详解golang中bufio包的实现原理

最近用golang写了一个处理文件的脚本，由于其中涉及到了文件读写，开始使用golang中的 io 包，后来发现golang 中提供了一个bufio的包，使用这个包可以大幅提高文件读写的效率，于是在网上搜索同样的文件读写为什么bufio 要比io的读写更快速呢？根据网上的资料和阅读源码，以下来详细解释下bufio的高效如何实现的。

bufio 包介绍 

bufio包实现了有缓冲的I/O。它包装一个io.Reader或io.Writer接口对象，创建另一个也实现了该接口，且同时还提供了缓冲和一些文本I/O的帮助函数的对象。

以上为官方包的介绍，在其中我们能了解到的信息如下：

bufio 是通过缓冲来提高效率

简单的说就是，把文件读取进缓冲（内存）之后再读取的时候就可以避免文件系统的io 从而提高速度。同理，在进行写操作时，先把文件写入缓冲（内存），然后由缓冲写入文件系统。看完以上解释有人可能会表示困惑了，直接把 内容->文件 和 内容->缓冲->文件相比， 缓冲区好像没有起到作用嘛。其实缓冲区的设计是为了存储多次的写入，最后一口气把缓冲区内容写入文件。下面会详细解释

bufio 封装了io.Reader或io.Writer接口对象，并创建另一个也实现了该接口的对象

io.Reader或io.Writer 接口实现read() 和 write() 方法，对于实现这个接口的对象都是可以使用这两个方法的

bufio 包实现原理

bufio 源码分析

Reader对象

bufio.Reader 是bufio中对io.Reader 的封装

// 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) 相当于读取大小len(p)的内容，思路如下：

1. 当缓存区有内容的时，将缓存区内容全部填入p并清空缓存区

2. 当缓存区没有内容的时候且len(p)>len(buf),即要读取的内容比缓存区还要大，直接去文件读取即可

3. 当缓存区没有内容的时候且len(p)<len(buf),即要读取的内容比缓存区小，缓存区从文件读取内容充满缓存区，并将p填满（此时缓存区有剩余内容）

4. 以后再次读取时缓存区有内容，将缓存区内容全部填入p并清空缓存区（此时和情况1一样）

以下是源码

// 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
}

说明：

reader内部通过维护一个r, w 即读入和写入的位置索引来判断是否缓存区内容被全部读出

Writer对象

bufio.Writer 是bufio中对io.Writer 的封装

// 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. 判断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，即把内容放到缓冲区

3. 如果缓冲区的可用容量不足以放下，且此时缓冲区是空的，直接把p写入文件即可

4. 如果缓冲区的可用容量不足以放下，且此时缓冲区有内容，则用p把缓冲区填满，把缓冲区所有内容写入文件，并清空缓冲区

5. 判断p的剩余内容大小能否放到缓冲区，如果能放下（此时和步骤1情况一样）则把内容放到缓冲区

6. 如果p的剩余内容依旧大于缓冲区，（注意此时缓冲区是空的，情况和步骤2一样）则把p的剩余内容直接写入文件

以下是源码

// 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
}

说明：

b.wr 存储的是一个io.writer对象，实现了Write()的接口，所以可以使用b.wr.Write(p) 将p的内容写入文件

b.flush() 会将缓存区内容写入文件，当所有写入完成后，因为缓存区会存储内容，所以需要手动flush()到文件

b.Available() 为buf可用容量，等于len(buf) - n

下图解释的是其中一种情况，即缓存区有内容，剩余p大于缓存区

来源：https://my.oschina.net/liangwt/blog/1603593