Go 中如何高效遍历目录？探索几种方法

本文将尝试逐步介绍在 Go 中几种遍历目录文件的方法，从传统的 ioutil.ReadDir 函数开始，逐渐深入。

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文中也会提供示例代码、提供一些性能剖析，以便于大家更好地理解。

ioutil.ReadDir

首先，Go 中目录文件遍历的第一种方式是 ioutil.ReadDir 函数。

在 Go 1.16 版本前，ioutil.ReadDir 就是遍历目录的标准方法，它的返回结构是目录中文件的 FileInfo 列表，简单直接。

示例代码：

func main() {
    files, err := ioutil.ReadDir(".")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    for _, f := range files {
        fmt.Println(f.Name())
    }
}

但它的缺点也非常明显，性能不高。导致它的主要原因有如下几点：

完全加载

这就导致了 ioutil.ReadDir 在返回结果前，会将目录下所有文件的信息完全加载到内存中。对于包含大量文件的目录，它就需要在内存中存储大量的 FileInfo 对象，毫无疑问，这会增加内存使用。

FileInfo 开销

由于是完全加载，每个 FileInfo 对象都包含了文件的详细信息，如文件名、大小、修改时间等都会在返回之前都已经加载完成。但获取这些信息需进行系统调用。而每个文件都要做这样的调用，当文件数量很多时，这些系统调用的累积开销可以变得不容忽视了。

无法分批处理

由于 ioutil.ReadDir 是一次性返回所有文件信息，没有提供分批处理的能力。无论目录中有多少文件，都要等待所有文件信息读取完成，这在处理目录中包含大量文件的场景中，也就无法提前并行处理，效率是可想而知的。

这一点其实和我们前面的一篇文章，介绍的 GO 中按行（或者说按块）读取文件的逻辑是类似的，一次加载全部内容，有潜在的性能问题。

由于 ioutil.ReadDir 有这么多的缺点，所以它在 Go 1.16 及更高版本已经被弃用了。

那现在我们该用什么方法呢？

os.ReadDir

从 Go 1.16 版本起，标准库针对目录遍历查看提供了新的函数 os.ReadDir，以用来简化和提高遍历目录文件的效率。

函数签名如下：

func ReadDir(name string) ([]DirEntry, error)

os.ReadDir 函数返回一个按文件名排序的 DirEntry 类型切片。如果在读取目录项时遇到错误，它也会尽量返回已读取内容。这种设计同时兼顾了效率和错误处理的需要。

示例代码：

func main() {
    files, err := os.ReadDir(".")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    for _, file := range files {
        fmt.Println(file.Name())
    }
}

os.ReadDir 相比于旧方法 ioutil.ReadDir 的有什么优势？为什么丢弃 ioutil.ReadDir 而引入这个新的 os.ReadDir。

如果对比两者源码，会发现差异主要在返回的类型上。os.ReadDir 返回的 []DirEntry 而非 []FileInfo。它还具有性能优势。

为什么？

因为 DirEntry 允许按需获取文件详情，即懒加载，而非是遍历目录时立即加载所有文件属性。很多场景下，我们并不需要

我在 MacOS 系统下测试的 DirEntry 接口的实际变量类型为 os.unixDirent。

它的源码如下：

func (d *unixDirent) Name() string   { return d.name }
func (d *unixDirent) IsDir() bool    { return d.typ.IsDir() }
func (d *unixDirent) Type() FileMode { return d.typ }

func (d *unixDirent) Info() (FileInfo, error) {
    if d.info != nil {
        return d.info, nil
    }
    return lstat(d.parent + "/" + d.name)
}

我们只有在调用 Info 方法时，才会真正通过 lstat 发起系统调用。

如果你有将旧代码迁移到 DirEntry 的需求， Go 1.17 还引入了 fs.FileInfoToDirEntry 函数，允许我们将 FileInfo 对象转换为 DirEntry 对象。

info, _ := os.Stat("somefile")dirEntry := fs.FileInfoToDirEntry(info)

看到这，对于认真思考的朋友，或许已经发现我们还有一个问题没解决，即 os.ReadDir 不是也不支持分批处理的能力吗？

继续往下看吧，我将介绍一个更底层的方法。

os.File 的 ReadDir 方法

我们知道 os.Open 是用于打开文件的，但其实它也可用于打开目录。如果 os.Open 打开的是目录，我们在它返回的 os.File 上调用 ReadDir 以查看目录内容。

示例代码：

func main() {
    dir, err := os.Open(".")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer dir.Close()

    files, err := dir.ReadDir(-1)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    for _, file := range files {
        fmt.Println(file.Name())
    }
}

如上的代码其实类似于 os.ReadDir 内容的实现代码。

os.ReadDir 源码如下：

func ReadDir(name string) ([]DirEntry, error) {
    f, err := Open(name)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    defer f.Close()

    dirs, err := f.ReadDir(-1)
    sort.Slice(dirs, func(i, j int) bool { return dirs[i].Name() < dirs[j].Name() })
    return dirs, err
}

这种方法更底层，提供了更多的灵活性。我们就可以用它分批读取目标。

如何实现呢？

核心就是那句的 dir.ReadDir(-1)，它的入参指定了每次读取文件的数量，而 -1 表示读取目录的所有内容。我们只要将 -1 改为分批读取的数量即可，多次循环即可。

示例代码：

func main() {
    dir, err := os.Open(".")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    defer dir.Close()

    for {
        files, err := dir.ReadDir(10) // 每批读取10个条目
        if err == io.EOF {
            break // 遍历完成
        }
        if err != nil {
            log.Fatal(err) // 处理其他错误
        }

        for _, file := range files {
            fmt.Println(file.Name())
        }
    }
}

这段代码演示了如何使用 File.ReadDir 分批处理目录中的文件。通过这种方式，可以更有效地管理内存使用。

补充一点

在写这篇文章时，我发现 os.File 有两个查看目录的方法，分别是 Readdir 和 ReadDir。功能上的区别是新的 ReadDir 返回的是 []DirEntry，而 Readdir 返回的是 []FileInfo。

换句话说，ReadDir 本质上是 Readdir 的升级版。

它们的函数签名，如下所示：

func (f *File) Readdir(n int) ([]FileInfo, error)
func (f *File) ReadDir(n int) ([]DirEntry, error)

这算是不支持可选参数和重载，但要解决兼容问题采取的措施吗？真的是蚌埠住了。

目录的递归遍历

现在，还差最后一个内容没有介绍，那就是递归目录遍历。

针对目录的递归遍历，Go 中提供了一个专门的函数，filepath.Walk。它可以遍历指定目录下的所有子目录。

示例代码：

func main() {
    err := filepath.Walk(".", func(path string, info os.FileInfo, err error) error {
        if err != nil {
            return err
        }
        fmt.Println(path)
        return nil
    })
    if err != nil {
        fmt.Printf("error walking the path %v: %v\n", ".", err)
    }
}

我们通过遍历的回调函数中在处理每个文件。它简化了目录的递归遍历，但对于大型或深层次的目录结构，同样存在着提前加载 FileInfo 的问题。

针对这个问题，在 Go1.16 版本也引入了基于 DirEntry 版的 filepath.WalkDir 函数。

filepath.WalkDir 的函数签名如下：

func WalkDir(root string, fn fs.WalkDirFunc) error

fs.WalkDirFunc 的定义如下：

type WalkDirFunc func(path string, d DirEntry, err error) error

新函数的遍历回调参数是 DirEntry，而非 FileInfo。现在，filepath.WalkDir 也有了延迟加载 FileInfo 的能力了。

现在，我们再来看下这张图。

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总结

在本文中，我们系统介绍了 Go 中多种遍历目录文件的方法。从传统的 ioutil.ReadDir，到 Go 1.16 引入的 os.ReadDir，os.File 的 ReadDir 方法。每种方法适用于不同的场景，如何选择要取决于你的需求、Go 版本、性能。如果你需要递归遍历，也可以使用基于 DirEntry 的 filepath.WalkDir 实现，提高遍历的性能。

引用链接

[1] Go 中如何遍历目录？探索几种方法: https://www.poloxue.com/2024-02-22-list-directory-in-golang/