go io 包

在分析chiesl 的时候涉及到代理 Proxy，代理的本质，是转发两个相同方向路径上的 stream（数据流）。例如，一个 A-->B-->C 的代理模式，B 作为代理，读取从 A--->B 的数据，转发到 B--->C

func Pipe(src io.ReadWriteCloser, dst io.ReadWriteCloser) (int64, int64) {
	var sent, received int64
	var wg sync.WaitGroup
	var o sync.Once
	close := func() {
		src.Close()
		dst.Close()
	}
	wg.Add(2)
	go func() {
		received, _ = io.Copy(src, dst)
		o.Do(close)
		wg.Done()
	}()
	go func() {
		sent, _ = io.Copy(dst, src)
		o.Do(close)
		wg.Done()
	}()
	wg.Wait()
	return sent, received
}

目前看到src 和dst之间使用io.copy传输，这是两个tcp流啊！！！这样就解决了！！！

先看看io.copy

io.Copy() 相较于 ioutil.ReadAll() 之类，最大的不同是它采用了一个定长的缓冲区做中转，复制过程中，内存的消耗量是较为固定的。如果你的代理的网络状况不佳，就会发现 io.Copy() 比 ioutil.ReadAll() 的好处了。

// Copy copies from src to dst until either EOF is reached
// on src or an error occurs. It returns the number of bytes
// copied and the first error encountered while copying, if any.
//io.Copy() 可以轻松地将数据从一个 Reader 拷贝到另一个 Writer。
//它抽象出 for 循环模式并正确处理 io.EOF 和 字节计数。
// A successful Copy returns err == nil, not err == EOF.
// Because Copy is defined to read from src until EOF, it does
// not treat an EOF from Read as an error to be reported.
//
// If src implements the WriterTo interface,
// the copy is implemented by calling src.WriteTo(dst).
// Otherwise, if dst implements the ReaderFrom interface,
// the copy is implemented by calling dst.ReadFrom(src).
func Copy(dst Writer, src Reader) (written int64, err error) {
	return copyBuffer(dst, src, nil)
}
// copyBuffer is the actual implementation of Copy and CopyBuffer.
// if buf is nil, one is allocated.
func copyBuffer(dst Writer, src Reader, buf []byte) (written int64, err error) {
	// If the reader has a WriteTo method, use it to do the copy.
	// Avoids an allocation and a copy.
	if wt, ok := src.(WriterTo); ok {
		return wt.WriteTo(dst)
	}
	// Similarly, if the writer has a ReadFrom method, use it to do the copy.
	if rt, ok := dst.(ReaderFrom); ok {
		return rt.ReadFrom(src)
	}
	if buf == nil {
		size := 32 * 1024
		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 {
		nr, er := src.Read(buf)
		if nr > 0 {
			nw, ew := dst.Write(buf[0:nr])
			if nw < 0 || nr < nw {
				nw = 0
				if ew == nil {
					ew = errInvalidWrite
				}
			}
			written += int64(nw)
			if ew != nil {
				err = ew
				break
			}
			if nr != nw {
				err = ErrShortWrite
				break
			}
		}
		if er != nil {
			if er != EOF {
				err = er
			}
			break
		}
	}
	return written, err
}

io.Copy 与 Http 的开发结合

在 Web 开发中，如果我们要实现下载一个文件（并保存在本地），有哪些高效的方式呢？
第一种方式：http.Get()+ioutil.WriteFile()，将下载内容直接写到文件中

func DownloadFile() error {
    url :="http://xxx/somebigfile"
    resp ,err := http.Get(url)
    if err != nil {
        fmt.Fprint(os.Stderr ,"get url error" , err)
    }

    defer resp.Body.Close()

    data ,err := ioutil.ReadAll(resp.Body)
    if err != nil {
        panic(err)
    }

	return ioutil.WriteFile("/tmp/xxx_file", data, 0755)
}

But，第一种方式的问题在于，如果是大文件，会出现内存不足的问题，因为它是需要先把请求内容全部读取到内存中，然后再写入到文件中的。优化的方案就是使用 io.Copy()，它是将源复制到目标，并且是按默认的缓冲区 32k 循环操作的，不会将内容一次性全写入内存中

第二种方式：使用 `io.Copy()`

func DownloadFile() {
    url :="http://xxx/somebigfile"
    resp ,err := http.Get(url)
    if err != nil {
        fmt.Fprint(os.Stderr ,"get url error" , err)
    }
    defer resp.Body.Close()
	out, err := os.Create("/tmp/xxx_file")
	// 很重要：初始化一个 io.Writer
    wt :=bufio.NewWriter(out)

    defer out.Close()

    n, err :=io.Copy(wt, resp.Body)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    wt.Flush()
}

同理，复制大文件也可以用 io.copy() 这个，防止产生内存溢出。

使用 io.Copy 实现 SSH 代理

利用 io.Copy() 实现 SSH 代理的代码如下，只需要 2 个 io.Copy() 就简单的将两条连接无缝衔接起来了，非常直观。

这个参考chisel 开源框架就行

查看代码
 type Endpoint struct {
	Host string
	Port int
}

func (endpoint *Endpoint) String() string {
	return fmt.Sprintf("%s:%d", endpoint.Host, endpoint.Port)
}

type SSHtunnel struct {
	Local  *Endpoint
	Server *Endpoint
	Remote *Endpoint

	Config *ssh.ClientConfig
}

func (tunnel *SSHtunnel) Start() error {
	listener, err := net.Listen("tcp", tunnel.Local.String())
	if err != nil {
		return err
	}
	defer listener.Close()

	for {
		conn, err := listener.Accept()
		if err != nil {
			return err
		}
		go tunnel.forward(conn)
	}
}

func (tunnel *SSHtunnel) forward(localConn net.Conn) {
	serverConn, err := ssh.Dial("tcp", tunnel.Server.String(), tunnel.Config)
	if err != nil {
		fmt.Printf("Server dial error: %s\n", err)
		return
	}

	remoteConn, err := serverConn.Dial("tcp", tunnel.Remote.String())
	if err != nil {
		fmt.Printf("Remote dial error: %s\n", err)
		return
	}

	copyConn := func(writer, reader net.Conn) {
		defer writer.Close()
		defer reader.Close()

		_, err := io.Copy(writer, reader)
		if err != nil {
			fmt.Printf("io.Copy error: %s", err)
		}
	}

	go copyConn(localConn, remoteConn)
	go copyConn(remoteConn, localConn)
}

func main() {
	localEndpoint := &Endpoint{
		Host: "localhost",
		Port: 9000,
	}

	serverEndpoint := &Endpoint{
		Host: "some-real-ssh-listening-port",
		Port: 22,
	}

	remoteEndpoint := &Endpoint{
		Host: "www.baidu.com",
		Port: 80,
	}

	sshConfig := &ssh.ClientConfig{
		User: "root",
		Auth: []ssh.AuthMethod{
			ssh.Password("real-password"),
		},
		HostKeyCallback: func(hostname string, remote net.Addr, key ssh.PublicKey) error {
			// Always accept key.
			return nil
		},
	}

	tunnel := &SSHtunnel{
		Config: sshConfig,
		Local:  localEndpoint,
		Server: serverEndpoint,
		Remote: remoteEndpoint,
	}

	tunnel.Start()
}

golang io.Pipe 的妙用

另外一个有趣的方法是 io.Pipe，其实现在此，有点像 Linux 的 Pipe。其官方描述如下，简言之，就是提供了一个单工的数据传输管道。读端只可以读，写端只可以写。

Pipe creates a synchronous in-memory pipe. It can be used to connect code expecting an io.Reader with code expecting an io.Writer. Reads and Writes on the pipe are matched one to one except when multiple Reads are needed to consume a single Write. That is, each Write to the 》》PipeWriter blocks until it has satisfied one or more Reads from the PipeReader that fully consume the written data. The data is copied directly from the Write to the corresponding Read (or Reads); there is no internal buffering. It is safe to call Read and Write in parallel with each other or with Close. Parallel calls to Read and parallel calls to Write are also safe: the individual calls will be gated sequentially.

func Pipe() (*PipeReader, *PipeWriter) {
	p := &pipe{
		wrCh: make(chan []byte),
		rdCh: make(chan int),
		done: make(chan struct{}),
	}
	return &PipeReader{p}, &PipeWriter{p}
}

官方给的例子比较易懂，通过 io.Pipe() 生成一对 (PipeReader,PipeWriter) 在单独的协程中，向 PipeWriter 写入数据，在主协程中，通过 io.Copy() 将 PipeReader 的数据复制到标准输出 os.Stdout 上：

func main() {
	r, w := io.Pipe()

	go func() {
		fmt.Fprint(w, "some io.Reader stream to be read\n")
		w.Close()
	}()

	if _, err := io.Copy(os.Stdout, r); err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
}

io.Pipe 分析

我们看看 write 方法的实现：

func (p *pipe) write(b []byte) (n int, err error) {
	// pipe uses nil to mean not available
	if b == nil {
		b = zero[:]
	}

	// One writer at a time.
	p.wl.Lock()
	defer p.wl.Unlock()

	p.l.Lock()
	defer p.l.Unlock()
	if p.werr != nil {
		err = ErrClosedPipe
		return
	}
	p.data = b  // 注意：这里是引用赋值，只是复制了地址而已
	p.rwait.Signal() // 通知 p.rwait.Wait, 释放 p.rwait.Wait 等待, 可以开始读数据了. 让读操作把 data 都读完, 读完之后即可等待准备下一次写操作
	for {
		if p.data == nil {
			break // 有数据来了, break 等待循环, 进行写操作
		}
		if p.rerr != nil {
			err = p.rerr
			break
		}
		if p.werr != nil {
			err = ErrClosedPipe
			break
		}
		p.wwait.Wait() // 写的等待, 等待 p.wwait.Signal
	}
	n = len(b) - len(p.data)
	p.data = nil // in case of rerr or werr // 将 data 置为 nil, 等待下一次的写操作
	return
}

使用 io.Pipe() 的场景

在 io.Pipe 的实现中，每次 Read 需要等待 Write 写完，是串行的。即 io.Pipe 描述了这样一种场景，即产生了一条数据，紧接着就要处理掉这条数据的场景。此外，从其实现来看，在 Write 流程中，将参数 b 这个 slice 放到 p.data 中，这是一次引用赋值。然后在 Read 流程中，把 p.data copy 出去，本质上相当于 copy 了 write 的原始数据，并没有用占用临时 slice 存储，减少了内存使用量。

使用 `io.copyN` 传输文件

下载 / 上传文件

CopyN 方法借用了 io.LimitReader 的能力，而 LimitReader(r Reader, n int64) Reader 返回一个内容长度受限的 Reader，当从这个 Reader 中读取了 n 个字节一会就会遇到 EOF。其实现如下：

func CopyN(dst Writer, src Reader, n int64) (written int64, err error) {
	written, err = Copy(dst, LimitReader(src, n))
	if written == n {
		return n, nil
	}
	if written < n && err == nil {
		// src stopped early; must have been EOF.
		err = EOF
	}
	return
}

CopyN 提供了一定的保护措施，可以传输指定 size 的文件后自行退出。就是提供了一个保护的功能，其它和普通的 Reader 无区别。那么使用 CopyN 传输文件：

1、上传文件：使用 os.Open 打开需要传输的文件，然后使用 os.Lstat 获取 FileInfo，然后开始传输 io.CopyN(net.Conn, os.File,os.FileInfo.Size())
2、下载文件：使用 os.Create 创建写入文件，然后实现 io.CopyN(os.File, net.Conn，os.FileInfo.Size())
3、下载文件，还可以使用 ReadAtLeast 与 LimitReader 进行配合

一些 IO 优化的 tips

关于 io.Copy 的优化

在前面讨论过，io.Copy 此方法，从 src 拷贝数据到 dst，中间会借助字节 slice 作为 buffer。可以使用 io.CopyBuffer 替代 io.Copy，并使用 sync.Pool 缓存 buffer, 以减少临时对象的申请和释放。见 issue：io: consider reusing buffers for io.Copy to reduce GC pressure

io.CopyBuffer(dst Writer, src Reader, buf []byte)
// 提供 buf 的引用参数传入
func copyBuffer(dst Writer, src Reader, buf []byte) (written int64, err error) {
	// If the reader has a WriteTo method, use it to do the copy.
	// Avoids an allocation and a copy.
	if wt, ok := src.(WriterTo); ok {
		return wt.WriteTo(dst)
	}
	// Similarly, if the writer has a ReadFrom method, use it to do the copy.
	if rt, ok := dst.(ReaderFrom); ok {
		return rt.ReadFrom(src)
	}
	// 当 buf 为空时，和 copy 行为一致
	if buf == nil {
		size := 32 * 1024
		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)
	}
	//在连接关闭之前，一直都在 for 循环。而连接关闭时，读取到的就是 io.EOF
	for {
		nr, er := src.Read(buf)
		if nr > 0 {
			nw, ew := dst.Write(buf[0:nr])
			if nw > 0 {
				written += int64(nw)
			}
			if ew != nil {
				err = ew
				break
			}
			if nr != nw {
				err = ErrShortWrite
				break
			}
		}
		if er != nil {
			if er != EOF {
				err = er
			}
			break
		}
	}
	return written, err
}

上述优化可以在 frp 项目中找到，这里使用了 io.CopyBuffer 来把两个连接之间的流量转发：

// Join two io.ReadWriteCloser and do some operations.
func Join(c1 io.ReadWriteCloser, c2 io.ReadWriteCloser) (inCount int64, outCount int64) {
	var wait sync.WaitGroup
	pipe := func(to io.ReadWriteCloser, from io.ReadWriteCloser, count *int64) {
		defer to.Close()
		defer from.Close()
		defer wait.Done()

		buf := pool.GetBuf(16 * 1024)
		defer pool.PutBuf(buf)
		*count, _ = io.CopyBuffer(to, from, buf)
	}

	wait.Add(2)
	go pipe(c1, c2, &inCount)
	go pipe(c2, c1, &outCount)
	wait.Wait()
	return
}

此外，golang 的 httputil.reverseproxy 实现，也加入了此机制：

net/http/httputil: add hook for managing io.Copy buffers per request
Adds ReverseProxy.BufferPool for users with sensitive allocation
requirements. Permits avoiding 32 KB of io.Copy garbage per request.

os.File 同时实现了 io.Reader 和 io.Writer
strings.Reader 实现了 io.Reader
bufio.Reader/Writer 分别实现了 io.Reader 和 io.Writer
bytes.Buffer 同时实现了 io.Reader 和 io.Writer
bytes.Reader 实现了 io.Reader
compress/gzip.Reader/Writer 分别实现了 io.Reader 和 io.Writer
crypto/cipher.StreamReader/StreamWriter 分别实现了 io.Reader 和 io.Writer
crypto/tls.Conn 同时实现了 io.Reader 和 io.Writer
encoding/csv.Reader/Writer 分别实现了 io.Reader 和 io.Writer
mime/multipart.Part 实现了 io.Reader

常用的类型有：os.File、strings.Reader、bufio.Reader/Writer、bytes.Buffer、bytes.Reader

bytes.Buffer、bytes.Reader 、bufio.Reader/Writer 区别？

bytes.Buffer, bytes.Reader, bufio.Reader, 和 bufio.Writer 都是Go语言中处理字节数据的包，它们有不同的用途和特点：

bytes.Buffer：
- 用途： 用于在内存中动态地存储和操作字节数据。
- 特点： 实现了io.Reader, io.Writer, io.ByteScanner, io.ByteWriter接口，因此可以方便地进行读写操作。它是可变大小的缓冲区，可以动态地增加和减少容量，适合在内存中构建和操作字节数据。
- ```
import "bytes"

var buf bytes.Buffer
buf.Write([]byte("Hello, "))
buf.Write([]byte("world!"))
result := buf.String() // "Hello, world!"
```

bytes.Reader：
- 用途： 用于从已有的字节切片中读取数据，实现了io.Reader, io.Seeker, io.ReaderAt, io.WriterTo 接口。
- 特点： 提供了从字节切片中读取数据的方法，可以方便地将一个字节切片转换为满足io.Reader接口的对象。
- ```
import "bytes"

data := []byte("Hello, world!")
reader := bytes.NewReader(data)
buffer := make([]byte, 5)
n, err := reader.Read(buffer)
// Now buffer contains "Hello"
```

bufio.Reader：
- 用途： 用于从io.Reader对象中读取数据，提供了缓冲读取的功能，以提高性能。
- 特点： 实现了缓冲读取，可以减少对底层数据源的直接读取次数，提高读取效率。可用于包装其他io.Reader对象。
- ```
import "bufio"
import "os"

file, _ := os.Open("example.txt")
reader := bufio.NewReader(file)
line, _, _ := reader.ReadLine()
```

bufio.Writer：
- 用途： 用于向io.Writer对象中写入数据，提供了缓冲写入的功能，以提高性能。
- 特点： 实现了缓冲写入，可以减少对底层数据目标的直接写入次数，提高写入效率。可用于包装其他io.Writer对象。
- ```
import "bufio"
import "os"

file, _ := os.Create("example.txt")
writer := bufio.NewWriter(file)
writer.WriteString("Hello, world!")
writer.Flush() // Ensure that all buffered data is written to the underlying writer.
```

textproto 包和 bufio 包都是 Go 语言中用于处理文本数据的包，但它们的用途和重点有一些不同。

textproto 包：
- 用途： 主要用于处理文本协议，例如 MIME 协议和 HTTP 协议的头部部分。
- 特点： 提供了解析和生成文本协议的功能，包括对头部字段的解析和构建。
以下是一个简单的例子，展示了如何使用 textproto 包解析 HTTP 头部：

package main

import (
    "fmt"
    "net/textproto"
    "strings"
)

func main() {
    // 模拟 HTTP 头部字符串
    headerString := "Content-Type: text/html\nContent-Length: 42\n"

    // 创建 textproto.Reader
    reader := textproto.NewReader(strings.NewReader(headerString))

    // 解析 HTTP 头部字段
    header, err := reader.ReadMIMEHeader()
    if err != nil {
        fmt.Println("Error:", err)
        return
    }

    // 打印解析结果
    fmt.Println("Content-Type:", header.Get("Content-Type"))
    fmt.Println("Content-Length:", header.Get("Content-Length"))
}

// NewReader returns a new Reader reading from r.
//
// To avoid denial of service attacks, the provided bufio.Reader
// should be reading from an io.LimitReader or similar Reader to bound
// the size of responses.
func NewReader(r *bufio.Reader) *Reader {
	return &Reader{R: r}
}

在实际使用中，你可能会在处理文本协议时结合使用这两个包，例如在解析 HTTP 请求时使用 textproto 处理头部，然后使用 bufio 包装 io.Reader 处理请求体。

参考：go 语言io包解析 go语言核心36讲 io分析 Golang 的 io 包介绍

posted @ 2024-01-04 17:03 codestacklinuxer 阅读(18) 评论(0) 编辑收藏举报

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坐看云起时

乘风好去，长空万里，直下看山河!!! 研究过httpserver、nginx、内核tcpip协议栈源码，内存管理、摄像头-iic-spi等驱动!! 目前瞎搞

go io 包

先看看io.copy

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使用 `io.copyN` 传输文件