Go语言的IO库那么多纠结该如何选择

  • Z时代
  • 2024-01-10
  • 分类：IT

在计算机和信息技术领域里 I/O 这个术语表示输入 / 输出 ( 英语：Input / Output ) ，通常指数据在存储器（内部和外部）或其他周边设备之间的输入和输出，是信息处理系统与外部之间的通信。输入是系统接收的信号或数据，输出则是从其发送的信号或数据。

在Go语言中涉及 I/O 操作的内置库有很多种，比如： io 库， os 库， ioutil 库， bufio 库， bytes 库， strings 库等等。拥有这么多内置库是好事，但是具体到涉及 I/O 的场景我们应该选择哪个库呢？

io.Reader/Writer

Go语言里使用 io.Reader 和 io.Writer 两个 interface 来抽象 I/O ，他们的定义如下。

type Reader interface {
 Read(p []byte) (n int, err error)
}
type Writer interface {
 Write(p []byte) (n int, err error)
}

io.Reader 接口代表一个可以从中读取字节流的实体，而 io.Writer 则代表一个可以向其写入字节流的实体。

  • io.Reader/Writer 常用的几种实现

  • net.Conn: 表示网络连接。

  • os.Stdin, os.Stdout, os.Stderr: 标准输入、输出和错误。

  • os.File: 网络,标准输入输出,文件的流读取。

  • strings.Reader: 字符串抽象成 io.Reader 的实现。

  • bytes.Reader: []byte抽象成 io.Reader 的实现。

  • bytes.Buffer: []byte抽象成 io.Reader 和 io.Writer 的实现。

  • bufio.Reader/Writer: 抽带缓冲的流读取和写入（比如按行读写）。

除了这几种实现外常用的还有 ioutil 工具库包含了很多IO工具函数，编码相关的内置库 encoding/base64 、 encoding/binary 等也是通过 io.Reader 和 io.Writer 实现各自的编码功能的。

这些常用实现和工具库与io.Reader和io.Writer间的关系可以用下图表示。

每种I/O库的使用场景

io库

io 库属于底层接口定义库。它的作用主要是定义个 I/O 的基本接口和个基本常量，并解释这些接口的功能。在实际编写代码做 I/O 操作时，这个库一般只用来调用它的常量和接口定义，比如用 io.EOF 判断是否已经读取完，用 io.Reader 做变量的类型声明。

// 字节流读取完后，会返回io.EOF这个error
for {
 n, err := r.Read(buf)
 fmt.Println(n, err, buf[:n])
 if err == io.EOF {
  break
 }
}

os 库

os 库主要是处理操作系统操作的，它作为Go程序和操作系统交互的桥梁。创建文件、打开或者关闭文件、Socket等等这些操作和都是和操作系统挂钩的，所以都通过 os 库来执行。这个库经常和 ioutil ， bufio 等配合使用

ioutil库

ioutil 库是一个有工具包，它提供了很多使用的 IO 工具函数，例如 ReadAll、ReadFile、WriteFile、ReadDir。唯一需要注意的是它们都是一次性读取和一次性写入，所以使用时，尤其是把数据从文件里一次性读到内存中时需要注意文件的大小。

读出文件中的所有内容

func readByFile() {
  data, err := ioutil.ReadFile( "./file/test.txt")
  if err != nil {
    log.Fatal("err:", err)
    return
  }
  fmt.Println("data", string(data)) 
}

将数据一次性写入文件

func writeFile() {
  err := ioutil.WriteFile("./file/write_test.txt", []byte("hello world!"), 0644)
  if err != nil {
    panic(err)
    return
  }
}

bufio库

bufio，可以理解为在 io 库的基础上额外封装加了一个缓存层，它提供了很多按行进行读写的函数，从io库的按字节读写变为按行读写对写代码来说还是方便了不少。

func readBigFile(filePath string) error {
  f, err := os.Open(filePath)
  defer f.Close()
  if err != nil {
    log.Fatal(err)
    return err
  }
  buf := bufio.NewReader(f)
  count := 0
  // 循环中打印前100行内容
  for {
    count += 1
    line, err := buf.ReadString('\n')
    line = strings.TrimSpace(line)
    if err != nil {
      return err
    }
    fmt.Println("line", line)
    if count > 100 {
      break
    }
  }
  return nil
}

  • ReadLine和ReadString方法：buf.ReadLine()，buf.ReadString("\n")都是按行读，只不过ReadLine读出来的是[]byte，后者直接读出了string，最终他们底层调用的都是ReadSlice方法。

  • bufio VS ioutil 库：bufio VS 和 ioutil 库都提供了读写文件的能力。它们之间唯一的区别是 bufio 有一个额外的缓存层。这个优势主要体现在读取大文件的时候。

bytes 和 strings 库

bytes 和 strings 库里的 bytes.Reader 和string.Reader，它们都实现了 io.Reader 接口，也都提供了NewReader方法用来从 []byte 或者 string 类型的变量直接构建出相应的Reader实现。

r := strings.NewReader("abcde")
// 或者是 bytes.NewReader([]byte("abcde"))
buf := make([]byte, 4)
for {
 n, err := r.Read(buf)
 fmt.Println(n, err, buf[:n])
 if err == io.EOF {
  break
 }
}

另一个区别是 bytes 库有Buffer的功能，而 strings 库则没有。

var buf bytes.Buffer
fmt.Fprintf(&buf, "Size: %d MB.", 85)
s := buf.String()) // s == "Size: 85 MB."

总结

关于 io.Reader 和 io.Writer 接口，可以简单理解为读源和写源。也就是说，只要实现了 Reader 中的 Read 方法，这个东西就可以作为读源，里面可以包含数据，被我们读取。 Writer 也是如此。

以上是我对Go语言里做 I/O 操作时经常会用到的Go语言内置库在使用场景和每个库要解决的问题上的一些总结，希望能帮大家理清思路，作为参考，在开发任务中需要时正确选择合适的库完成 I/O 操作。如果文章中的叙述有错误，欢迎留言指正，也欢迎在留言中对文章内容进行探讨和提出建议。

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