golang bufio解析

golang bufio

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• golang bufio
  • 使用bufio进行写
    • 缓存中满数据
    • 缓存中仍有空间
    • 待写入的数据大于缓存的大小
    • 缓存重用
    • 获取缓存的可用空间数
  • 使用bufio进行读
    • Peek
    • Read
    • ReadSlice
    • ReadLine
    • ReadBytes
    • Scanner
  • 附
    • 并发复用缓存
    • 限制从io.Reader中读取的数据量
      • 方式1
      • 方式2
  • 参考

当频繁地对少量数据读写时会占用IO，造成性能问题。golang的bufio库使用缓存来一次性进行大块数据的读写，以此降低IO系统调用，提升性能。

在Transport中可以设置一个名为WriteBufferSize的参数，该参数指定了底层(Transport.dialConn)写buffer的大小。

	tr := &http.Transport{
		WriteBufferSize:     64 * 1024,
	}

	pconn.br = bufio.NewReaderSize(pconn, t.readBufferSize())
	pconn.bw = bufio.NewWriterSize(persistConnWriter{pconn}, t.writeBufferSize())

使用bufio进行写

可以使用bufio.NewWriter初始化一个大小为4096字节的Writer(见下)，或使用bufio.NewWriterSize初始化一个指定大小的Writer。

Writer中的主要参数为缓存区buf，缓存区中的数据偏移量n以及写入接口wr：

type Writer struct {
	err error
	buf []byte
	n   int
	wr  io.Writer
}

bufio.Writer方法可以一次性写入缓存中的数据，通常有如下三种情况：

1. 缓存中满数据
2. 缓存中仍有空间
3. 待写入的数据大于缓存的大小

缓存中满数据

当缓存中满数据时，会执行写操作。

缓存中仍有空间

如果缓存中仍有数据，则不会执行写入动作，除非调用Flush()方法。

待写入的数据大于缓存的大小

由于此时缓存无法缓存足够的数据，此时会跳过缓存直接执行写操作

type Writer int

func (*Writer) Write(p []byte) (n int, err error) {
	fmt.Printf("Writing: %s\n", p)
	return len(p), nil
}

func main() {
	w := new(Writer)
	bw1 := bufio.NewWriterSize(w, 4)

	// Case 1: Writing to buffer until full
	bw1.Write([]byte{'1'})
	bw1.Write([]byte{'2'})
	bw1.Write([]byte{'3'})
	bw1.Write([]byte{'4'}) // write - buffer is full

	// Case 2: Buffer has space
    bw1.Write([]byte{'5'}) //此时buffer中无法容纳更多的数据，执行写操作，写入 []byte{'1','2','3','4'}
	err = bw1.Flush() // forcefully write remaining
	if err != nil {
		panic(err)
	}

	// Case 3: (too) large write for buffer
	// Will skip buffer and write directly
	bw1.Write([]byte("12345")) //buffer不足，直接执行写操作
}

//结果：
Writing: 1234
Writing: 5
Writing: 12345

缓存重用

申请缓存对性能是有损耗的，可以使用Reset方法重置缓存，其内部只是将Writer的数据偏移量n置0。

wr := new(Writer)
bw := bufio.NewWriterSize(wr,2) 
bw.Reset(wr) 

获取缓存的可用空间数

Available()方法可以返回缓存的可用空间数，即len(Writer.buf)-Writer.n

使用bufio进行读

与用于写数据的Writer类似，读数据也有一个Reader，可以使用NewReader初始化一个大小为4096字节的Reader，或使用NewReaderSize初始化一个指定大小的Reader(要求最小字节为16)。Reader也有一个记录偏移量的变量r

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 // last byte read for UnreadByte; -1 means invalid
	lastRuneSize int // size of last rune read for UnreadRune; -1 means invalid
}

Peek

该方法会返回buf中的前n个字节的内容，但与Read操作不同的是，它不会消费缓存中的数据，即不会增加数据偏移量，因此通常也会用于判断是否读取结束(EOF)。通常有如下几种情况：

1. 如果peak的值小于缓存大小，则返回相应的内容
2. 如果peak的值大于缓存大小，则返回bufio.ErrBufferFull错误
3. 如果peak的值包含EOF且小于缓存大小，则返回EOF

Read

将数据读取到p，涉及将数据从缓存拷贝到p。

func (b *Reader) Read(p []byte) (n int, err error)

ReadSlice

该方法会读从缓存读取数据，直到遇到第一个delim。如果缓存中没有delim，则返回EOF，如果查询的长度超过了缓存大小，则返回 io.ErrBufferFull 错误。

func (b *Reader) ReadSlice(delim byte) (line []byte, err error) 

例如delim为','，则下面会返回的内容为1234,。

func main() {
    r := strings.NewReader("1234,567")
    rb := bufio.NewReaderSize(r, 20)
    fmt.Println(rb.ReadSlice(','))
}

// 结果：[49 50 51 52 44] <nil>

注意：ReadSlice返回的是原始缓存中的内容，如果针对缓存作并发操作，则返回的内容有可能被其他操作覆盖。因此在官方注释里面有写，建议使用ReadBytes或ReadString。但ReadBytes和ReadString涉及内存申请和拷贝，因此会影响性能。在追求高性能的场景下，建议外部使用sync.pool来提供缓存。

// Because the data returned from ReadSlice will be overwritten
// by the next I/O operation, most clients should use
// ReadBytes or ReadString instead.

ReadLine

ReadLine() (line []byte, isPrefix bool, err error)

ReadLine底层用到了ReadSlice，但在返回时会移除\n 或\r\n。需要注意的是，如果切片中没有找到换行符，则不会返回EOF或io.ErrBufferFull 错误，相反，它会将isPrefix置为true

ReadBytes

与ReadSlice类似，但它会返回一个新的切片，因此便于并发使用。如果找不到delim，ReadBytes会返回io.EOF

func (b *Reader) ReadBytes(delim byte) ([]byte, error)

Scanner

scanner可以不断将数据读取到缓存(默认64*1024字节)。

func main() {
    rb := strings.NewReader("12345678901234567890")
	scanner := bufio.NewScanner(rb)
	for scanner.Scan() {
		fmt.Printf("Token (Scanner): %q\n", scanner.Text())
	}
}

// 结果：Token (Scanner): "12345678901234567890"

附

并发复用缓存

io.bufio支持缓存读写以及Reset操作，但在并发复用缓存方面做的不是很好，可以参考：victoriaMetrics之byteBuffer。

无需并发复用的话，用io.bufio即可。

限制从io.Reader中读取的数据量

方式1

使用io.LimitReader来限制从Reader中读取的数据量，LimitedReader.N给出了可读取的剩余数据量。一旦N变为0，即时Reader中仍然有数据，此时也会返回EOF

type LimitedReader struct {
   R Reader // underlying reader
   N int64  // max bytes remaining
}

func main() {
    rb := strings.NewReader("12345678901234567890")

	lr := io.LimitReader(rb, 3)//限制可以读取3个字节的数据
	buf := make([]byte, 400)
	fmt.Println(lr.Read(buf)) //达到读取上限制，LimitedReader.N=0
	fmt.Println(lr.Read(buf)) //此时返回EOF
}

//结果
3 <nil>
0 EOF

方式2

可以使用io.CopyN限制从Reader读取的数据量，它内部也使用了io.LimitReader，但支持多次读取。

type Writer int

func (*Writer) Write(p []byte) (n int, err error) {
	fmt.Printf("Writing: %s\n", p)
	return len(p), nil
}

func main() {
    rb := strings.NewReader("12345678901234567890")

    w := new(Writer)
    fmt.Println(io.CopyN(w, rb, 6))
    fmt.Println(io.CopyN(w, rb, 6))
}

//结果
Writing: 123456
6 <nil>
Writing: 789012
6 <nil>

参考

how-to-read-and-write-with-golang-bufio