go中的数据结构-字典map

1. map的使用

  golang中的map是一种数据类型,将键与值绑定到一起,底层是用哈希表实现的,可以快速的通过键找到对应的值。

  类型表示:map[keyType][valueType] key一定要是可比较的类型(可以理解为支持==的操作),value可以是任意类型。

  初始化:map只能使用make来初始化,声明的时候默认为一个为nil的map,此时进行取值,返回的是对应类型的零值(不存在也是返回零值)。添加元素无任何意义,还会导致运行时错误。向未初始化的map赋值引起 panic: assign to entry in nil map。

 1 package main
 2 
 3 import (  
 4     "fmt"
 5 )
 6 
 7 // bool 的零值是false
 8 var m map[int]bool 
 9 a, ok := m[1]
10 fmt.Println(a, ok) // false  false
11 
12 // int 的零值是0
13 var m map[int]int 
14 a, ok := m[1]
15 fmt.Println(a, ok) // 0  false
16 
17 
18 func main() {  
19     var agemap[string]int
20     if age== nil {
21         fmt.Println("map is nil.")
22         age= make(map[string]int)
23     }
24 }

  清空map:对于一个有一定数据的集合 exp,清空的办法就是再次初始化: exp = make(map[string]int),如果后期不再使用该map,则可以直接:exp= nil 即可,但是如果还需要重复使用,则必须进行make初始化,否则无法为nil的map添加任何内容。

  属性:与切片一样,map 是引用类型。当一个 map 赋值给一个新的变量,它们都指向同一个内部数据结构。因此改变其中一个也会反映到另一个。作为形参或返回参数的时候,传递的是地址的拷贝,扩容时也不会改变这个地址。

 1 func main() {
 2     exp := map[string]int{
 3         "steve": 20,
 4         "jamie": 80,
 5     }
 6     fmt.Println("Ori exp", age)
 7     newexp:= exp
 8     newexp["steve"] = 18
 9     fmt.Println("exp changed", exp)
10 }
11 
12 //Ori age map[steve:20 jamie:80]
13 //age changed map[steve:18 jamie:80]

  遍历map:map本身是无序的,在遍历的时候并不会按照你传入的顺序,进行传出。

 1 //正常遍历:
 2 for k, v := range exp { 
 3     fmt.Println(k, v)
 4 }
 5 
 6 //有序遍历
 7 import "sort"
 8 var keys []string
 9 // 把key单独抽取出来,放在数组中
10 for k, _ := range exp {
11     keys = append(keys, k)
12 }
13 // 进行数组的排序
14 sort.Strings(keys)
15 // 遍历数组就是有序的了
16 for _, k := range keys {
17     fmt.Println(k, m[k])
18 }

2. map的结构

   Go中的map在可以在 $GOROOT/src/runtime/map.go找到它的实现。哈希表的数据结构中一些关键的域如下所示:

 1 type hmap struct {
 2     count        int  //元素个数
 3     flags        uint8   
 4     B            uint8 //扩容常量
 5     noverflow    uint16 //溢出 bucket 个数
 6     hash0        uint32 //hash 种子
 7     buckets      unsafe.Pointer //bucket 数组指针
 8     oldbuckets   unsafe.Pointer //扩容时旧的buckets 数组指针
 9     nevacuate    uintptr  //扩容搬迁进度
10     extra        *mapextra //记录溢出相关
11 }
12 
13 type bmap struct {
14     tophash        [bucketCnt]uint8  
15     // Followed by bucketCnt keys 
16     //and then bucketan Cnt values  
17     // Followed by overflow pointer.
18 } 

  说明:每个map的底层都是hmap结构体,它是由若干个描述hmap结构体的元素、数组指针、extra等组成,buckets数组指针指向由若干个bucket组成的数组,其每个bucket里存放的是key-value数据(通常是8个)和overflow字段(指向下一个bmap),每个key插入时会根据hash算法归到同一个bucket中,当一个bucket中的元素超过8个的时候,hmap会使用extra中的overflow来扩展存储key。

  图中len 就是当前map的元素个数,也就是len()返回的值。也是结构体中hmap.count的值。bucket array是指数组指针,指向bucket数组。hash seed 哈希种子。overflow指向下一个bucket。

map的底层主要是由三个结构构成:

  1. hmap --- map的最外层的数据结构,包括了map的各种基础信息、如大小、bucket,一个大的结构体。
  2. mapextra --- 记录map的额外信息,hmap结构体里的extra指针指向的结构,例如overflow bucket
  3. bmap --- 代表bucket,每一个bucket最多放8个kv,最后由一个overflow字段指向下一个bmap,注意key、value、overflow字段都不显示定义,而是通过maptype计算偏移获取的。

  mapextra的结构如下

 1 // mapextra holds fields that are not present on all maps.
 2 type mapextra struct {
 3     // If both key and value do not contain pointers and are inline, then we mark bucket
 4     // type as containing no pointers. This avoids scanning such maps.
 5     // However, bmap.overflow is a pointer. In order to keep overflow buckets
 6     // alive, we store pointers to all overflow buckets in hmap.extra.overflow and hmap.extra.oldoverflow.
 7     // overflow and oldoverflow are only used if key and value do not contain pointers.
 8     // overflow contains overflow buckets for hmap.buckets.
 9     // oldoverflow contains overflow buckets for hmap.oldbuckets.
10     // The indirection allows to store a pointer to the slice in hiter.
11     overflow    *[]*bmap
12     oldoverflow *[]*bmap
13 
14     // nextOverflow holds a pointer to a free overflow bucket.
15     nextOverflow *bmap
16 }

  其中hmap.extra.nextOverflow指向的是预分配的overflow bucket,预分配的用完了那么值就变成nil。

  bmap的详细结构如下

  在map中出现哈希冲突时,首先以bmap为最小粒度挂载,一个bmap累积8个kv之后,就会申请一个新的bmap(overflow bucket)挂在这个bmap的后面形成链表,优先用预分配的overflow bucket,如果预分配的用完了,那么就malloc一个挂上去。这样减少对象数量,减轻管理内存的负担,利于gc。注意golang的map不会shrink,内存只会越用越多,overflow bucket中的key全删了也不会释放。

  bmap中所有key存在一块,所有value存在一块,这样做方便内存对齐。当key大于128字节时,bucket的key字段存储的会是指针,指向key的实际内容;value也是一样。

  hash值的高8位存储在bucket中的tophash字段。每个桶最多放8个kv对,所以tophash类型是数组[8]uint8。把高八位存储起来,这样不用完整比较key就能过滤掉不符合的key,加快查询速度。实际上当hash值的高八位小于常量minTopHash时,会加上minTopHash,区间[0, minTophash)的值用于特殊标记。查找key时,计算hash值,用hash值的高八位在tophash中查找,有tophash相等的,再去比较key值是否相同。

 1 type typeAlg struct {
 2     // function for hashing objects of this type
 3     // (ptr to object, seed) -> hash
 4     hash func(unsafe.Pointer, uintptr) uintptr
 5     // function for comparing objects of this type
 6     // (ptr to object A, ptr to object B) -> ==?
 7     equal func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool
 8 
 9 // tophash calculates the tophash value for hash.
10 func tophash(hash uintptr) uint8 {
11     top := uint8(hash >> (sys.PtrSize*8 - 8))
12     if top < minTopHash {
13         top += minTopHash
14     }
15     return top
16 }

  golang为每个类型定义了类型描述器_type,并实现了hashable类型的_type.alg.hash和_type.alg.equal,以支持map的范型,定义了这类key用什么hash函数、bucket的大小、怎么比较之类的,通过这个变量来实现范型。

3. map的基本操作

3.1 map的创建

 1 //makemap为make(map [k] v,hint)实现Go map创建。
 2 //如果编译器已确定映射或第一个存储桶,可以在堆栈上创建,hmap或bucket可以为非nil。
 3 //如果h!= nil,则可以直接在h中创建map。
 4 //如果h.buckets!= nil,则指向的存储桶可以用作第一个存储桶。
 5 func makemap(t *maptype, hint int, h *hmap) *hmap {
 6     if hint < 0 || hint > int(maxSliceCap(t.bucket.size)) {
 7         hint = 0
 8     }
 9 
10     // 初始化Hmap
11     if h == nil {
12         h = new(hmap)
13     }
14     h.hash0 = fastrand()
15 
16     // 查找将保存请求的元素数的size参数
17     B := uint8(0)
18     for overLoadFactor(hint, B) {
19         B++
20     }
21     h.B = B
22 
23     // 分配初始哈希表
24     // if B == 0, 稍后会延迟分配buckets字段(在mapassign中)
25     //如果提示很大,则将内存清零可能需要一段时间。
26     if h.B != 0 {
27         var nextOverflow *bmap
28         h.buckets, nextOverflow = makeBucketArray(t, h.B, nil)
29         if nextOverflow != nil {
30             h.extra = new(mapextra)
31             h.extra.nextOverflow = nextOverflow
32         }
33     }
34 
35     return h
36 }
  hint是一个启发值,启发初建map时创建多少个bucket,如果hint是0那么就先不分配bucket,lazy分配。大概流程就是初始化hmap结构体、设置一下hash seed、bucket数量、实际申请bucket、申请mapextra结构体之类的。
  申请buckets的过程:
 1 // makeBucketArray初始化地图存储区的后备数组。
 2 // 1 << b是要分配的最小存储桶数。
 3 // dirtyalloc之前应该为nil或bucket数组
 4 //由makeBucketArray使用相同的t和b参数分配。
 5 //如果dirtyalloc为零,则将分配一个新的支持数组,dirtyalloc将被清除并作为后备数组重用。
 6 func makeBucketArray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.Pointer) (buckets unsafe.Pointer, nextOverflow *bmap) {
 7     base := bucketShift(b)
 8     nbuckets := base
 9     // 对于小b,溢出桶不太可能出现。
10     // 避免计算的开销。
11     if b >= 4 {
12         //加上估计的溢出桶数
13         //插入元素的中位数
14         //与此值b一起使用。
15         nbuckets += bucketShift(b - 4)
16         sz := t.bucket.size * nbuckets
17         up := roundupsize(sz)
18         if up != sz {
19             nbuckets = up / t.bucket.size
20         }
21     }
22     if dirtyalloc == nil {
23         buckets = newarray(t.bucket, int(nbuckets))
24     } else {
25        // dirtyalloc先前是由上面的newarray(t.bucket,int(nbuckets)),但不能为空。
26         buckets = dirtyalloc
27         size := t.bucket.size * nbuckets
28         if t.bucket.kind&kindNoPointers == 0 {
29             memclrHasPointers(buckets, size)
30         } else {
31             memclrNoHeapPointers(buckets, size)
32         }
33     }
34 
35     if base != nbuckets {
36         //我们预先分配了一些溢出桶。
37         //为了将跟踪这些溢出桶的开销降至最低,我们使用的约定是,如果预分配的溢出存储桶发生了溢出指针为零,则通过碰撞指针还有更多可用空间。
38         //对于最后一个溢出存储区,我们需要一个安全的非nil指针;只是用bucket。
39         nextOverflow = (*bmap)(add(buckets, base*uintptr(t.bucketsize)))
40         last := (*bmap)(add(buckets, (nbuckets-1)*uintptr(t.bucketsize)))
41         last.setoverflow(t, (*bmap)(buckets))
42     }
43     return buckets, nextOverflow
44 }
  默认创建2b个bucket,如果b大于等于4,那么就预先额外创建一些overflow bucket。除了最后一个overflow bucket,其余overflow bucket的overflow指针都是nil,最后一个overflow bucket的overflow指针指向bucket数组第一个元素,作为哨兵,说明到了到结尾了。

3.2 查询操作

 1 // mapaccess1返回指向h [key]的指针。从不返回nil,而是 如果值类型为零,它将返回对零对象的引用,该键不在map中。
 2   //注意:返回的指针可能会使整个map保持活动状态,因此请不要坚持很长时间。
 3   func mapaccess1(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
 4       if raceenabled && h != nil {  //raceenabled是否启用数据竞争检测。
 5         callerpc := getcallerpc()
 6         pc := funcPC(mapaccess1)
 7         racereadpc(unsafe.Pointer(h), callerpc, pc)
 8         raceReadObjectPC(t.key, key, callerpc, pc)
 9     }
10     if msanenabled && h != nil {
11         msanread(key, t.key.size)
12     }
13     if h == nil || h.count == 0 {
14         return unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
15     }    
16     // 并发访问检查
17     if h.flags&hashWriting != 0 {
18         throw("concurrent map read and map write")
19     }
20     
21     // 计算key的hash值
22     alg := t.key.alg
23     hash := alg.hash(key, uintptr(h.hash0)) // alg.hash
24 
25     // hash值对m取余数得到对应的bucket
26     m := uintptr(1)<<h.B - 1
27     b := (*bmap)(add(h.buckets, (hash&m)*uintptr(t.bucketsize)))
28 
29     // 如果老的bucket还没有迁移,则在老的bucket里面找
30     if c := h.oldbuckets; c != nil {
31         if !h.sameSizeGrow() {
32             m >>= 1
33         }
34         oldb := (*bmap)(add(c, (hash&m)*uintptr(t.bucketsize)))
35         if !evacuated(oldb) {
36             b = oldb
37         }
38     }
39     
40     // 计算tophash,取高8位
41     top := uint8(hash >> (sys.PtrSize*8 - 8))
42     
43     for {
44         for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
45             // 检查top值,如高8位不一样就找下一个
46             if b.tophash[i] != top {
47                 continue
48             }
49             
50             // 取key的地址
51             k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
52             
53             if alg.equal(key, k) { // alg.equal
54                 // 取value得地址
55                 v := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
56             }
57         }
58        
59         // 如果当前bucket没有找到,则找bucket链的下一个bucket
60         b = b.overflow(t)
61         if b == nil {
62             // 返回零值
63             return unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
64         }
65     }
66 }
  1. 先定位出bucket,如果正在扩容,并且这个bucket还没搬到新的hash表中,那么就从老的hash表中查找。

  2. 在bucket中进行顺序查找,使用高八位进行快速过滤,高八位相等,再比较key是否相等,找到就返回value。如果当前bucket找不到,就往下找overflow bucket,都没有就返回零值。

  访问的时候,并不进行扩容的数据搬迁。并且并发有写操作时抛异常

  注意,t.bucketsize并不是bmap的size,而是bmap加上存储key、value、overflow指针,所以查找bucket的时候时候用的不是bmap的szie。

3.3 更新/插入过程

 1 // 与mapaccess类似,但是如果map中不存在密钥,则为该密钥分配一个插槽
 2 func mapassign(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
 3     ...
 4     //设置hashWriting调用alg.hash,因为alg.hash可能出现紧急情况后,在这种情况下,我们实际上并没有进行写操作.
 5     h.flags |= hashWriting
 6 
 7     if h.buckets == nil {
 8         h.buckets = newobject(t.bucket) // newarray(t.bucket, 1)
 9     }
10 
11 again:
12     bucket := hash & bucketMask(h.B)
13     if h.growing() {
14         growWork(t, h, bucket)
15     }
16     b := (*bmap)(unsafe.Pointer(uintptr(h.buckets) + bucket*uintptr(t.bucketsize)))
17     top := tophash(hash)
18 
19     var inserti *uint8
20     var insertk unsafe.Pointer
21     var val unsafe.Pointer
22     for {
23         for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
24             if b.tophash[i] != top {
25                 if b.tophash[i] == empty && inserti == nil {
26                     inserti = &b.tophash[i]
27                     insertk = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
28                     val = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
29                 }
30                 continue
31             }
32             k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
33             if t.indirectkey {
34                 k = *((*unsafe.Pointer)(k))
35             }
36             if !alg.equal(key, k) {
37                 continue
38             }
39             // 已经有一个 mapping for key. 更新它.
40             if t.needkeyupdate {
41                 typedmemmove(t.key, k, key)
42             }
43             val = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
44             goto done
45         }
46         ovf := b.overflow(t)
47         if ovf == nil {
48             break
49         }
50         b = ovf
51     }
52     //// 如果已经达到了load factor的最大值,就继续扩容。
53     //找不到键的映射。分配新单元格并添加条目。
54     //如果达到最大负载系数或溢出桶过多,并且我们还没有处于成长的中间,就开始扩容。
55     if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) ||     
56         tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) {
57         hashGrow(t, h)
58         goto again // //扩大表格会使所有内容无效, so try again
59     }
60     if inserti == nil {
61         // 当前所有存储桶已满,请分配一个新的存储桶
62         newb := h.newoverflow(t, b)
63         inserti = &newb.tophash[0]
64         insertk = add(unsafe.Pointer(newb), dataOffset)
65         val = add(insertk, bucketCnt*uintptr(t.keysize))
66     }
67 
68     // 在插入的位置,存储键值
69     if t.indirectkey {
70         kmem := newobject(t.key)
71         *(*unsafe.Pointer)(insertk) = kmem
72         insertk = kmem
73     }
74     if t.indirectvalue {
75         vmem := newobject(t.elem)
76         *(*unsafe.Pointer)(val) = vmem
77     }
78     typedmemmove(t.key, insertk, key)
79     *inserti = top
80     h.count++
81 
82 done:
83     if h.flags&hashWriting == 0 {
84         throw("concurrent map writes")
85     }
86     h.flags &^= hashWriting
87     if t.indirectvalue {
88         val = *((*unsafe.Pointer)(val))
89     }
90     return val
91 }    
  • hash表如果正在扩容,并且这次要操作的bucket还没搬到新hash表中,那么先进行搬迁(扩容细节下面细说)。

  • 在buck中寻找key,同时记录下第一个空位置,如果找不到,那么就在空位置中插入数据;如果找到了,那么就更新对应的value;

  • 找不到key就看下需不需要扩容,需要扩容并且没有正在扩容,那么就进行扩容,然后回到第一步。

  • 找不到key,不需要扩容,但是没有空slot,那么就分配一个overflow bucket挂在链表结尾,用新bucket的第一个slot放存放数据。

3.5 删除的过程

 1 func mapdelete(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) {
 2     ...
 3     // Set hashWriting after calling alg.hash, since alg.hash may panic,
 4     // in which case we have not actually done a write (delete).
 5     h.flags |= hashWriting
 6 
 7     bucket := hash & bucketMask(h.B)
 8     if h.growing() {
 9         growWork(t, h, bucket)
10     }
11     b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.bucketsize)))
12     top := tophash(hash)
13 search:
14     for ; b != nil; b = b.overflow(t) {
15         for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
16             if b.tophash[i] != top {
17                 continue
18             }
19             k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
20             k2 := k
21             if t.indirectkey {
22                 k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2))
23             }
24             if !alg.equal(key, k2) {
25                 continue
26             }
27             // 如果其中有指针,则仅清除键。
28             if t.indirectkey {
29                 *(*unsafe.Pointer)(k) = nil
30             } else if t.key.kind&kindNoPointers == 0 {
31                 memclrHasPointers(k, t.key.size)
32             }
33             v := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
34             if t.indirectvalue {
35                 *(*unsafe.Pointer)(v) = nil
36             } else if t.elem.kind&kindNoPointers == 0 {
37                 memclrHasPointers(v, t.elem.size)
38             } else {
39                 memclrNoHeapPointers(v, t.elem.size)
40             }
41         // 若找到把对应的tophash里面的打上空的标记
42             b.tophash[i] = empty
43             h.count--
44             break search
45         }
46     }
47 
48     if h.flags&hashWriting == 0 {
49         throw("concurrent map writes")
50     }
51     h.flags &^= hashWriting
52 }    
  1. 如果正在扩容,并且操作的bucket还没搬迁完,那么搬迁bucket。

  2. 找出对应的key,如果key、value是包含指针的那么会清理指针指向的内存,否则不会回收内存。

3.6 map的扩容

  通过上面的过程我们知道了,插入、删除过程都会触发扩容,判断扩容的函数如下:

 1 // overLoadFactor 判断放置在1 << B个存储桶中的计数项目是否超过loadFactor。
 2 func overLoadFactor(count int, B uint8) bool {
 3     return count > bucketCnt && uintptr(count) > loadFactorNum*(bucketShift(B)/loadFactorDen)  
 4     //return 元素个数>8 && count>bucket数量*6.5,其中loadFactorNum是常量13,loadFactorDen是常量2,所以是6.5,bucket数量不算overflow bucket.
 5 }
 6 
 7 // tooManyOverflowBuckets 判断noverflow存储桶对于1 << B存储桶的map是否过多。
 8 // 请注意,大多数这些溢出桶必须稀疏使用。如果使用密集,则我们已经触发了常规map扩容。
 9 func tooManyOverflowBuckets(noverflow uint16, B uint8) bool {
10     // 如果阈值太低,我们会做多余的工作。如果阈值太高,则增大和缩小的映射可能会保留大量未使用的内存。
11     //“太多”意味着(大约)溢出桶与常规桶一样多。有关更多详细信息,请参见incrnoverflow。
12     if B > 15 {
13         B = 15
14     }
15     // 译器在这里看不到B <16;掩码B生成较短的移位码。
16     return noverflow >= uint16(1)<<(B&15)
17 }
18 
19 {
20     ....
21     // 如果我们达到最大负载率或溢流桶过多,并且我们还没有处于成长的中间,就开始成长。
22     if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) || tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) {
23         hashGrow(t, h)
24         goto again // 扩大表格会使所有内容失效,so try again
25     }
26     //if (不是正在扩容 && (元素个数/bucket数超过某个值 || 太多overflow bucket)) {
27     进行扩容
28     //}
29     ....
30 }

  每次map进行更新或者新增的时候,会先通过以上函数判断一下load factor。来决定是否扩容。如果需要扩容,那么第一步需要做的,就是对hash表进行扩容:

 1 //仅对hash表进行扩容,这里不进行搬迁
 2 func hashGrow(t *maptype, h *hmap) {
 3     // 如果达到负载系数,则增大尺寸。否则,溢出bucket过多,因此,保持相同数量的存储桶并横向“增长”。
 4     bigger := uint8(1)
 5     if !overLoadFactor(h.count+1, h.B) {
 6         bigger = 0
 7         h.flags |= sameSizeGrow
 8     }
 9     oldbuckets := h.buckets
10     newbuckets, nextOverflow := makeBucketArray(t, h.B+bigger, nil)
11 
12     flags := h.flags &^ (iterator | oldIterator)
13     if h.flags&iterator != 0 {
14         flags |= oldIterator
15     }
16     // 提交增长(atomic wrt gc)
17     h.B += bigger
18     h.flags = flags
19     h.oldbuckets = oldbuckets
20     h.buckets = newbuckets
21     h.nevacuate = 0
22     h.noverflow = 0
23 
24     if h.extra != nil && h.extra.overflow != nil {
25         // 将当前的溢出bucket提升到老一代。
26         if h.extra.oldoverflow != nil {
27             throw("oldoverflow is not nil")
28         }
29         h.extra.oldoverflow = h.extra.overflow
30         h.extra.overflow = nil
31     }
32     if nextOverflow != nil {
33         if h.extra == nil {
34             h.extra = new(mapextra)
35         }
36         h.extra.nextOverflow = nextOverflow
37     }
38 
39     //哈希表数据的实际复制是增量完成的,通过growWork()和evacuate()。
40 }

  如果之前为2^n ,那么下一次扩容是2^(n+1),每次扩容都是之前的两倍。扩容后需要重新计算每一项在hash中的位置,新表为老的两倍,此时前文的oldbacket用上了,用来存同时存在的两个新旧map,等数据迁移完毕就可以释放oldbacket了。扩容的函数hashGrow其实仅仅是进行一些空间分配,字段的初始化,实际的搬迁操作是在growWork函数中:

1 func growWork(t *maptype, h *hmap, bucket uintptr) {
2     //确保我们迁移了了对应的oldbucket,到我们将要使用的存储桶。
3     evacuate(t, h, bucket&h.oldbucketmask())
4 
5     // 疏散一个旧桶以在生长上取得进展
6     if h.growing() {
7         evacuate(t, h, h.nevacuate)
8     }
9 }
  evacuate是进行具体搬迁某个bucket的函数,可以看出growWork会搬迁两个bucket,一个是入参bucket;另一个是h.nevacuate。这个nevacuate是一个顺序累加的值。可以想想如果每次仅仅搬迁进行写操作(赋值/删除)的bucket,那么有可能某些bucket就是一直没有机会访问到,那么扩容就一直没法完成,总是在扩容中的状态,因此会额外进行一次顺序迁移,理论上,有N个old bucket,最多N次写操作,那么必定会搬迁完。在advanceEvacuationMark中进行nevacuate的累加,遇到已经迁移的bucket会继续累加,一次最多加1024。

  优点:均摊扩容时间,一定程度上缩短了扩容时间(和gc的引用计数法类似,都是均摊)overLoadFactor函数中有一个常量6.5(loadFactorNum/loadFactorDen)来进行影响扩容时机。这个值的来源是测试取中的结果。

4. map的并发安全性

  map的并发操作不是安全的。并发起两个goroutine,分别对map进行数据的增加:

 1 func main() {
 2     test := map[int]int {1:1}
 3     go func() {
 4         i := 0
 5         for i < 10000 {
 6             test[1]=1
 7             i++
 8         }
 9     }()
10 
11     go func() {
12         i := 0
13         for i < 10000 {
14             test[1]=1
15             i++
16         }
17     }()
18 
19     time.Sleep(2*time.Second)
20     fmt.Println(test)
21 }
22 
23 //fatal error: concurrent map read and map write

  并发读写map结构的数据引起了错误。

  解决方案1:加锁

 1 func main() {
 2     test := map[int]int {1:1}
 3     var s sync.RWMutex
 4     go func() {
 5         i := 0
 6         for i < 10000 {
 7             s.Lock()
 8             test[1]=1
 9             s.Unlock()
10             i++
11         }
12     }()
13 
14     go func() {
15         i := 0
16         for i < 10000 {
17             s.Lock()
18             test[1]=1
19             s.Unlock()
20             i++
21         }
22     }()
23 
24     time.Sleep(2*time.Second)
25     fmt.Println(test)
26 }

  特点:实现简单粗暴,好理解。但是锁的粒度为整个map,存在优化空间。适用场景:all。

  解决方案2:sync.Map

 1 func main() {
 2     test := sync.Map{}
 3     test.Store(1, 1)
 4     go func() {
 5         i := 0
 6         for i < 10000 {
 7             test.Store(1, 1)
 8             i++
 9         }
10     }()
11 
12     go func() {
13         i := 0
14         for i < 10000 {
15             test.Store(1, 1)
16             i++
17         }
18     }()
19 
20     time.Sleep(time.Second)
21     fmt.Println(test.Load(1))
22 }

  sync.Map的原理:sync.Map里头有两个map一个是专门用于读的read map,另一个是才是提供读写的dirty map;优先读read map,若不存在则加锁穿透读dirty map,同时记录一个未从read map读到的计数,当计数到达一定值,就将read map用dirty map进行覆盖。
特点:官方出品,通过空间换时间的方式,读写分离;不适用于大量写的场景,会导致read map读不到数据而进一步加锁读取,同时dirty map也会一直晋升为read map,整体性能较差。适用场景:大量读,少量写。

  解决方案3:分段锁

  这也是数据库常用的方法,分段锁每一个读写锁保护一段区间。sync.Map其实也是相当于表级锁,只不过多读写分了两个map,本质还是一样的。

  优化方向:将锁的粒度尽可能降低来提高运行速度。思路:对一个大map进行hash,其内部是n个小map,根据key来来hash确定在具体的那个小map中,这样加锁的粒度就变成1/n了。例如

5. map的GC内存回收

  golang里的map是只增不减的一种数组结构,他只会在删除的时候进行打标记说明该内存空间已经empty了,不会回收。

 1 var intMap map[int]int
 2 
 3 func main() {
 4     printMemStats("初始化")
 5 
 6     // 添加1w个map值
 7     intMap = make(map[int]int, 10000)
 8     for i := 0; i < 10000; i++ {
 9         intMap[i] = i
10     }
11 
12     // 手动进行gc操作
13     runtime.GC()
14     // 再次查看数据
15     printMemStats("增加map数据后")
16 
17     log.Println("删除前数组长度:", len(intMap))
18     for i := 0; i < 10000; i++ {
19         delete(intMap, i)
20     }
21     log.Println("删除后数组长度:", len(intMap))
22 
23     // 再次进行手动GC回收
24     runtime.GC()
25     printMemStats("删除map数据后")
26 
27     // 设置为nil进行回收
28     intMap = nil
29     runtime.GC()
30     printMemStats("设置为nil后")
31 }
32 
33 func printMemStats(mag string) {
34     var m runtime.MemStats
35     runtime.ReadMemStats(&m)
36     log.Printf("%v:分配的内存 = %vKB, GC的次数 = %v\n", mag, m.Alloc/1024, m.NumGC)
37 }
38 
39 //初始化:分配的内存 = 65KB, GC的次数 = 0
40 //增加map数据后:分配的内存 = 381KB, GC的次数 = 1
41 //删除前数组长度: 10000
42 //删除后数组长度: 0
43 //删除map数据后:分配的内存 = 381KB, GC的次数 = 2
44 //设置为nil后:分配的内存 = 68KB, GC的次数 = 3

  可以看到delete是不会真正的把map释放的,所以要回收map还是需要设为nil

sync.Map的原理详解:https://www.jianshu.com/p/ec51dac3c65b 由浅入深sync.Map

posted @ 2019-11-15 14:59  滴巴戈  阅读(1175)  评论(0编辑  收藏