【Golang】Go语言中缓冲bufio的原理解读与应用实战

news2024/10/10 8:48:10

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所属的专栏：Go语言开发零基础到高阶实战
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文章目录

  • Go语言中bufio
    • 一、bufio的基本概念和原理
    • 二、bufio的读操作
      • 1. 使用bufio.Reader读取文件内容
      • 2. 统计文件中字符、空格、数字和其他字符的数量
      • 3. 使用Scanner读取标准输入
    • 三、bufio的写操作
      • 1. 使用bufio.Writer写入文件内容
      • 2. 自定义io.Writer对象进行缓冲写
    • 四、bufio的缓冲区大小
      • 1. 默认缓冲区大小
      • 2. 自定义缓冲区大小

Go语言中bufio

bufio是Go语言标准库中的一个重要包，它提供了带缓冲的I/O操作，用于包装io.Reader或io.Writer对象，以减少I/O操作的次数，从而提高读写性能。本文将结合实际案例，详细讲解bufio在Go语言中的用法。
Go语言自带的IO操作包。bufio，使用这个包可以大幅提升文件的读写效率。
buf： 缓冲区.
io操作效率本身是还可以的，频繁访问本地磁盘文件（效率低）
所以说 bufio ，提供了一个缓冲区，读和写都先在缓冲区中，最后再一次性读取或者写入到文件里，降低访问本地磁盘的次数。
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一、bufio的基本概念和原理

bufio的主要作用是减少I/O操作的次数，提供读写性能。其工作原理是通过在内存中维护一个缓冲区，先将数据读入缓冲区，再从缓冲区中读取数据，从而减少对底层I/O设备的访问次数。

bufio的主要对象是缓冲区，操作主要有两个：读和写。读操作时，如果缓冲区为空，则从文件读取数据填满缓冲区；如果缓冲区不为空，则从缓冲区读取数据。写操作时，如果缓冲区未满，则将数据写入缓冲区；如果缓冲区已满，则将缓冲区的数据写入文件，并继续写入剩余的数据。

二、bufio的读操作

bufio的读操作主要通过bufio.Reader对象实现，它提供了多种读取数据的方法，如Read、ReadLine、ReadString等。

1. 使用bufio.Reader读取文件内容

下面是一个使用bufio.Reader读取文件内容的示例：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"io"
	"os"
)

func main() {
	// 打开文件
	file, err := os.Open("example.txt")
	if err != nil {
		fmt.Println("read file err:", err)
		return
	}
	defer file.Close() // 使用defer关闭文件

	// 创建bufio.Reader对象。借助bufio来读取文件内容
	// func NewReader(rd io.Reader) *Reader
	reader := bufio.NewReader(file)

	// 循环读取文件内容
	for {

		// 通过Read方法Read()读取文件
		//buf := make([]byte, 1024)
		//n, err := bufioReader.Read(buf)
		//fmt.Println("读取到了多少个字节：", n)
		//读取到的内容
		//fmt.Println("读取到的内容:",string(buf[:n]))

		//通过ReadString方法读取文件
		// func (b *Reader) ReadString(delim byte) (string, error)
		//参数是以什么作为分隔符。读取得到的是字符串
		//注意，最后一行后面要是没有换行符，读取不到
		str, err := reader.ReadString('\n') // 读取字符串，以换行符为分隔符
		if err == io.EOF {                  // 判断文件是否结尾
			break
		} else if err != nil { // 判断错误，打印错误
			fmt.Printf("read file failed, err:%v", err)
			break
		}
		//循环中逐行打印出读取的内容
		fmt.Printf("read string SuccessFull: %s\n", str) // 打印读取的文件内容
	}
}

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在这个示例中，我们首先使用os.Open函数打开文件，然后创建一个bufio.Reader对象，通过循环调用ReadString方法读取文件内容，每次读取一行。当遇到文件结尾时，ReadString方法会返回一个io.EOF错误，我们据此退出循环。

2. 统计文件中字符、空格、数字和其他字符的数量

下面是一个统计文件中字符、空格、数字和其他字符数量的示例：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"io"
	"os"
)

// CharCount 定义结构体
type CharCount struct {
	ChCount    int
	NumCount   int
	SpaceCount int
	OtherCount int
}

func main() {
	// 打开文件
	file, err := os.Open("example.txt")
	if err != nil {
		fmt.Println("read file err:", err)
		return
	}
	defer file.Close() // 使用defer关闭文件

	// 创建bufio.Reader对象
	reader := bufio.NewReader(file)

	var count CharCount

	// 循环读取文件内容
	for {
		//str, err := reader.ReadString('\n') // 读取字符串，以换行符为分隔符
		str, _, err := reader.ReadLine() // 按行读取，最后一行没有换行符也能读到
		if err == io.EOF {               // 判断文件是否结尾
			break
		}
		if err != nil { // 判断错误，打印错误
			fmt.Printf("read file failed, err:%v", err)
			break
		}

		//runeArr := []rune(str) // 将字符串转为切片类型
		runeArr := str // 将字符串转为切片类型
		fmt.Println("得到的数据是", string(runeArr))
		for _, v := range runeArr { // 循环读取数组
			switch {
			case v >= 'a' && v <= 'z': // 判断是不是小写字母
				fallthrough
			case v >= 'A' && v <= 'Z': // 判断是不是大写字母
				count.ChCount++
			case v == ' ' || v == '\t': // 判断是不是空格
				count.SpaceCount++
			case v >= '0' && v <= '9': // 判断是不是数字
				count.NumCount++
			default:
				count.OtherCount++
			}
		}
	}

	fmt.Printf("char count:%d\n", count.ChCount)
	fmt.Printf("num count:%d\n", count.NumCount)
	fmt.Printf("space count:%d\n", count.SpaceCount)
	fmt.Printf("other count:%d\n", count.OtherCount)
}

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3. 使用Scanner读取标准输入

下面是一个使用bufio.Scanner读取标准输入的示例：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 读取键盘的输入
	// 键盘的输入，实际上是流 os.Stdin
	inputReader := bufio.NewReader(os.Stdin)
	// delim 到哪里结束读取 以换行符作为分隔符，之言不换行就可以一直读
	readString, _ := inputReader.ReadString('\n')
	fmt.Println("读取键盘输入的信息:", readString)
}

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三、bufio的写操作

bufio的写操作主要通过bufio.Writer对象实现，它提供了多种写入数据的方法，如Write、WriteString、Flush等。

1. 使用bufio.Writer写入文件内容

下面是一个使用bufio.Writer写入文件内容的示例：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 打开文件句柄，以写的方式打开，如果文件不存在则创建
	file, err := os.OpenFile("F:\\goworks\\src\\jingtian\\yufa\\io操作\\bufio操作\\test_go_file.log",
		os.O_CREATE|os.O_WRONLY, 0644)
	if err != nil {
		fmt.Println("open file error:", err)
		return
	}
	defer file.Close() // 使用的defer语句关闭文件

	// 创建bufio.Writer对象
	fileWrite := bufio.NewWriter(file)

	inputStr := "Hello World ...\n"
	for i := 0; i < 10; i++ { // 循环写入数据
		fileWrite.WriteString(inputStr)
	}
	// 发现并没有写出到文件，是留在了缓冲区，所以我们需要调用 flush 刷新缓冲区
	// 必须手动刷新才能写入进文件
	fileWrite.Flush() // 刷新缓冲区，将数据写入文件
}

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在这个示例中，我们首先使用os.OpenFile函数打开文件，然后创建一个bufio.Writer对象，通过循环调用WriteString方法写入文件内容。最后，我们调用Flush方法刷新缓冲区，将数据写入文件。

2. 自定义io.Writer对象进行缓冲写

下面是一个自定义io.Writer对象进行缓冲写的示例：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"io"
	"strings"
)

// 自定义一个io.Writer对象
type StringWriter struct{}

func (s StringWriter) Write(p []byte) (n int, err error) {
	// 这里简单地将数据写入一个字符串变量（实际使用时，可以将其写入内存、文件等）
	fmt.Print(string(p))
	return len(p), nil
}

func main() {
	// 创建一个StringWriter对象
	sw := StringWriter{}

	// 创建一个bufio.Writer对象，并传入StringWriter对象
	writer := bufio.NewWriterSize(sw, 10)

	// 写入数据
	writer.WriteString("Hello, ")
	writer.WriteString("world!\n")

	// 刷新缓冲区，将数据写入StringWriter对象
	writer.Flush()
}

在这个示例中，我们自定义了一个StringWriter对象，它实现了io.Writer接口的Write方法。然后，我们创建一个bufio.Writer对象，并传入StringWriter对象。接着，我们调用WriteString方法写入数据，并调用Flush方法刷新缓冲区，将数据写入StringWriter对象。

四、bufio的缓冲区大小

在bufio包中，Reader和Writer对象都有默认的缓冲区大小，但你也可以根据需要自定义缓冲区大小。

1. 默认缓冲区大小

对于bufio.Reader和bufio.Writer，Go语言标准库为它们提供了默认的缓冲区大小。对于bufio.Reader，默认缓冲区大小通常是4096字节（4KB）；对于bufio.Writer，默认缓冲区大小也是4096字节（但在某些实现中可能略有不同，具体取决于底层操作系统的I/O性能）。

2. 自定义缓冲区大小

如果你需要更大的缓冲区来提高性能，或者更小的缓冲区来减少内存使用，你可以使用bufio.NewReaderSize和bufio.NewWriterSize函数来创建具有自定义缓冲区大小的Reader和Writer对象。

下面是一个自定义缓冲区大小的示例：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 打开文件
	file, err := os.OpenFile("F:\\goworks\\src\\jingtian\\yufa\\io操作\\bufio操作\\custom_buffer_file.log", os.O_CREATE|os.O_WRONLY, 0644)
	if err != nil {
		fmt.Println("open file error:", err)
		return
	}
	defer file.Close() // 使用defer语句关闭文件

	// 自定义缓冲区大小（例如：8KB）
	bufferSize := 8 * 1024

	// 创建具有自定义缓冲区大小的bufio.Writer对象
	fileWrite := bufio.NewWriterSize(file, bufferSize)

	inputStr := "This is a line with custom buffer size.\n"
	for i := 0; i < 10; i++ { // 循环写入数据
		_, err := fileWrite.WriteString(inputStr)
		if err != nil {
			fmt.Println("write file error:", err)
			return
		}
	}

	// 刷新缓冲区，将数据写入文件
	err = fileWrite.Flush()
	if err != nil {
		fmt.Println("flush buffer error:", err)
		return
	}

	fmt.Println("Data written to file successfully with custom buffer size.")
}

在这个示例中，我们创建了一个具有8KB缓冲区大小的bufio.Writer对象，并将其用于将数据写入文件。注意，在写入数据后，我们调用了Flush方法来确保缓冲区中的数据被写入文件。

对于bufio.Reader，你也可以使用类似的方法来创建具有自定义缓冲区大小的对象：

package main

import (
	"bufio"
	"fmt"
	"os"
)

func main() {
	// 打开文件
	file, err := os.Open("F:\\goworks\\src\\jingtian\\yufa\\io操作\\bufio操作\\custom_buffer_file.log")
	if err != nil {
		fmt.Println("read file error:", err)
		return
	}
	defer file.Close() // 使用defer语句关闭文件

	// 自定义缓冲区大小（例如：8KB）
	bufferSize := 8 * 1024

	// 创建具有自定义缓冲区大小的bufio.Reader对象
	fileRead := bufio.NewReaderSize(file, bufferSize)

	// 读取文件内容（这里只是简单地读取并打印每一行）
	for {
		line, err := fileRead.ReadString('\n')
		if err != nil {
			if err.Error() == "EOF" { // 判断是否到达文件末尾
				break
			}
			fmt.Println("read file error:", err)
			return
		}
		fmt.Print(line) // 打印读取到的行
	}

	fmt.Println("File read successfully with custom buffer size.")
}

在这个示例中，我们创建了一个具有8KB缓冲区大小的bufio.Reader对象，并将其用于读取文件内容。注意，在处理文件读取时，我们需要检查错误是否为EOF（文件末尾），以确定是否应该退出循环。

通过自定义缓冲区大小，你可以根据具体的应用场景和需求来优化bufio的性能和内存使用。

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