Go语言三种方式读取文件效率对比及原因分析

清疚 2022-05-09 11:42 246阅读 0赞

最近有遇到需要用go读取大文件的情况，顺路研究了一下go几种读取文件方式的效率。

## go几种常见的文件io方式 ##

1.  使用os包内的open和read。
    
        fi, err := os.Open(path) // 打开文件
        buf := make([]byte, 1024)
        n, err := fi.Read(buf)   // 读取内容
2.  使用buffered io
    
        fi, err := os.Open(path)
        r := bufio.NewReader(fi)
        buf := make([]byte, 1024)
        n, err := r.Read(buf)
3.  使用ioutil包内的方法
    
        fi, err := os.Open(path)
        fd, err := ioutil.ReadAll(fi)

## 现象（效率对比） ##

准备了待读取文件信息如下：

total 720912
    -rw-r--r--  1 stephen  staff   2.3K Sep 15 11:59 io_demo.go
    -rw-r--r--  1 stephen  staff   336M Sep 15 11:59 test.txt

同时io\_demo.go文件中的代码如下：

package main
    
    import (
    	"bufio"
    	"fmt"
    	"io"
    	"io/ioutil"
    	"os"
    	"time"
    )
    
    func readRaw(path string) string { 
    	start := time.Now()
    	fi, err := os.Open(path)
    	if err != nil { 
    		panic(err)
    	}
    	defer fi.Close()
    	defer func() { 
    		fi.Close()
    		fmt.Printf("[readRaw] cost time %v \n", time.Now().Sub(start))
    	}()
    
    	var data []byte
    	buf := make([]byte, 1024)
    	for { 
    		n, err := fi.Read(buf)
    		if err != nil && err != io.EOF { 
    			panic(err)
    		}
    		data = append(data, buf[:n]...)
    		if 0 == n { 
    			break
    		}
    	}
    	return string(data)
    }
    
    func readWithBufferIO(path string) string { 
    	start := time.Now()
    	fi, err := os.Open(path)
    	if err != nil { 
    		panic(err)
    	}
    	defer func() { 
    		fi.Close()
    		fmt.Printf("[readWithBufferIO] cost time %v \n", time.Now().Sub(start))
    	}()
    
    	r := bufio.NewReader(fi)
    
    	var data []byte
    
    	buf := make([]byte, 1024)
    	for { 
    		n, err := r.Read(buf)
    		if err != nil && err != io.EOF { 
    			panic(err)
    		}
    		if 0 == n { 
    			break
    		}
    		data = append(data, buf[:n]...)
    	}
    	return string(data)
    }
    
    func readWithIOUtil(path string) string { 
    	start := time.Now()
    	fi, err := os.Open(path)
    	if err != nil { 
    		panic(err)
    	}
    	defer func() { 
    		fi.Close()
    		fmt.Printf("[readWithIOUtil] cost time %v \n", time.Now().Sub(start))
    	}()
    
    	fd, err := ioutil.ReadAll(fi)
    	return string(fd)
    }
    
    func main() { 
    	file := "test.txt"
    
    	readRaw(file)
    	readWithBufferIO(file)
    	readWithIOUtil(file)
    }

用如上代码读取已准备的文件，多次测试用时信息如下（进行了超过10次测试，仅取了两个结果来说明问题）：

[readRaw] cost time 1.490717874s 
    [readWithBufferIO] cost time 573.336617ms 
    [readWithIOUtil] cost time 379.678285ms

[readRaw] cost time 1.45133396s 
    [readWithBufferIO] cost time 541.944555ms 
    [readWithIOUtil] cost time 983.909509ms

可以看到，**毫无疑问使用os包readRaw读取的方式是最慢的，且相比其他两种方式要慢很多。但是readWithBufferIO和readWithIOUtil 两种方式速度的快慢就很难分伯仲了**。

## 透过现象看本质 ##

既然得到了这个结论，那么我们来看看为什么会这样。

#### 1. 为什么bufferIO会比普通read快？ ####

看bufio源码

// NewReader returns a new Reader whose buffer has the default size.
    func NewReader(rd io.Reader) *Reader { 
    	return NewReaderSize(rd, defaultBufSize)
    }

再看NewReaderSize方法

// NewReaderSize returns a new Reader whose buffer has at least the specified
    // size. If the argument io.Reader is already a Reader with large enough
    // size, it returns the underlying Reader.
    func NewReaderSize(rd io.Reader, size int) *Reader { 
    	// Is it already a Reader?
    	b, ok := rd.(*Reader)
    	if ok && len(b.buf) >= size { 
    		return b
    	}
    	if size < minReadBufferSize { 
    		size = minReadBufferSize
    	}
    	r := new(Reader)
    	r.reset(make([]byte, size), rd)
    	return r
    }

bufferio默认创建一个大小为4096 byte的缓冲区，它的 read 方法执行一次IO系统调用读取4096byte（4K）大小到缓冲区，此后`r.Read(buf)`都会从缓冲区中读。**而普通io每次读/写操作都会执行系统调用**，必然会比bufferIO慢很多，毕竟**每次系统调用都会从执行从用户态到内核态的切换**。

#### 2. 为什么bufferio和ioutil的效率难分伯仲？ ####

来看`ioutil`源码

// MinRead is the minimum slice size passed to a Read call by
    // Buffer.ReadFrom. As long as the Buffer has at least MinRead bytes beyond
    // what is required to hold the contents of r, ReadFrom will not grow the
    // underlying buffer.
    const MinRead = 512
    
    // ReadAll reads from r until an error or EOF and returns the data it read.
    // A successful call returns err == nil, not err == EOF. Because ReadAll is
    // defined to read from src until EOF, it does not treat an EOF from Read
    // as an error to be reported.
    func ReadAll(r io.Reader) ([]byte, error) { 
    	return readAll(r, bytes.MinRead)
    }
    
    // readAll reads from r until an error or EOF and returns the data it read
    // from the internal buffer allocated with a specified capacity.
    func readAll(r io.Reader, capacity int64) (b []byte, err error) { 
    	var buf bytes.Buffer
    	// If the buffer overflows, we will get bytes.ErrTooLarge.
    	// Return that as an error. Any other panic remains.
    	defer func() { 
    		e := recover()
    		if e == nil { 
    			return
    		}
    		if panicErr, ok := e.(error); ok && panicErr == bytes.ErrTooLarge { 
    			err = panicErr
    		} else { 
    			panic(e)
    		}
    	}()
    	if int64(int(capacity)) == capacity { 
    		buf.Grow(int(capacity))
    	}
    	_, err = buf.ReadFrom(r)
    	return buf.Bytes(), err
    }

可以看到，`ioutil.ReadAll`最后实现的也是一个带缓冲的IO，**且大小在512byte以上，且使用的是bytes.Buffer，可以根据情况动态的增长。但是的Grow时重新分配buf也会带来一些开销**，所以两者相比就变成了一个权衡，没有绝对占优。

但是ioutil的好处就是方便，`ioutil.ReadAll`或者`ioutil.ReadFile`一行代码就搞定。