解释Go中常见的I/O模式
在这篇文章中，我想介绍一下常见的I/O（输入和输出）模式。我想在这篇文章中用浅显的语言澄清这些概念，这样人们就可以在他们的应用程序中使用优雅的Go I/O API。
让我们看看开发人员在日常生活中需要的常见用例。
写到标准输出
每个Go编程教程教给你的最常见的例子：
package main
import "fmt"
func main() {
fmt.Println("Hello World")
}
但是，没有人告诉你上述代码是这个例子的简化版：
package main
import (
"fmt"
"os"
)
func main() {
fmt.Fprintln(os.Stdout, "Hello World")
}
这里发生了什么？我们有一个额外的包导入，叫做os，并且使用了fmt包中一个叫做Fprintln的方法。Fprintln方法接收一个io.Writer类型和一个要写入的字符串。os.Stdout满足io.Writer接口。
这个例子很好，可以扩展到除os.Stdout以外的任何写程序。
写到定制的writer
你学会了如何向os.stdout写入数据。让我们创建一个自定义writer并在那里存储一些信息。我们可以通过初始化一个空的缓冲区并向其写入内容来实现：
package main
import (
"bytes"
"fmt"
)
func main() {
// Empty buffer (implements io.Writer)
var b bytes.Buffer
fmt.Fprintln(&b, "Hello World") // Don't forget &
// Optional: Check the contents stored
fmt.Println(b.String()) // Prints `Hello World`
}
这个片段实例化了一个空缓冲区，并将其作为Fprintln方法的第一个参数（io.Writer）。
同时写给多个writer
有时，人们需要将一个字符串写入多个writer中。我们可以使用io包中的MultiWriter方法轻松做到这一点。
package main
import (
"bytes"
"fmt"
"io"
)
func main() {
// Two empty buffers
var foo, bar bytes.Buffer
// Create a multi writer
mw := io.MultiWriter(&foo, &bar)
// Write message into multi writer
fmt.Fprintln(mw, "Hello World")
// Optional: verfiy data stored in buffers
fmt.Println(foo.String())
fmt.Println(bar.String())
}
在上面的片段中，我们创建了两个空的缓冲区，叫做foo和bar。我们将这些writer传递给一个叫做io.MultiWriter的方法，以获得一个组合写入器。消息Hello World将在内部同时被写入foo和bar中。
创建一个简单的reader
Go提供了io.Readerinterface来实现一个I/O reader。reader 不进行读取，但为他人提供数据。它是一个临时的信息仓库，有许多方法，如WriteTo, Seek等。
让我们看看如何从一个字符串创建一个简单的 reader:
package main
import (
"fmt"
"io"
"strings"
)
func main() {
// Create a new reader (Readonly)
r := strings.NewReader("Hello World")
// Read all content from reader
b, err := io.ReadAll(r)
if err != nil {
panic(err)
}
// Optional: verify data
fmt.Println(string(b))
}
这段代码使用strings.NewReader方法创建了一个新的 reader。该 reader 拥有io.Reader接口的所有方法。我们使用io.ReadAll从 reader 中读取内容，它返回一个字节切片。最后，我们将其打印到控制台。
注意：os.Stdin是一个常用的 reader，用于收集标准输入。
一次性从多个 reader 上读取数据
与io.MultiWriter类似，我们也可以创建一个io.MultiReader来从多个 reader 那里读取数据。数据会按照传递给io.MultiReader的读者的顺序依次收集。这就像一次从不同的数据存储中收集信息，但要按照给定的顺序。
package main
import (
"fmt"
"io"
"strings"
)
func main() {
// Create two readers
foo := strings.NewReader("Hello Foo\n")
bar := strings.NewReader("Hello Bar")
// Create a multi reader
mr := io.MultiReader(foo, bar)
// Read data from multi reader
b, err := io.ReadAll(mr)
if err != nil {
panic(err)
}
// Optional: Verify data
fmt.Println(string(b))
}
代码很简单，创建两个名为foo和bar的 reader，并试图从它们中创建一个MultiReader。我们可以使用io.Readall来读取MultiReader的内容，就像一个普通的 reader。
现在我们已经了解了 reader 和 writer，让我们看看从 reader 复制数据到 writer 的例子。接下来我们看到复制数据的技术。
注意：不要对大的缓冲区使用io.ReadAll，因为它们会消耗尽内存。
将数据从 reader 复制到 writer
再次对定义的理解：
reader：我可以从谁那里复制数据
writer：我可以把数据写给谁？我可以向谁写数据
这些定义使我们很容易理解，我们需要从一个 reader（字符串阅读器）加载数据，并将其转储到一个 writer（如os.Stdout或一个缓冲区）。这个复制过程可以通过两种方式发生：
- reader 将数据推送给 writer
- writer 从 reader 中拉出数据
reader 将数据推送给 writer
这一部分解释了第一种拷贝的变化，即 reader 将数据推送到 writer 那里。它使用reader.WriteTo(writer)的API。
package main
import (
"bytes"
"fmt"
"strings"
)
func main() {
// Create a reader
r := strings.NewReader("Hello World")
// Create a writer
var b bytes.Buffer
// Push data
r.WriteTo(&b) // Don't forget &
// Optional: verify data
fmt.Println(b.String())
}
在代码中，我们使用WriteTo方法从一个名为r的 reader 那里把内容写进写 writer b。在下面的例子中，我们看到一个 writer 如何主动地从一个 reader 那里获取信息。
writer 从 reader 中拉出数据
方法writer.ReadFrom(reader)被一个 writer 用来从一个给定的 reader 中提取数据。让我们看一个例子：
package main
import (
"bytes"
"fmt"
"strings"
)
func main() {
// Create a reader
r := strings.NewReader("Hello World")
// Create a writer
var b bytes.Buffer
// Pull data
b.ReadFrom(r)
// Optional: verify data
fmt.Println(b.String())
}
该代码看起来与前面的例子相似。无论你是作为 reader 还是 writer，你都可以选择变体1或2来复制数据。现在是第三种变体，它比较干净。
使用 io.Copy
io.Copy是一个实用的函数，它允许人们将数据从一个 reader 移到一个 writer。
让我们看看它是如何工作的：
package main
import (
"bytes"
"fmt"
"io"
"strings"
)
func main() {
// Create a reader
r := strings.NewReader("Hello World")
// Create a writer
var b bytes.Buffer
// Copy data
_, err := io.Copy(&b, r) // Don't forget &
if err != nil {
panic(err)
}
// Optional: verify data
fmt.Println(b.String())
}
io.Copy的第一个参数是Writer（目标），第二个参数是Reader（源），用于复制数据。
每当有人将数据写入 writer 时，你希望有信息可以被相应的 reader 读取。这就出现了管道的概念。
用io.Pipe创建一个数据管道
io.Pipe返回一个 reader 和一个 writer，向 writer 中写入数据会自动允许程序从 reader 中消费数据。它就像一个Unix的管道。
你必须把写入逻辑放到一个单独的goroutine中，因为管道会阻塞 writer，直到从 reader 中读取数据，而且 reader 也会被阻塞，直到 writer 被关闭。
package main
import (
"fmt"
"io"
)
func main() {
pr, pw := io.Pipe()
// Writing data to writer should be in a go-routine
// because pipe is synchronous.
go func() {
defer pw.Close() // Important! To notify writing is done
fmt.Fprintln(pw, "Hello World")
}()
// Code is blocked until someone writes to writer and closes it
b, err := io.ReadAll(pr)
if err != nil {
panic(err)
}
// Optional: verify data
fmt.Println(string(b))
}
该代码创建了一个管道reader和管道writer。我们启动一个程序，将一些信息写入管道writer并关闭它。我们使用io.ReadAll方法从管道reader中读取数据。如果你不启动一个单独的程序（写或读，都是一个操作），程序将陷入死锁。
我们在下一节讨论管道的一个更实际的使用案例。
用io.Pipe、io.Copy和io.MultiWriter捕捉函数的stdout到一个变量中。
假设我们正在构建一个CLI应用程序。作为这个过程的一部分，我们创建一个函数产生的标准输出（到控制台），并将相同的信息赋值到一个变量中。我们怎样才能做到这一点呢？我们可以使用上面讨论的技术来创建一个解决方案。
package main
import (
"bytes"
"fmt"
"io"
"os"
)
// Your function
func foo(w *io.PipeWriter) {
defer w.Close()
// Write a message to pipe writer
fmt.Fprintln(w, "Hello World")
}
func main() {
// Create a pipe
pr, pw := io.Pipe()
// Pass writer to function
go foo(pw)
// Variable to get standard output of function
var b bytes.Buffer
// Create a multi writer that is a combination of
// os.Stdout and our variable byte buffer
mw := io.MultiWriter(os.Stdout, &b)
// Copies reader content to standard output
_, err := io.Copy(mw, pr)
if err != nil {
panic(err)
}
// Optional: verify data
fmt.Println(b.String())
}
上述程序是这样工作的：
- 创建一个管道，给出一个 reader 和 writer。如果你向管道 writer 写了什么，Go会把它复制到管道的 reader 那里。
- 创建一个 io.MultiWriter 与 os.Stdout 和自定义缓冲区 b
- foo（作为一个协程）将把一个字符串写到管道 writer 中
- io.Copy将把内容从管道 reader 复制到 MultiWriter 中。
- os.Stdout将接收输出以及你的自定义缓冲区b
- 内容现在可以在b中使用
使用Go中的iopackage，我们可以像我们在这些模式中看到的那样操作数据。