Golang源码分析-bufio.go

bufio.go 源码分析

bufio 包是 Go 标准库中提供缓冲 I/O 功能的模块，bufio.go 是其核心实现文件。下面我将对其主要结构和功能进行分析。

1. 核心数据结构

Reader 结构

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
	lastRuneSize int // size of last rune read for UnreadRune
}

• buf: 缓冲区
• rd: 底层读取器
• r: 读取位置指针
• w: 写入位置指针
• err: 存储错误
• lastByte, lastRuneSize: 用于支持回退操作

Writer 结构

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

• buf: 缓冲区
• wr: 底层写入器
• n: 缓冲区中已写入的字节数
• err: 存储错误

ReadWriter 结构

type ReadWriter struct {
	*Reader
	*Writer
}

组合了 Reader 和 Writer，提供双向缓冲功能。

2. 核心方法分析

Reader 方法

初始化

func NewReaderSize(rd io.Reader, size int) *Reader
func NewReader(rd io.Reader) *Reader

• 创建带缓冲的 Reader，可指定缓冲区大小

读取方法

func (b *Reader) Read(p []byte) (n int, err error)
func (b *Reader) ReadByte() (byte, error)
func (b *Reader) ReadRune() (r rune, size int, err error)
func (b *Reader) ReadLine() (line []byte, isPrefix bool, err error)
func (b *Reader) ReadString(delim byte) (string, error)
func (b *Reader) ReadBytes(delim byte) ([]byte, error)

• 提供了多种读取方式，包括按字节、按行、按分隔符等
• 内部都使用 fill() 方法在缓冲区不足时从底层读取器填充

填充缓冲区

func (b *Reader) fill()

• 核心方法，当缓冲区数据不足时从底层读取器读取数据填充缓冲区
• 处理缓冲区滑动和重置逻辑

Writer 方法

初始化

func NewWriterSize(w io.Writer, size int) *Writer
func NewWriter(w io.Writer) *Writer

• 创建带缓冲的 Writer

写入方法

func (b *Writer) Write(p []byte) (nn int, err error)
func (b *Writer) WriteByte(c byte) error
func (b *Writer) WriteRune(r rune) (size int, err error)
func (b *Writer) WriteString(s string) (int, error)

• 提供多种写入方式
• 内部使用 b.flush() 在缓冲区满时写入底层

刷新缓冲区

func (b *Writer) Flush() error

• 将缓冲区数据写入底层写入器
• 由 Write 和 WriteXXX 方法在缓冲区满时自动调用

3. 关键实现细节

缓冲区管理

• Reader 和 Writer 都维护一个环形缓冲区
• 当缓冲区不足时，Reader 会自动填充，Writer 会自动刷新
• 缓冲区大小默认为 4096 字节

性能优化

• 减少系统调用次数：通过缓冲减少直接 I/O 操作
• 内存复用：缓冲区在整个生命周期内复用
• 最小化拷贝：尽量直接操作缓冲区

错误处理

• 错误会被缓存，后续操作会直接返回该错误
• 一旦发生错误，所有操作都会失效

4. 使用场景

适用场景

• 需要高频次小数据量读写
• 需要按行或按分隔符读取
• 需要回退读取位置

不适用场景

• 大文件拷贝（使用 io.Copy 更高效）
• 需要精确控制 I/O 行为的场景

5. 示例代码

Reader 示例

reader := bufio.NewReader(os.Stdin)
for {
    line, err := reader.ReadString('\n')
    if err != nil {
        break
    }
    fmt.Print("Input: ", line)
}

Writer 示例

writer := bufio.NewWriter(os.Stdout)
writer.WriteString("Hello, ")
writer.WriteString("World!\n")
writer.Flush() // 必须调用 Flush 确保数据写入

bufio 通过缓冲机制显著提高了 I/O 效率，是 Go 中处理 I/O 操作的重要工具。理解其内部实现有助于更有效地使用它并避免常见陷阱。