Go 语言map深度解读

阿甘与阿Q
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HashMap的基本实现方案

  1. 开放寻址法 image.png

    • 写：通过a经过hash找到槽，如果槽内有元素，则放入下一个槽
    • 读：通过a经过hash找到槽，如果槽内key与a不同，则向下一个槽找

  2. 拉链法image.png

    • 写：通过a经过hash找到槽，根据槽内指针插入到链表的最后一个上
    • 读： 通过a经过hash找到槽，根据槽找到桶，然后顺序遍历

Go 中的 map

在 map.go 中我们会发现 map的底层结构

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buckets实际存储的是bmap结构

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tophash 是一个 8位的uint组成的长度为8的数组,存储的是桶中存储键哈希的前8位

keys 与 values 是动态生成的

还有一个溢出指针

make初始化流程

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创建 桶 以及溢出桶， mapextra 指向下一个可用的溢出桶

字面量初始化

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map 是如何访问的

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key 与 hash0 进行hash编码 低B位 就是桶号 高八位是tophash

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遍历tophash 找到 与tophash 和 key相同的

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如果tophash中没有 那么根据overflow 找到溢出桶继续进行遍历 如果依旧没有找到，说明没有该值

map的扩容

如果在不扩容的情况下，插入过多数据会有出现哈希碰撞。导致出现大量的溢出桶和很长的链表，大大影响性能

什么时候扩容

  1. 装载因子超过 6.5（平均每隔槽6.5个key）
  2. 使用了太多溢出桶（溢出桶超过了普通桶）

扩容的类型

  • 等量扩容（即整理桶）
  • 翻倍扩容（增加桶）

扩容

1.步骤1

  • 创建一组新的桶
  • oldbuckets指向新的桶数组
  • map标记位扩容状态

image.png 2.步骤2

  • 将所有的数据从旧桶驱逐到新桶
  • 采用渐进式驱逐
  • 每次操作旧桶时，将旧桶数据驱逐到新桶

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如何解决并发问题

代码模拟并发问题

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新建两个线程分别对map中两个值进行读取和修改，结果如下

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报错：无法并发进行读写

正常情况下是对同一个值进行并发的读取和修改才会出现并发问题，但是为什么go语言会这么不留余地呢？

map的并发问题

  • map的读写有并发问题
  • A协程在桶中读数据时，B协程驱逐了桶
  • A协程会读到错误的数据或找不到数据

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解决方案

  • 给map加锁（mutex）
  • 使用sync.Map(可并发读写，性能损失可控)

找到sync.map 的源码我们会发现结构体如下

type Map struct {
   mu Mutex //锁
   read atomic.Value //下方的readOnly
   dirty map[interface{}]*entry //键和值都是万能类型
   misses int  //未命中
}

type readOnly struct {
   m       map[interface{}]*entry //键和值都是万能类型
   amended bool // true if the dirty map contains some key not in m.
}

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正常读取和修改 image.png

追加操作

  • 先read发现没有该key进入追加操作
  • 上锁 走dirty map，追加
  • 追加完成使amended = true ，即表示当前read map不是最新的了

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追加后读写

  • 当追加完成后读取新追加的值时，发现read map中没有
  • 进入dirty map进行读写操作，并且使misses + 1

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当 misses的大小等于 len(dirty) 时进行 dirty提升

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在进行追加时会进行重建

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sync.Map 的删除

  • 相比于查询、修改、新增，删除会更加麻烦
  • 删除可分为正常删除和追加后删除
  • 提升后，被删key还需特殊处理

正常删除会将指针变成 nil 这样值就会被gc回收掉 image.png

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sync 实现了读写和追加进行分离

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