面试题：深入剖析Go io包缓冲读写原理与自定义实现

bufio.Reader结构体设计及关键方法实现逻辑

结构体设计
- bufio.Reader结构体用于包装一个io.Reader，为其提供缓冲功能。其结构体定义大致如下（简化版，实际代码有更多字段）：
```
type Reader struct {
    buf          []byte
    rd           io.Reader
    r, w         int
    err          error
    lastByte     int
    lastRuneSize int
}
```
- buf：用于存储读取数据的缓冲区。
- rd：被包装的原始io.Reader。
- r：当前读位置。
- w：当前写位置（用于缓冲区填充）。
- err：读取过程中遇到的错误。
- lastByte和lastRuneSize：用于处理字符读取相关的辅助信息。
关键方法实现逻辑
- Read方法
  - 首先检查缓冲区中是否有可用数据（r < w），如果有则直接从缓冲区读取数据到用户提供的p切片中。
  - 如果缓冲区中没有可用数据，调用fill方法填充缓冲区。fill方法会从底层io.Reader（rd）读取数据到缓冲区（buf），更新w位置。
  - 继续从缓冲区读取数据到p，直到p被填满或者缓冲区无数据可读。
- ReadByte方法
  - 同样先检查缓冲区是否有数据，若有则返回缓冲区的下一个字节并更新读位置r。
  - 若缓冲区无数据，调用fill方法填充缓冲区，然后再返回下一个字节。如果填充后仍无数据则返回错误。
- ReadRune方法
  - 先处理缓冲区中已有的数据，根据UTF - 8编码规则解析一个字符。
  - 如果缓冲区数据不足，调用fill方法填充缓冲区，继续解析字符。
  - 解析成功后返回字符、字符长度和错误信息。

bufio.Writer结构体设计及关键方法实现逻辑

结构体设计
- bufio.Writer结构体用于包装一个io.Writer，提供缓冲写功能。其结构体定义大致如下（简化版）：
```
type Writer struct {
    err error
    buf []byte
    n   int
    wr  io.Writer
}
```
- err：写操作过程中遇到的错误。
- buf：用于存储待写入数据的缓冲区。
- n：当前缓冲区中已使用的字节数。
- wr：被包装的原始io.Writer。
关键方法实现逻辑
- Write方法
  - 将用户提供的数据写入缓冲区buf。如果缓冲区空间不足，调用flush方法将缓冲区数据写入底层io.Writer（wr），然后再尝试写入数据。
  - 更新n表示缓冲区已使用的字节数。
- Flush方法
  - 将缓冲区中所有数据（buf[:n]）写入底层io.Writer（wr）。
  - 清空缓冲区（n = 0），并检查写入过程中是否发生错误。

基于io.Reader和io.Writer接口设计更高效的缓冲读写器（适用于网络I/O场景）优化方向及核心代码示例

优化方向
- 缓冲区大小：根据网络I/O场景特点，合理调整缓冲区大小。对于网络传输，较大的缓冲区可能减少系统调用次数，但占用更多内存，需要权衡。一般可根据常见网络数据包大小设置为8192字节或更大。
- 减少内存分配：尽量复用已有的缓冲区，避免频繁创建新的缓冲区对象。
- 异步操作：利用Go语言的goroutine和channel实现异步读写，提高I/O并发性能。
- 零拷贝技术：在可能的情况下，使用零拷贝技术（如在Linux系统下利用sendfile系统调用）减少数据在用户空间和内核空间之间的拷贝次数，提高效率。
核心代码示例

package main

import (
    "io"
    "net"
    "sync"
)

type AsyncBufferedReader struct {
    conn    net.Conn
    buffer  []byte
    offset  int
    length  int
    wg      sync.WaitGroup
    dataCh  chan []byte
    doneCh  chan struct{}
}

func NewAsyncBufferedReader(conn net.Conn, bufferSize int) *AsyncBufferedReader {
    if bufferSize <= 0 {
        bufferSize = 8192
    }
    ar := &AsyncBufferedReader{
        conn:    conn,
        buffer:  make([]byte, bufferSize),
        dataCh:  make(chan []byte),
        doneCh:  make(chan struct{}),
    }
    ar.wg.Add(1)
    go ar.readLoop()
    return ar
}

func (ar *AsyncBufferedReader) readLoop() {
    defer func() {
        close(ar.dataCh)
        close(ar.doneCh)
        ar.wg.Done()
    }()
    for {
        n, err := ar.conn.Read(ar.buffer)
        if err != nil && err != io.EOF {
            // 处理错误
            return
        }
        if n == 0 {
            if err == io.EOF {
                return
            }
            continue
        }
        ar.offset = 0
        ar.length = n
        ar.dataCh <- ar.buffer[:n]
    }
}

func (ar *AsyncBufferedReader) Read(p []byte) (int, error) {
    var data []byte
    select {
    case data = <-ar.dataCh:
    case <-ar.doneCh:
        return 0, io.EOF
    }
    if len(data) == 0 {
        return 0, io.EOF
    }
    n := copy(p, data)
    ar.offset += n
    if ar.offset >= ar.length {
        // 等待下一次数据
        select {
        case data = <-ar.dataCh:
        case <-ar.doneCh:
            return n, io.EOF
        }
    }
    return n, nil
}

func (ar *AsyncBufferedReader) Close() error {
    ar.conn.Close()
    ar.wg.Wait()
    return nil
}

type AsyncBufferedWriter struct {
    conn    net.Conn
    buffer  []byte
    offset  int
    wg      sync.WaitGroup
    dataCh  chan []byte
    doneCh  chan struct{}
}

func NewAsyncBufferedWriter(conn net.Conn, bufferSize int) *AsyncBufferedWriter {
    if bufferSize <= 0 {
        bufferSize = 8192
    }
    aw := &AsyncBufferedWriter{
        conn:    conn,
        buffer:  make([]byte, bufferSize),
        dataCh:  make(chan []byte),
        doneCh:  make(chan struct{}),
    }
    aw.wg.Add(1)
    go aw.writeLoop()
    return aw
}

func (aw *AsyncBufferedWriter) writeLoop() {
    defer func() {
        close(aw.doneCh)
        aw.wg.Done()
    }()
    for data := range aw.dataCh {
        _, err := aw.conn.Write(data)
        if err != nil {
            // 处理错误
            return
        }
    }
}

func (aw *AsyncBufferedWriter) Write(p []byte) (int, error) {
    select {
    case aw.dataCh <- p:
    case <-aw.doneCh:
        return 0, io.ErrClosedPipe
    }
    return len(p), nil
}

func (aw *AsyncBufferedWriter) Close() error {
    close(aw.dataCh)
    aw.wg.Wait()
    return aw.conn.Close()
}

在上述代码中，AsyncBufferedReader和AsyncBufferedWriter分别实现了异步的缓冲读写功能，通过goroutine和channel进行数据的异步处理，提高网络I/O的效率。

面试题：深入剖析Go io包缓冲读写原理与自定义实现

知识考点

面试题答案

bufio.Reader结构体设计及关键方法实现逻辑

bufio.Writer结构体设计及关键方法实现逻辑

基于io.Reader和io.Writer接口设计更高效的缓冲读写器（适用于网络I/O场景）优化方向及核心代码示例