Golang bufio库高效文件读取与写入-Golang-PHP中文网

bufio库通过缓冲机制减少系统调用，提升文件I/O性能。它在内存中开辟缓冲区，聚合零散读写操作，避免频繁的用户态与内核态切换。读取时，bufio.Reader一次性从磁盘读取大块数据到缓冲区，后续小读取操作直接从缓冲区获取；写入时，bufio.Writer先将数据暂存缓冲区，待缓冲区满或调用Flush()时才提交至操作系统。此“以空间换时间”策略显著降低开销，尤其适用于大文件或高频读写场景。实际使用中，推荐bufio.Scanner处理文本文件，按行或自定义分隔符读取；二进制数据则用reader.Read或writer.Write控制块大小。默认4KB缓冲区适用于多数场景，超大文件或高吞吐需求可增大缓冲区以进一步减少系统调用。关键陷阱包括：必须调用writer.Flush()确保数据落盘，否则程序崩溃会导致数据丢失；处理io.EOF时需先消费已读数据再退出；避免并发访问同一bufio实例，应为每个goroutine创建独立实例或加锁保护；始终使用defer file.Close()防止资源泄露。合理选择方法与缓冲区大小，并妥善处理错误，可使Go文件I/O兼具高效与稳定。

golang bufio库高效文件读取与写入

Golang的

bufio

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库通过引入缓冲机制，将零散的读写操作聚合成批，从而大幅减少了系统调用次数，这对于提升文件I/O性能至关重要，尤其是在处理大文件或频繁读写场景下。它本质上是在内存中开辟了一个临时区域，先在这个区域进行数据暂存，达到一定量或满足特定条件后再一次性提交给操作系统，极大优化了效率。

在Go语言中，处理文件I/O时，我们往往会追求效率。没有

bufio

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的直接

os.File

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读写，每一次

Read

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或

Write

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调用都可能触发一次系统调用，从用户态切换到内核态，这个开销是相当大的。想象一下，你每想喝一口水就跑一趟厨房，而不是一次性把水壶灌满。

bufio

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库就是那个聪明的水壶，它在内存中维护一个缓冲区，将零散的读写请求先在内存中处理，只有当缓冲区满或者你明确要求时，才进行一次实际的系统调用。

具体到实践，使用

bufio

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进行文件读写非常直观。

文件读取：

立即学习“go语言免费学习笔记（深入）”；

我们首先需要打开一个文件，然后用

bufio.NewReader

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将其包装起来。这个

Reader

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内部会维护一个默认大小（通常是4KB）的缓冲区。

package main

import (
    "bufio"
    "fmt"
    "io"
    "os"
)

func main() {
    filePath := "example.txt"
    // 创建一个示例文件，如果不存在的话
    if _, err := os.Stat(filePath); os.IsNotExist(err) {
        f, _ := os.Create(filePath)
        f.WriteString("Hello, bufio!\n")
        f.WriteString("This is a test line.\n")
        f.WriteString("Another line for reading.\n")
        f.Close()
    }

    file, err := os.Open(filePath)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error opening file:", err)
        return
    }
    defer file.Close() // 确保文件句柄被关闭

    reader := bufio.NewReader(file) // 包装成带缓冲的Reader

    fmt.Println("--- Reading file line by line ---")
    for {
        line, err := reader.ReadString('\n') // 读取直到遇到换行符
        if err != nil {
            if err == io.EOF {
                fmt.Print(line) // 最后一行可能没有换行符，或者EOF前还有数据
                break
            }
            fmt.Println("Error reading line:", err)
            return
        }
        fmt.Print(line)
    }

    // 重新打开文件演示其他读取方式
    file2, err := os.Open(filePath)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error opening file:", err)
        return
    }
    defer file2.Close()
    reader2 := bufio.NewReader(file2)

    fmt.Println("\n--- Peeking at next bytes ---")
    peekedBytes, err := reader2.Peek(5) // 窥视接下来的5个字节，不移动读指针
    if err != nil {
        fmt.Println("Error peeking:", err)
        return
    }
    fmt.Printf("Peeked: %s\n", string(peekedBytes))

    // 再次读取，会从Peeked之后的位置开始
    line2, _ := reader2.ReadString('\n')
    fmt.Printf("Read after peek: %s", line2)
}

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这里我们使用了

reader.ReadString('\n')

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来逐行读取，它会一直读取直到遇到换行符或者文件末尾。

io.EOF

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的处理至关重要，它表示文件已经读到末尾，但在这之前可能还有一些数据被读取到了

line

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变量中。

文件写入：

写入同样需要先打开文件（通常是

os.Create

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或

os.OpenFile

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），然后用

bufio.NewWriter

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包装。

package main

import (
    "bufio"
    "fmt"
    "os"
)

func main() {
    filePath := "output.txt"

    file, err := os.Create(filePath) // 创建或截断文件
    if err != nil {
        fmt.Println("Error creating file:", err)
        return
    }
    defer file.Close() // 确保文件句柄被关闭

    writer := bufio.NewWriter(file) // 包装成带缓冲的Writer

    fmt.Println("--- Writing to file with bufio ---")
    // 写入字符串
    _, err = writer.WriteString("This is the first line written with bufio.\n")
    if err != nil {
        fmt.Println("Error writing string:", err)
        return
    }

    // 写入字节切片
    data := []byte("And this is the second line as bytes.\n")
    _, err = writer.Write(data)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error writing bytes:", err)
        return
    }

    // 最关键的一步：将缓冲区中的数据真正写入文件
    err = writer.Flush()
    if err != nil {
        fmt.Println("Error flushing writer:", err)
        return
    }

    fmt.Println("Content written to", filePath, "successfully.")

    // 验证写入内容
    readAndPrintFile(filePath)
}

func readAndPrintFile(filePath string) {
    file, err := os.Open(filePath)
    if err != nil {
        fmt.Println("Error opening file for verification:", err)
        return
    }
    defer file.Close()

    scanner := bufio.NewScanner(file)
    fmt.Println("\n--- Verifying content of", filePath, "---")
    for scanner.Scan() {
        fmt.Println(scanner.Text())
    }
    if err := scanner.Err(); err != nil {
        fmt.Println("Error during scan:", err)
    }
}

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writer.Flush()

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是写入操作中非常重要的一步，它会将缓冲区中所有的数据强制写入到底层的

os.File

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中。如果忘记调用

Flush()

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，或者程序在

Flush()

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之前崩溃，那么缓冲区中的数据可能就不会被写入到磁盘，导致数据丢失。通常，我们会在

defer file.Close()

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之前或在处理完所有写入后立即调用

writer.Flush()

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。

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的缓冲机制究竟如何提升文件I/O性能？

说到底，

bufio

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提升性能的核心在于它巧妙地减少了操作系统层面的开销。每次Go程序需要从磁盘读取一小块数据，或者向磁盘写入一小块数据时，都会涉及一次系统调用。这个过程并非免费：它需要CPU从用户态切换到内核态，内核需要进行权限检查、查找文件、定位磁盘扇区等一系列操作，然后再切换回用户态。这个上下文切换的成本，在现代操作系统中，虽然微秒级，但如果操作极其频繁，累积起来就会成为性能瓶颈。

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引入的缓冲区，就像是一个“中间仓库”。当程序请求读取数据时，

bufio.Reader

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会尝试一次性从磁盘读取一大块数据（比如4KB），填充到自己的内存缓冲区里。之后，程序再进行多次小块读取，

bufio.Reader

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就直接从这个内存缓冲区里提供数据，而无需再与操作系统打交道。只有当缓冲区的数据被“吃完”了，它才会再次发起一次大的系统调用去填充缓冲区。写入时也类似，

bufio.Writer

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会将程序写入的小块数据先暂存到内存缓冲区。只有当缓冲区满了，或者你显式调用

Flush()

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，它才会将缓冲区里累积的大块数据一次性提交给操作系统进行写入。

这种“以空间换时间”的策略，将多次小的、高开销的系统调用，合并成少数几次大的、低开销的系统调用，从而显著降低了I/O操作的整体延迟，提升了吞吐量。尤其是在处理大文件、网络流或者并发I/O密集型应用时，

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的优势会变得非常明显。你可以把它想象成：与其每次只拿一粒米去煮饭，不如一次性把一碗米都拿来。

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在实际项目中，如何选择合适的

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读写方法和缓冲区大小？

选择合适的

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读写方法和缓冲区大小，这其实是个实践与权衡的问题，没有一劳永逸的答案，更多的是依据你的具体应用场景和数据特性来决定。

读写方法的选择：

对于文本文件，特别是行导向的数据（如日志文件、CSV文件）：
- ```
bufio.Scanner
```
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  是首选。它在
```
bufio.Reader
```
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  之上提供了一个更高级别的抽象，非常适合逐行（
```
scanner.Scan()
```
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  和
```
scanner.Text()
```
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  ）或按单词（
```
scanner.Split(bufio.ScanWords)
```
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  ）甚至自定义分隔符来读取数据。它的错误处理也更简洁，内部自动处理了缓冲区和
```
io.EOF
```
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  。我个人在处理大部分文本文件时，都倾向于使用
```
Scanner
```
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  ，因为它既高效又易用。
- ```
reader.ReadString('\n')
```
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  ：如果你需要手动控制每一行的读取逻辑，或者需要保留换行符本身，这个方法也很好用。但需要手动处理
```
io.EOF
```
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  。
- ```
reader.ReadLine()
```
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  ：这是一个低级别的API，它返回一个字节切片，表示一行数据。如果一行数据超过了缓冲区大小，它会返回
```
isPrefix
```
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  为
```
true
```
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  ，表示这一行还没有读完。这在处理超长行时可能会比较麻烦，通常不推荐直接使用，除非你确实需要这种精细控制。
对于二进制文件或需要固定大小块读取的场景：
- ```
reader.Read(p []byte)
```
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  ：这是最通用的读取方法，它会尝试将数据读入你提供的字节切片
```
p
```
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  中。你可以控制每次读取的块大小，这对于处理二进制协议或分块传输的数据非常有用。
对于写入操作：
- ```
writer.WriteString(s string)
```
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  ：当你需要写入字符串时，这个方法很方便。
- ```
writer.Write(p []byte)
```
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  ：这是写入字节切片的基本方法，适用于所有需要写入字节流的场景。

缓冲区大小的选择：

bufio.NewReader

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和

bufio.NewWriter

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默认使用4KB的缓冲区。在大多数情况下，这个默认值已经足够好。但如果你有特殊需求，可以使用

bufio.NewReaderSize(r io.Reader, size int)

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或

bufio.NewWriterSize(w io.Writer, size int int)

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来自定义缓冲区大小。

何时考虑更大的缓冲区（例如8KB, 16KB, 32KB甚至更大）：
- 处理超大文件： 如果你的程序需要处理GB甚至TB级别的文件，并且是顺序读取/写入，增大缓冲区可以进一步减少系统调用次数，提高吞吐量。
- I/O密集型任务： 在网络文件传输、数据库备份等对I/O性能要求极高的场景下，更大的缓冲区可以更好地摊平系统调用的开销。
- 文件系统块大小匹配： 有时，将缓冲区大小设置为与底层文件系统的块大小（例如4KB、8KB）的倍数，可以获得轻微的性能优势。
何时考虑更小的缓冲区（不常见，但偶尔有）：
- 内存受限环境： 在嵌入式系统或内存非常紧张的环境中，为了节省内存，你可能需要减小缓冲区大小。但这通常会牺牲I/O性能。
- 小文件、随机访问： 如果你主要处理很多小文件，或者文件访问模式是高度随机的（即频繁地跳到文件不同位置），那么缓冲区的优势就不那么明显，甚至可能因为额外的内存开销而略微降低性能。

我的经验是，除非你通过基准测试（benchmarking）明确发现默认缓冲区是瓶颈，否则通常不需要特意去调整它。过大的缓冲区可能会占用不必要的内存，而过小的缓冲区则会削弱

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带来的性能优势。保持一个平衡点很重要。

遇到

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操作的常见陷阱和错误处理策略有哪些？

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虽然强大，但使用不当也容易踩坑。作为一名开发者，我总结了一些常见的陷阱和相应的处理策略：

忘记调用
```
writer.Flush()
```
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：这是最最常见的错误！
```
bufio.Writer
```
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的数据是先写入内存缓冲区，而不是直接到磁盘。如果你不调用
```
Flush()
```
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，或者程序在
```
Flush()
```
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之前崩溃，那么缓冲区中的数据将永远不会被写入到文件，导致数据丢失。
- 策略： 始终在完成所有写入后，或者在程序退出前，调用
```
writer.Flush()
```
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  。一个好的实践是结合
```
defer
```
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  语句来确保
```
Flush()
```
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  被执行，即使在函数提前返回或发生错误时也能保证。
```
file, err := os.Create("output.txt")
if err != nil { /* handle error */ }
defer file.Close() // 确保文件关闭
```
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writer := bufio.NewWriter(file) defer writer.Flush() // 确保缓冲区内容被写入磁盘

// ... 写入操作 ...
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```
io.EOF
```
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处理不当： 在读取文件时，
```
reader.ReadString()
```
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或
```
reader.ReadBytes()
```
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等方法在读到文件末尾时，可能会返回
```
io.EOF
```
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错误，但同时
```
line
```
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变量中可能还包含文件末尾的最后一部分数据。如果直接在收到
```
io.EOF
```
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时就跳出循环，可能会丢失最后一部分数据。
- 策略： 检查
```
io.EOF
```
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  时，要先处理已读取到的数据，然后再判断是否跳出循环。
```
for {
line, err := reader.ReadString('\n')
if len(line) > 0 { // 即使有EOF，也可能读取到数据
    fmt.Print(line)
}
if err != nil {
    if err == io.EOF {
        break // 真正到达文件末尾
    }
    // 处理其他读取错误
    fmt.Println("Error reading:", err)
    return
}
}
```
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资源未关闭（文件句柄泄露）： 虽然这不完全是
```
bufio
```
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特有的问题，但它与文件I/O紧密相关。忘记调用
```
file.Close()
```
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会导致文件句柄泄露，尤其是在循环中打开文件而忘记关闭时，最终可能耗尽系统资源。
- 策略： 总是使用
```
defer file.Close()
```
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  来确保文件句柄在函数返回时被关闭。
```
file, err := os.Open("input.txt")
if err != nil { /* handle error */ }
defer file.Close() // 确保文件关闭
// ... 使用bufio.Reader ...
```
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```
ReadLine()
```
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的
isPrefix
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行为：
```
reader.ReadLine()
```
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是一个比较底层的API，它返回三个值：
```
line []byte
```
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,
```
isPrefix bool
```
登录后复制
,
```
err error
```
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。如果一行数据比缓冲区还长，
```
isPrefix
```
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会为
```
true
```
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，表示返回的
```
line
```
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只是该行的前缀，你需要再次调用
```
ReadLine()
```
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来获取剩余部分。这可能会导致复杂的逻辑。
- 策略： 除非你明确需要这种行为，并且知道如何正确处理，否则通常推荐使用
```
bufio.Scanner
```
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  或
```
reader.ReadString('\n')
```
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  ，它们会自动处理长行问题，更加健壮和易用。
并发访问同一个
```
bufio.Reader/Writer
```
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实例：
```
bufio.Reader
```
登录后复制
和
```
bufio.Writer
```
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本身不是并发安全的。如果你有多个goroutine同时尝试从同一个
```
bufio.Reader
```
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读取或向同一个
```
bufio.Writer
```
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写入，可能会导致数据竞争和不可预测的结果。
- 策略：
  - 为每个goroutine创建独立的
```
bufio.Reader
```
    登录后复制
    或
```
bufio.Writer
```
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    实例，它们可以包装同一个底层的
```
os.File
```
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    （但需要注意
```
os.File
```
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    本身的并发写入可能需要
```
sync.Mutex
```
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    保护）。
  - 如果必须共享同一个
```
bufio
```
    登录后复制
    实例，则需要使用
```
sync.Mutex
```
    登录后复制
    或其他同步原语来保护对该实例的访问。