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一文了解Go語言io.Copy函數(shù)

 更新時間:2023年07月12日 10:09:00   作者:陳晨  
這篇文章主要為大家介紹了Go語言io.Copy函數(shù)使用示例詳解,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進步,早日升職加薪

1. 引言

io.Copy 函數(shù)是一個非常好用的函數(shù),能夠非常方便得將數(shù)據(jù)進行拷貝。

本文我們將從io.Copy 函數(shù)的基本定義出發(fā),講述其基本使用和實現(xiàn)原理,以及一些注意事項,基于此完成對io.Copy 函數(shù)的介紹。

2. 基本說明

2.1 基本定義

Copy函數(shù)用于將數(shù)據(jù)從源(io.Reader)復(fù)制到目標(biāo)(io.Writer)。它會持續(xù)復(fù)制直到源中的數(shù)據(jù)全部讀取完畢或發(fā)生錯誤,并返回復(fù)制的字節(jié)數(shù)和可能的錯誤。

函數(shù)定義如下:

func Copy(dst io.Writer, src io.Reader) (written int64, err error)

其中dst 為目標(biāo)寫入器,用于接收源數(shù)據(jù);

src則是源讀取器,用于提供數(shù)據(jù)。

2.2 使用示例

下面提供一個使用 io.Copy 實現(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝的代碼示例,比便更好得理解和使用Copy函數(shù),代碼示例如下:

package main
import (
        "fmt"
        "io"
        "os"
)
func main() {
        fmt.Print("請輸入一個字符串:")
        src := readString()
        // 通過io.Copy 函數(shù)能夠?qū)?src 的全部數(shù)據(jù) 拷貝到 控制臺上輸出
        written, err := io.Copy(os.Stdout, src)
        if err != nil {
                fmt.Println("復(fù)制過程中發(fā)生錯誤:", err)
                return
        }
        fmt.Printf("\n成功復(fù)制了 %d 個字節(jié)。\n", written)
}
func readString() io.Reader {
   buffer := make([]byte, 1024)
   n, _ := os.Stdin.Read(buffer)
   // 如果實際讀取的字節(jié)數(shù)少于切片長度,則截取切片
   if n < len(buffer) {
      buffer = buffer[:n]
   }
   return strings.NewReader(string(buffer))
}

在這個例子中,我們首先使用readString函數(shù)從標(biāo)準輸入中讀取字符串,然后使用strings.NewReader將其包裝為io.Reader返回。

然后,我們調(diào)用io.Copy函數(shù),將讀取到數(shù)據(jù)全部復(fù)制到標(biāo)準輸出(os.Stdout)。

最后,我們打印復(fù)制的字節(jié)數(shù)??梢赃\行這個程序并在終端輸入一個字符串,通過Copy函數(shù),程序最終會將字符串打印到終端上。

3. 實現(xiàn)原理

在了解了io.Copy 函數(shù)的基本定義和使用后,這里我們來對 io.Copy 函數(shù)的實現(xiàn)來進行基本的說明,加深對 io.Copy 函數(shù)的理解。

io.Copy基本實現(xiàn)原理如下,首先創(chuàng)建一個緩沖區(qū),用于暫存從源Reader讀取到的數(shù)據(jù)。然后進入一個循環(huán),每次循環(huán)從源Reader讀取數(shù)據(jù),然后存儲到之前創(chuàng)建的緩沖區(qū),之后再寫入到目標(biāo)Writer中。不斷重復(fù)這個過程,直到源Reader返回EOF,此時代表數(shù)據(jù)已經(jīng)全部讀取完成,io.Copy也完成了從源Reader往目標(biāo)Writer拷貝全部數(shù)據(jù)的工作。

在這個過程中,如果往目標(biāo)Writer寫入數(shù)據(jù)過程中發(fā)生錯誤,亦或者從源Reader讀取數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤,此時io.Copy函數(shù)將會中斷,然后返回對應(yīng)的錯誤。下面我們來看io.Copy的實現(xiàn):

func Copy(dst Writer, src Reader) (written int64, err error) {
   // Copy 函數(shù) 調(diào)用了 copyBuffer 函數(shù)來實現(xiàn)
   return copyBuffer(dst, src, nil)
}
func copyBuffer(dst Writer, src Reader, buf []byte) (written int64, err error) {
   // 如果 源Reader 實現(xiàn)了 WriterTo 接口,直接調(diào)用該方法 將數(shù)據(jù)寫入到 目標(biāo)Writer 當(dāng)中
   if wt, ok := src.(WriterTo); ok {
      return wt.WriteTo(dst)
   }
   // 同理,如果 目標(biāo)Writer 實現(xiàn)了 ReaderFrom 接口,直接調(diào)用ReadFrom方法
   if rt, ok := dst.(ReaderFrom); ok {
      return rt.ReadFrom(src)
   }
   // 如果沒有傳入緩沖區(qū),此時默認 創(chuàng)建一個 緩沖區(qū)
   if buf == nil {
      // 默認緩沖區(qū) 大小為 32kb
      size := 32 * 1024
      // 如果源Reader 為LimitedReader, 此時比較 可讀數(shù)據(jù)數(shù) 和 默認緩沖區(qū),取較小那個
      if l, ok := src.(*LimitedReader); ok && int64(size) > l.N {
         if l.N < 1 {
            size = 1
         } else {
            size = int(l.N)
         }
      }
      buf = make([]byte, size)
   }
   for {
      // 調(diào)用Read方法 讀取數(shù)據(jù)
      nr, er := src.Read(buf)
      if nr > 0 {
         // 將數(shù)據(jù)寫入到 目標(biāo)Writer 當(dāng)中
         nw, ew := dst.Write(buf[0:nr])
         // 判斷寫入是否 出現(xiàn)了 錯誤
         if nw < 0 || nr < nw {
            nw = 0
            if ew == nil {
               ew = errInvalidWrite
            }
         }
         // 累加 總寫入數(shù)據(jù)
         written += int64(nw)
         if ew != nil {
            err = ew
            break
         }
         // 寫入字節(jié)數(shù) 小于 讀取字節(jié)數(shù),此時報錯
         if nr != nw {
            err = ErrShortWrite
            break
         }
      }
      if er != nil {
         if er != EOF {
            err = er
         }
         break
      }
   }
   return written, err
}

從上述基本原理和代碼實現(xiàn)來看,io.Copy 函數(shù)的實現(xiàn)還是非常簡單的,就是申請一個緩沖區(qū),然后從源Reader讀取一些數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)中,然后再將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入到 目標(biāo)Writer, 如此往復(fù),直到數(shù)據(jù)全部讀取完成。

4. 注意事項

4.1 注意關(guān)閉源Reader和目標(biāo)Writer

在使用io.Copy 進行數(shù)據(jù)拷貝時,需要指定源Reader 和 目標(biāo)Writer,當(dāng)io.Copy 完成數(shù)據(jù)拷貝工作后,我們需要調(diào)用Close 方法關(guān)閉 源Reader 和 目標(biāo)Writer。如果沒有適時關(guān)閉資源,可能會導(dǎo)致一些不可預(yù)料情況的出現(xiàn)。

下面展示一個使用 io.Copy 進行文件復(fù)制的代碼示例,同時簡單說明不適時關(guān)閉資源可能導(dǎo)致的問題:

package main
import (
        "fmt"
        "io"
        "os"
)
func main() {
        sourceFile := "source.txt"
        destinationFile := "destination.txt"
        // 打開源文件
        src, err := os.Open(sourceFile)
        if err != nil {
                fmt.Println("無法打開源文件:", err)
                return
        }
        // 調(diào)用Close方法
        defer src.Close()
        // 創(chuàng)建目標(biāo)文件
        dst, err := os.Create(destinationFile)
        if err != nil {
                fmt.Println("無法創(chuàng)建目標(biāo)文件:", err)
                return
        }
        // 調(diào)用Close 方法
        defer dst.Close()
        // 執(zhí)行文件復(fù)制
        _, err = io.Copy(dst, src)
        if err != nil {
                fmt.Println("復(fù)制文件出錯:", err)
                return
        }
        fmt.Println("文件復(fù)制成功!")
}

使用 io.Copy 函數(shù)將源文件的內(nèi)容復(fù)制到目標(biāo)文件中。在結(jié)束代碼之前,我們需要適時地關(guān)閉源文件和目標(biāo)文件。以上面使用io.Copy 實現(xiàn)文件復(fù)制功能為例,如果我們沒有適時關(guān)閉資源,首先是可能會導(dǎo)致文件句柄泄漏,數(shù)據(jù)不完整等一系列問題的出現(xiàn)。

因此我們在io.Copy函數(shù)之后,需要在適當(dāng)?shù)牡胤秸{(diào)用Close關(guān)閉系統(tǒng)資源。

4.2 考慮性能問題

io.Copy 函數(shù)默認使用一個32KB大小的緩沖區(qū)來復(fù)制數(shù)據(jù),如果我們處理的是大型文件,亦或者是高性能要求的場景,此時是可以考慮直接使用io.CopyBuffer 函數(shù),自定義緩沖區(qū)大小,以優(yōu)化復(fù)制性能。而io.Copyio.CopyBuffer 底層其實都是調(diào)用io.copyBuffer 函數(shù)的,二者底層實現(xiàn)其實沒有太大的區(qū)別。

下面通過一個基準測試,展示不同緩沖區(qū)大小對數(shù)據(jù)拷貝性能的影響:

func BenchmarkCopyWithBufferSize(b *testing.B) {
   // 本地運行時, 文件大小為 100 M
   filePath := "largefile.txt"
   bufferSizes := []int{32 * 1024, 64 * 1024, 128 * 1024} // 不同的緩沖區(qū)大小
   for _, bufferSize := range bufferSizes {
      b.Run(fmt.Sprintf("BufferSize-%d", bufferSize), func(b *testing.B) {
         for n := 0; n < b.N; n++ {
            src, _ := os.Open(filePath)
            dst, _ := os.Create("destination.txt")
            buffer := make([]byte, bufferSize)
            _, _ = io.CopyBuffer(dst, src, buffer)
            _ = src.Close()
            _ = dst.Close()
            _ = os.Remove("destination.txt")
         }
      })
   }
}

這里我們定義的緩沖區(qū)大小分別是32KB, 64KB和128KB,然后使用該緩沖區(qū)來拷貝數(shù)據(jù)。下面我們看基準測試的結(jié)果:

BenchmarkCopyWithBufferSize/BufferSize-32768-4                        12         116494592 ns/op
BenchmarkCopyWithBufferSize/BufferSize-65536-4                        10         110496584 ns/op
BenchmarkCopyWithBufferSize/BufferSize-131072-4                       12          87667712 ns/op

從這里看來,32KB大小的緩沖區(qū)拷貝一個100M的文件,需要116494592 ns/op, 而128KB大小的緩沖區(qū)拷貝一個100M的文件,需要87667712 ns/op。不同緩沖區(qū)的大小,確實是會對拷貝的性能有一定的影響。

在實際使用中,根據(jù)文件大小、系統(tǒng)資源和性能需求,可以根據(jù)需求進行緩沖區(qū)大小的調(diào)整。較小的文件通??梢灾苯邮褂?code>io.Copy 函數(shù)默認的 32KB 緩沖區(qū),而較大的文件可能需要更大的緩沖區(qū)來提高性能。通過合理選擇緩沖區(qū)大小,可以獲得更高效的文件復(fù)制操作。

5. 總結(jié)

io.Copy 函數(shù)是Go語言標(biāo)準庫提供的一個工具函數(shù),能夠?qū)?shù)據(jù)從源Reader復(fù)制到目標(biāo)Writer。 我們先從io.Copy 函數(shù)的基本定義出發(fā),之后通過一個簡單的示例,展示如何使用io.Copy 函數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝。

接著我們講述了io.Copy 函數(shù)的實現(xiàn)原理,其實就是定義了一個緩沖區(qū),將源Reader數(shù)據(jù)寫入到緩沖區(qū)中,然后再將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入到目標(biāo)Writer,不斷重復(fù)這個過程,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的拷貝。

在注意事項方面,則強調(diào)了及時關(guān)閉源Reader和目標(biāo)Writer的重要性。以及用戶在使用時,需要考慮io.Copy函數(shù)的性能是否能夠滿足要求,之后通過基準測試展示了不同緩沖區(qū)大小可能帶來的性能差距。

基于此,完成了對io.Copy 函數(shù)的介紹,希望對你有所幫助。

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