)于讀取大小len(p)的內(nèi)容，思路如下：

1. 當(dāng)緩存區(qū)有內(nèi)容的時(shí)，將緩存區(qū)內(nèi)容全部填入p并清空緩存區(qū)
2. 當(dāng)緩存區(qū)沒有內(nèi)容的時(shí)候且len(p)>len(buf),即要讀取的內(nèi)容比緩存區(qū)還要大，直接去文件讀取即可
3. 當(dāng)緩存區(qū)沒有內(nèi)容的時(shí)候且len(p)len(buf),即要讀取的內(nèi)容比緩存區(qū)小，緩存區(qū)從文件讀取內(nèi)容充滿緩存區(qū)，并將p填滿（此時(shí)緩存區(qū)有剩余內(nèi)容）
4. 以后再次讀取時(shí)緩存區(qū)有內(nèi)容，將緩存區(qū)內(nèi)容全部填入p并清空緩存區(qū)（此時(shí)和情況1一樣）

以下是源碼

// Read reads data into p.
// It returns the number of bytes read into p.
// The bytes are taken from at most one Read on the underlying Reader,
// hence n may be less than len(p).
// At EOF, the count will be zero and err will be io.EOF.
func (b *Reader) Read(p []byte) (n int, err error) {
  n = len(p)
  if n == 0 {
    return 0, b.readErr()
  }
  if b.r == b.w {
    if b.err != nil {
      return 0, b.readErr()
    }
    if len(p) >= len(b.buf) {
      // Large read, empty buffer.
      // Read directly into p to avoid copy.
      n, b.err = b.rd.Read(p)
      if n  0 {
        panic(errNegativeRead)
      }
      if n > 0 {
        b.lastByte = int(p[n-1])
        b.lastRuneSize = -1
      }
      return n, b.readErr()
    }
    // One read.
    // Do not use b.fill, which will loop.
    b.r = 0
    b.w = 0
    n, b.err = b.rd.Read(b.buf)
    if n  0 {
      panic(errNegativeRead)
    }
    if n == 0 {
      return 0, b.readErr()
    }
    b.w += n
  }

  // copy as much as we can
  n = copy(p, b.buf[b.r:b.w])
  b.r += n
  b.lastByte = int(b.buf[b.r-1])
  b.lastRuneSize = -1
  return n, nil
}

說明：

reader內(nèi)部通過維護(hù)一個(gè)r, w 即讀入和寫入的位置索引來判斷是否緩存區(qū)內(nèi)容被全部讀出

Writer對象

bufio.Writer 是bufio中對io.Writer 的封裝

// Writer implements buffering for an io.Writer object.
type Writer struct {
  err error
  buf []byte
  n  int
  wr io.Writer
}

bufio.Write(p []byte) 的思路如下

1. 判斷buf中可用容量是否可以放下 p
2. 如果能放下，直接把p拼接到buf后面，即把內(nèi)容放到緩沖區(qū)
3. 如果緩沖區(qū)的可用容量不足以放下，且此時(shí)緩沖區(qū)是空的，直接把p寫入文件即可
4. 如果緩沖區(qū)的可用容量不足以放下，且此時(shí)緩沖區(qū)有內(nèi)容，則用p把緩沖區(qū)填滿，把緩沖區(qū)所有內(nèi)容寫入文件，并清空緩沖區(qū)
5. 判斷p的剩余內(nèi)容大小能否放到緩沖區(qū)，如果能放下（此時(shí)和步驟1情況一樣）則把內(nèi)容放到緩沖區(qū)
6. 如果p的剩余內(nèi)容依舊大于緩沖區(qū)，（注意此時(shí)緩沖區(qū)是空的，情況和步驟2一樣）則把p的剩余內(nèi)容直接寫入文件

以下是源碼

// Write writes the contents of p into the buffer.
// It returns the number of bytes written.
// If nn  len(p), it also returns an error explaining
// why the write is short.
func (b *Writer) Write(p []byte) (nn int, err error) {
  for len(p) > b.Available()  b.err == nil {
    var n int
    if b.Buffered() == 0 {
      // Large write, empty buffer.
      // Write directly from p to avoid copy.
      n, b.err = b.wr.Write(p)
    } else {
      n = copy(b.buf[b.n:], p)
      b.n += n
      b.flush()
    }
    nn += n
    p = p[n:]
  }
  if b.err != nil {
    return nn, b.err
  }
  n := copy(b.buf[b.n:], p)
  b.n += n
  nn += n
  return nn, nil
}

說明：

b.wr 存儲的是一個(gè)io.writer對象，實(shí)現(xiàn)了Write()的接口，所以可以使用b.wr.Write(p) 將p的內(nèi)容寫入文件

b.flush() 會將緩存區(qū)內(nèi)容寫入文件，當(dāng)所有寫入完成后，因?yàn)榫彺鎱^(qū)會存儲內(nèi)容，所以需要手動(dòng)flush()到文件

b.Available() 為buf可用容量，等于len(buf) - n

下圖解釋的是其中一種情況，即緩存區(qū)有內(nèi)容，剩余p大于緩存區(qū)

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。