golang bufio、ioutil读文件的速度比较（性能测试）和影响因素分析

前言

golang读取文件的方式主要有4种：

1. 使用File自带的Read方法
2. 使用bufio库的Read方法
3. 使用io/ioutil库的ReadAll()
4. 使用io/ioutil库的ReadFile()

关于前3种方式的速度比较，我最早是在 GoLang几种读文件方式的比较 看过，但在该blog的评论区有人（study_c）提出了质疑，并提供了测试代码。根据该代码的测试，结果应该是

bufio > ioutil.ReadAll > File自带Read

在我反复跑study_c测试代码过程中发现几个问题或者说是影响因素：

• Read()每次读取的块的大小对结果也是有影响的
• 连续测试同一个文件，会从系统缓存或是SSD缓存加载文件，后面的测试结果会被加速

所以本文的性能测试就是基于study_c的代码的基础上做了修改，尝试测试不同块大小对结果的影响，并增加对ioutil.ReadFile()的测试，还有随机生成文件以应对缓存影响公平性。

性能测试

测试环境

CPU: i5-6300HQ
MEM: 12GB
DSK: SANDISK Extreme PRO SSD 480GB
OS : WIN 10 64bit

测试代码1【randfiles.go】，生成1-500MB包含随机字符串的文件

package main

import (
    "math/rand"
    "fmt"
    "flag"
    "strconv"
    "io/ioutil"
)

const letterBytes = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
// https://stackoverflow.com/questions/22892120/how-to-generate-a-random-string-of-a-fixed-length-in-golang
func RandStringBytes(n int) []byte {
    b := make([]byte, n)
    for i := range b {
        b[i] = letterBytes[rand.Intn(len(letterBytes))]
    }
    return b
}
func RandFile(path string,filesizeMB int) {
    b:=RandStringBytes(filesizeMB * 1024)    //生成1-500KB大小的随机字符串
    bb := make([]byte, filesizeMB * 1024 * 1024)
    for i:=0;i<1024;i++ {    //复制1024遍
        copy(bb[len(b)*i:len(b)*(i+1)],b)
    }
    //fmt.Printf("%s",b)
    ioutil.WriteFile(path,bb,0666)
}
func main() {
    flag.Parse()
    filesizeMB,err :=strconv.Atoi(flag.Arg(0))        //1-500MB大小的文件
    if err != nil{panic(err)}
    if filesizeMB > 500 {panic("too large file,>500MB")}
    RandFile("./random1.txt",filesizeMB)
    RandFile("./random2.txt",filesizeMB)
    RandFile("./random3.txt",filesizeMB)
    RandFile("./random4.txt",filesizeMB)
    fmt.Printf("Created 4 files, each file size is %d MB.",filesizeMB)
}

测试代码2【speed.go】，性能测试

package main

import(
    "fmt"
    "os"
    "flag"
    "io"
    "io/ioutil"
    "bufio"
    "time"
    "strconv"
)

func read1(path string,blocksize int){
    fi,err := os.Open(path)
    if err != nil{
        panic(err)
    }
    defer fi.Close()
    block := make([]byte,blocksize)
    for{
        n,err := fi.Read(block)
        if err != nil && err != io.EOF{panic(err)}
        if 0 ==n {break}
    }
}

func read2(path string,blocksize int){
    fi,err := os.Open(path)
    if err != nil{panic(err)}
    defer fi.Close()
    r := bufio.NewReader(fi)
    block := make([]byte,blocksize)
    for{
        n,err := r.Read(block)
        if err != nil && err != io.EOF{panic(err)}
        if 0 ==n {break}
    }
}

func read3(path string){
    fi,err := os.Open(path)
    if err != nil{panic(err)}
    defer fi.Close()
    _,err = ioutil.ReadAll(fi)
}

func read4(path string){
    _,err := ioutil.ReadFile(path)
    if err != nil{panic(err)}
}

func main(){
    flag.Parse()
    file1 := "./random1.txt"
    file2 := "./random2.txt"
    file3 := "./random3.txt"
    file4 := "./random4.txt"
    blocksize,_ :=strconv.Atoi(flag.Arg(0))
    var start,end time.Time
    start = time.Now()
    read1(file1,blocksize)
    end = time.Now()
    fmt.Printf("file/Read() cost time %v
",end.Sub(start))
    start = time.Now()
    read2(file2,blocksize)
    end = time.Now()
    fmt.Printf("bufio/Read() cost time %v
",end.Sub(start))
    start = time.Now()
    read3(file3)
    end = time.Now()
    fmt.Printf("ioutil.ReadAll() cost time %v
",end.Sub(start))
    start = time.Now()
    read4(file4)
    end = time.Now()
    fmt.Printf("ioutil.ReadFile() cost time %v
",end.Sub(start))
}

测试结果：

测试1:块大小为4KB，这是个常见的大小，出人意料ioutil.ReadAll()最慢
测试2:块大小为1KB，这是前言提到的测试结果所用的块大小，与其测试结果一致
测试3:块大小为32KB，在大块的情况下，调用Read()次数更少，bufio已经没有优势，但前两者却远快于ioutil包的两个函数
测试4:块大小为16字节，在小块的情况下，没有缓存的文件普通Read成绩惨不忍睹

影响因素

在查阅golang标准库的源代码后，之所以有不同的结果是与每个方法的实现相关的，最大的因素就是内部buffer的大小，这个直接决定了读取的快慢：

1. f.Read()底层实现是系统调用syscall.Read()，没有深究
2. bufio.NewReader(f)实际调用NewReaderSize(f, defaultBufSize)，而defaultBufSize=4096，可以直接用bufio.NewReaderSize(f,32768)来预分配更大的缓存，缓存的实质是make([]byte, size)
3. ioutil.ReadAll(f)实际调用readAll(r, bytes.MinRead)，而bytes.MinRead=512，缓存的实质是bytes.NewBuffer(make([]byte, 0, 512)，虽然bytes.Buffer会根据情况自动增大，但每次重新分配都会影响性能
4. ioutil.ReadFile(path)是调用readAll(f, n+bytes.MinRead)，这个n取决于文件大小，文件小于10^9字节（0.93GB），n=文件大小，就是NewBuffer一个略大于文件大小的缓存，非常慷慨；大于则n=0，好惨，也就是说大于1G的文件就跟ioutil.ReadAll(f)一个样子了。
5. 但全量缓存的ReadFile为什么不如大块读取的前两者呢？我猜测是NewBuffer包装的字节数组性能当然不如裸奔的字符数组。。

结论

• 当每次读取块的大小小于4KB，建议使用bufio.NewReader(f), 大于4KB用bufio.NewReaderSize(f,缓存大小)
• 要读Reader, 图方便用ioutil.ReadAll()
• 一次性读取文件，使用ioutil.ReadFile()
• 不同业务场景，选用不同的读取方式

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