.NET 2.0 新增壓縮類 GZipStream 與 DeflateStream 完整教學

前言

.NET Framework 2.0 引入 System.IO.Compression 命名空間，提供 GZipStream 與 DeflateStream 兩個內建串流壓縮類別，無需第三方庫即可實現資料壓縮與解壓縮。本文詳細說明兩者差異、使用模式、完整封裝類別、.NET Core 時代的現代化 API (ZipArchive) 以及效能比較。

兩大壓縮類別比較

核心 API 速覽

// 壓縮模式
public enum CompressionMode { Compress, Decompress }

// GZipStream 建構子 (常用)
public GZipStream(Stream stream, CompressionMode mode);
public GZipStream(Stream stream, CompressionMode mode, bool leaveOpen); // leaveOpen=true 保留底層串流

// DeflateStream 同樣建構子

完整封裝工具類別 (生產級)

using System;
using System.IO;
using System.IO.Compression;
using System.Threading.Tasks;

namespace CompressionUtils
{
    public static class GZipHelper
    {
        private const int BufferSize = 8192; // 8KB

        /// 

        /// 壓縮檔案 (非同步)
        /// 
        public static async Task CompressFileAsync(string sourcePath, string destPath, bool leaveOpen = false)
        {
            if (!File.Exists(sourcePath)) throw new FileNotFoundException("來源檔案不存在", sourcePath);
            
            Directory.CreateDirectory(Path.GetDirectoryName(destPath));
            
            using var sourceStream = File.OpenRead(sourcePath);
            using var destStream = File.Create(destPath);
            using var gzipStream = new GZipStream(destStream, CompressionMode.Compress, leaveOpen);
            
            await sourceStream.CopyToAsync(gzipStream, BufferSize);
            // 注意：必須 Dispose gzipStream 才會寫入 GZIP Footer (CRC32, ISIZE)
        }

        /// 

        /// 解壓縮檔案 (非同步)
        /// 
        public static async Task DecompressFileAsync(string sourcePath, string destPath, bool leaveOpen = false)
        {
            if (!File.Exists(sourcePath)) throw new FileNotFoundException("壓縮檔案不存在", sourcePath);
            
            Directory.CreateDirectory(Path.GetDirectoryName(destPath));
            
            using var sourceStream = File.OpenRead(sourcePath);
            using var gzipStream = new GZipStream(sourceStream, CompressionMode.Decompress, leaveOpen);
            using var destStream = File.Create(destPath);
            
            await gzipStream.CopyToAsync(destStream, BufferSize);
        }

        /// 

        /// 壓縮位元組陣列
        /// 
        public static byte[] Compress(byte[] data)
        {
            using var ms = new MemoryStream();
            using (var gzip = new GZipStream(ms, CompressionMode.Compress, true))
            {
                gzip.Write(data, 0, data.Length);
            } // Dispose 寫入 Footer
            return ms.ToArray();
        }

        /// 

        /// 解壓縮位元組陣列
        /// 
        public static byte[] Decompress(byte[] data)
        {
            using var ms = new MemoryStream(data);
            using var gzip = new GZipStream(ms, CompressionMode.Decompress);
            using var outMs = new MemoryStream();
            gzip.CopyTo(outMs);
            return outMs.ToArray();
        }

        /// 

        /// 串流壓縮 (適合管線處理)
        /// 
        public static Stream CreateCompressionStream(Stream output, bool leaveOpen = false)
            => new GZipStream(output, CompressionMode.Compress, leaveOpen);

        /// 

        /// 串流解壓縮
        /// 
        public static Stream CreateDecompressionStream(Stream input, bool leaveOpen = false)
            => new GZipStream(input, CompressionMode.Decompress, leaveOpen);
    }
}

使用範例

1. 檔案壓縮/解壓縮

// 壓縮
await GZipHelper.CompressFileAsync(@"C:\Data\large.log", @"C:\Data\large.log.gz");

// 解壓縮
await GZipHelper.DecompressFileAsync(@"C:\Data\large.log.gz", @"C:\Data\large_restored.log");

2. HTTP 壓縮回應 (ASP.NET Core Middleware)

app.UseResponseCompression(); // 內建支援 Gzip/Brotli

// 或手動控制
app.MapGet("/data", async (HttpContext ctx) =>
{
    var data = GetBigData();
    ctx.Response.Headers.ContentEncoding = "gzip";
    using var gzip = new GZipStream(ctx.Response.Body, CompressionMode.Compress, true);
    await gzip.WriteAsync(System.Text.Json.JsonSerializer.SerializeToUtf8Bytes(data));
});

3. 資料庫欄位壓縮 (Entity Framework Core Value Converter)

public class CompressedStringConverter : ValueConverter
{
    public CompressedStringConverter() 
        : base(
            v => GZipHelper.Compress(System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(v)),
            v => System.Text.Encoding.UTF8.GetString(GZipHelper.Decompress(v)))
    { }
}

// 在 DbContext.OnModelCreating
modelBuilder.Entity()
    .Property(e => e.Message)
    .HasConversion(new CompressedStringConverter());

.NET Core / .NET 5+ 現代化 API：ZipArchive

若需建立 .zip 封存檔 (包含多檔案、目錄結構)，請使用 System.IO.Compression.ZipArchive (需參考 System.IO.Compression.FileSystem)：

using System.IO.Compression;

// 建立 ZIP
ZipFile.CreateFromDirectory(@"C:\SourceFolder", @"C:\Output.zip", CompressionLevel.Optimal, false);

// 解壓縮 ZIP
ZipFile.ExtractToDirectory(@"C:\Output.zip", @"C:\ExtractFolder", true); // true=覆蓋

// 程式化控制
using (var archive = ZipFile.Open(@"C:\Output.zip", ZipArchiveMode.Update))
{
    archive.CreateEntryFromFile(@"C:\NewFile.txt", "NewFile.txt", CompressionLevel.Fastest);
    var entry = archive.GetEntry("OldFile.txt");
    entry?.Delete();
}

效能與壓縮率比較 (100MB 文字日誌檔)

結論：內建類別效能尚可，但 CompressionLevel 控制僅限 .NET Core 3.0+ (new GZipStream(stream, CompressionLevel.Optimal))。高效能/高壓縮率場景建議引入 ZStandard.Net 或 Brotli。

常見陷阱與解決方案

Q: 解壓縮後檔案大小為 0 或內容不全？

A: 必須 Dispose GZipStream (Compress 模式) 才會寫入 GZIP Footer (CRC32 + ISIZE)。使用 using 或明確呼叫 Flush()/Close()。

Q: 壓縮大檔案 (>4GB) 失敗？

A: GZIP 格式 Header 使用 32-bit ISIZE 記錄原始大小，超過 4GB 會截斷。改用 ZipArchive (支援 ZIP64) 或分割壓縮。

Q: 記憶體壓力大 (大檔案全讀入 byte[])？

A: 永遠使用 串流模式 (CopyToAsync) 而非 Compress(byte[])，記憶體固定在緩衝區大小 (8KB)。

Q: 跨平台相容性問題？

A: GZipStream 完全跨平台 (Windows/Linux/macOS)。ZipFile 需參考 System.IO.Compression.FileSystem (Windows 專用)，Linux 容器請改用 ZipArchive 程式化 API。

總結

.NET 內建 GZipStream/DeflateStream 提供零依賴的壓縮能力，適合檔案壓縮、HTTP 傳輸、資料庫欄位壓縮等場景。關鍵要點：正確 Dispose 寫入 Footer、串流模式控制記憶體、認清 4GB 限制、現代專案優先用 ZipArchive/ZipFile 處理 .zip 封存。極致效能需求請評估 ZStandard、Brotli、LZ4 等第三方庫。