map在golang中的應(yīng)用

1. map的使用

golang中的map是一種數(shù)據(jù)類型，將鍵與值綁定到一起，底層是用哈希表實(shí)現(xiàn)的，可以快速的通過鍵找到對(duì)應(yīng)的值。

類型表示：map[keyType][valueType] key一定要是可比較的類型（可以理解為支持==的操作），value可以是任意類型。

初始化：map只能使用make來初始化，聲明的時(shí)候默認(rèn)為一個(gè)為nil的map，此時(shí)進(jìn)行取值，返回的是對(duì)應(yīng)類型的零值（不存在也是返回零值）。添加元素?zé)o任何意義，還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。向未初始化的map賦值引起 panic: assign to entry in nil map。

package main

import (  
    "fmt"
)

// bool 的零值是false
var m map[int]bool 
a, ok := m[1]
fmt.Println(a, ok) // false  false

// int 的零值是0
var m map[int]int 
a, ok := m[1]
fmt.Println(a, ok) // 0  false


func main() {  
    var agemap[string]int
    if age== nil {
        fmt.Println("map is nil.")
        age= make(map[string]int)
    }
}

清空map：對(duì)于一個(gè)有一定數(shù)據(jù)的集合 exp，清空的辦法就是再次初始化: exp = make(map[string]int)，如果后期不再使用該map，則可以直接：exp= nil 即可，但是如果還需要重復(fù)使用，則必須進(jìn)行make初始化，否則無法為nil的map添加任何內(nèi)容。

屬性：與切片一樣，map 是引用類型。當(dāng)一個(gè) map 賦值給一個(gè)新的變量，它們都指向同一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此改變其中一個(gè)也會(huì)反映到另一個(gè)。作為形參或返回參數(shù)的時(shí)候，傳遞的是地址的拷貝，擴(kuò)容時(shí)也不會(huì)改變這個(gè)地址。

func main() {
    exp := map[string]int{
        "steve": 20,
        "jamie": 80,
    }
    fmt.Println("Ori exp", age)
    newexp:= exp
    newexp["steve"] = 18
    fmt.Println("exp changed", exp)
}

//Ori age map[steve:20 jamie:80]
//age changed map[steve:18 jamie:80]

遍歷map：map本身是無序的，在遍歷的時(shí)候并不會(huì)按照你傳入的順序，進(jìn)行傳出。

//正常遍歷：
for k, v := range exp { 
    fmt.Println(k, v)
}

//有序遍歷
import "sort"
var keys []string
// 把key單獨(dú)抽取出來，放在數(shù)組中
for k, _ := range exp {
    keys = append(keys, k)
}
// 進(jìn)行數(shù)組的排序
sort.Strings(keys)
// 遍歷數(shù)組就是有序的了
for _, k := range keys {
    fmt.Println(k, m[k])
}

2. map的結(jié)構(gòu)

Go中的map在可以在 $GOROOT/src/runtime/map.go找到它的實(shí)現(xiàn)。哈希表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中一些關(guān)鍵的域如下所示：

type hmap struct {
    count        int  //元素個(gè)數(shù)
    flags        uint8   
    B            uint8 //擴(kuò)容常量
    noverflow    uint16 //溢出 bucket 個(gè)數(shù)
    hash0        uint32 //hash 種子
    buckets      unsafe.Pointer //bucket 數(shù)組指針
    oldbuckets   unsafe.Pointer //擴(kuò)容時(shí)舊的buckets 數(shù)組指針
    nevacuate    uintptr  //擴(kuò)容搬遷進(jìn)度
    extra        *mapextra //記錄溢出相關(guān)
}

type bmap struct {
    tophash        [bucketCnt]uint8  
    // Followed by bucketCnt keys 
    //and then bucketan Cnt values  
    // Followed by overflow pointer.
}

說明：每個(gè)map的底層都是hmap結(jié)構(gòu)體，它是由若干個(gè)描述hmap結(jié)構(gòu)體的元素、數(shù)組指針、extra等組成，buckets數(shù)組指針指向由若干個(gè)bucket組成的數(shù)組，其每個(gè)bucket里存放的是key-value數(shù)據(jù)(通常是8個(gè))和overflow字段（指向下一個(gè)bmap），每個(gè)key插入時(shí)會(huì)根據(jù)hash算法歸到同一個(gè)bucket中，當(dāng)一個(gè)bucket中的元素超過8個(gè)的時(shí)候，hmap會(huì)使用extra中的overflow來擴(kuò)展存儲(chǔ)key。

圖中l(wèi)en 就是當(dāng)前map的元素個(gè)數(shù)，也就是len()返回的值。也是結(jié)構(gòu)體中hmap.count的值。bucket array是指數(shù)組指針，指向bucket數(shù)組。hash seed 哈希種子。overflow指向下一個(gè)bucket。

map的底層主要是由三個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成:

hmap --- map的最外層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括了map的各種基礎(chǔ)信息、如大小、bucket，一個(gè)大的結(jié)構(gòu)體。

mapextra --- 記錄map的額外信息，hmap結(jié)構(gòu)體里的extra指針指向的結(jié)構(gòu)，例如overflow bucket。

bmap --- 代表bucket，每一個(gè)bucket最多放8個(gè)kv，最后由一個(gè)overflow字段指向下一個(gè)bmap，注意key、value、overflow字段都不顯示定義，而是通過maptype計(jì)算偏移獲取的。

mapextra的結(jié)構(gòu)如下

// mapextra holds fields that are not present on all maps.
type mapextra struct {
    // If both key and value do not contain pointers and are inline, then we mark bucket
    // type as containing no pointers. This avoids scanning such maps.
    // However, bmap.overflow is a pointer. In order to keep overflow buckets
    // alive, we store pointers to all overflow buckets in hmap.extra.overflow and hmap.extra.oldoverflow.
    // overflow and oldoverflow are only used if key and value do not contain pointers.
    // overflow contains overflow buckets for hmap.buckets.
    // oldoverflow contains overflow buckets for hmap.oldbuckets.
    // The indirection allows to store a pointer to the slice in hiter.
    overflow    *[]*bmap
    oldoverflow *[]*bmap

    // nextOverflow holds a pointer to a free overflow bucket.
    nextOverflow *bmap
}

其中hmap.extra.nextOverflow指向的是預(yù)分配的overflow bucket，預(yù)分配的用完了那么值就變成nil。

bmap的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下

在map中出現(xiàn)哈希沖突時(shí)，首先以bmap為最小粒度掛載，一個(gè)bmap累積8個(gè)kv之后，就會(huì)申請(qǐng)一個(gè)新的bmap（overflow bucket）掛在這個(gè)bmap的后面形成鏈表，優(yōu)先用預(yù)分配的overflow bucket，如果預(yù)分配的用完了，那么就malloc一個(gè)掛上去。這樣減少對(duì)象數(shù)量，減輕管理內(nèi)存的負(fù)擔(dān)，利于gc。注意golang的map不會(huì)shrink，內(nèi)存只會(huì)越用越多，overflow bucket中的key全刪了也不會(huì)釋放。

bmap中所有key存在一塊，所有value存在一塊，這樣做方便內(nèi)存對(duì)齊。當(dāng)key大于128字節(jié)時(shí)，bucket的key字段存儲(chǔ)的會(huì)是指針，指向key的實(shí)際內(nèi)容；value也是一樣。

hash值的高8位存儲(chǔ)在bucket中的tophash字段。每個(gè)桶最多放8個(gè)kv對(duì)，所以tophash類型是數(shù)組[8]uint8。把高八位存儲(chǔ)起來，這樣不用完整比較key就能過濾掉不符合的key，加快查詢速度。實(shí)際上當(dāng)hash值的高八位小于常量minTopHash時(shí)，會(huì)加上minTopHash，區(qū)間[0, minTophash)的值用于特殊標(biāo)記。查找key時(shí)，計(jì)算hash值，用hash值的高八位在tophash中查找，有tophash相等的，再去比較key值是否相同。

type typeAlg struct {
    // function for hashing objects of this type
    // (ptr to object, seed) -> hash
    hash func(unsafe.Pointer, uintptr) uintptr
    // function for comparing objects of this type
    // (ptr to object A, ptr to object B) -> ==?
    equal func(unsafe.Pointer, unsafe.Pointer) bool

// tophash calculates the tophash value for hash.
func tophash(hash uintptr) uint8 {
    top := uint8(hash >> (sys.PtrSize*8 - 8))
    if top < minTopHash {
        top += minTopHash
    }
    return top
}

golang為每個(gè)類型定義了類型描述器_type，并實(shí)現(xiàn)了hashable類型的_type.alg.hash和_type.alg.equal，以支持map的范型，定義了這類key用什么hash函數(shù)、bucket的大小、怎么比較之類的，通過這個(gè)變量來實(shí)現(xiàn)范型。

3. map的基本操作

3.1 map的創(chuàng)建

//makemap為make（map [k] v，hint）實(shí)現(xiàn)Go map創(chuàng)建。
//如果編譯器已確定映射或第一個(gè)存儲(chǔ)桶,可以在堆棧上創(chuàng)建，hmap或bucket可以為非nil。
//如果h！= nil，則可以直接在h中創(chuàng)建map。
//如果h.buckets！= nil，則指向的存儲(chǔ)桶可以用作第一個(gè)存儲(chǔ)桶。
func makemap(t *maptype, hint int, h *hmap) *hmap {
    if hint < 0 || hint > int(maxSliceCap(t.bucket.size)) {
        hint = 0
    }

    // 初始化Hmap
    if h == nil {
        h = new(hmap)
    }
    h.hash0 = fastrand()

    // 查找將保存請(qǐng)求的元素?cái)?shù)的size參數(shù)
    B := uint8(0)
    for overLoadFactor(hint, B) {
        B++
    }
    h.B = B

    // 分配初始哈希表
    // if B == 0, 稍后會(huì)延遲分配buckets字段（在mapassign中）
    //如果提示很大，則將內(nèi)存清零可能需要一段時(shí)間。
    if h.B != 0 {
        var nextOverflow *bmap
        h.buckets, nextOverflow = makeBucketArray(t, h.B, nil)
        if nextOverflow != nil {
            h.extra = new(mapextra)
            h.extra.nextOverflow = nextOverflow
        }
    }

    return h
}

hint是一個(gè)啟發(fā)值，啟發(fā)初建map時(shí)創(chuàng)建多少個(gè)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結(jié)構(gòu)體、設(shè)置一下hash seed、bucket數(shù)量、實(shí)際申請(qǐng)bucket、申請(qǐng)mapextra結(jié)構(gòu)體之類的。

申請(qǐng)buckets的過程：

// makeBucketArray初始化地圖存儲(chǔ)區(qū)的后備數(shù)組。
// 1 << b是要分配的最小存儲(chǔ)桶數(shù)。
// dirtyalloc之前應(yīng)該為nil或bucket數(shù)組
//由makeBucketArray使用相同的t和b參數(shù)分配。
//如果dirtyalloc為零，則將分配一個(gè)新的支持?jǐn)?shù)組，dirtyalloc將被清除并作為后備數(shù)組重用。
func makeBucketArray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.Pointer) (buckets unsafe.Pointer, nextOverflow *bmap) {
    base := bucketShift(b)
    nbuckets := base
    // 對(duì)于小b，溢出桶不太可能出現(xiàn)。
    // 避免計(jì)算的開銷。
    if b >= 4 {
        //加上估計(jì)的溢出桶數(shù)
        //插入元素的中位數(shù)
        //與此值b一起使用。
        nbuckets += bucketShift(b - 4)
        sz := t.bucket.size * nbuckets
        up := roundupsize(sz)
        if up != sz {
            nbuckets = up / t.bucket.size
        }
    }
    if dirtyalloc == nil {
        buckets = newarray(t.bucket, int(nbuckets))
    } else {
       // dirtyalloc先前是由上面的newarray（t.bucket，int（nbuckets）），但不能為空。
        buckets = dirtyalloc
        size := t.bucket.size * nbuckets
        if t.bucket.kind&kindNoPointers == 0 {
            memclrHasPointers(buckets, size)
        } else {
            memclrNoHeapPointers(buckets, size)
        }
    }

    if base != nbuckets {
        //我們預(yù)先分配了一些溢出桶。
        //為了將跟蹤這些溢出桶的開銷降至最低，我們使用的約定是，如果預(yù)分配的溢出存儲(chǔ)桶發(fā)生了溢出指針為零，則通過碰撞指針還有更多可用空間。
        //對(duì)于最后一個(gè)溢出存儲(chǔ)區(qū)，我們需要一個(gè)安全的非nil指針；只是用bucket。
        nextOverflow = (*bmap)(add(buckets, base*uintptr(t.bucketsize)))
        last := (*bmap)(add(buckets, (nbuckets-1)*uintptr(t.bucketsize)))
        last.setoverflow(t, (*bmap)(buckets))
    }
    return buckets, nextOverflow
}

默認(rèn)創(chuàng)建2b個(gè)bucket，如果b大于等于4，那么就預(yù)先額外創(chuàng)建一些overflow bucket。除了最后一個(gè)overflow bucket，其余overflow bucket的overflow指針都是nil，最后一個(gè)overflow bucket的overflow指針指向bucket數(shù)組第一個(gè)元素，作為哨兵，說明到了到結(jié)尾了。

3.2 查詢操作

// mapaccess1返回指向h [key]的指針。從不返回nil，而是 如果值類型為零，它將返回對(duì)零對(duì)象的引用,該鍵不在map中。
  //注意：返回的指針可能會(huì)使整個(gè)map保持活動(dòng)狀態(tài)，因此請(qǐng)不要堅(jiān)持很長時(shí)間。
  func mapaccess1(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
      if raceenabled && h != nil {  //raceenabled是否啟用數(shù)據(jù)競爭檢測(cè)。
        callerpc := getcallerpc()
        pc := funcPC(mapaccess1)
        racereadpc(unsafe.Pointer(h), callerpc, pc)
        raceReadObjectPC(t.key, key, callerpc, pc)
    }
    if msanenabled && h != nil {
        msanread(key, t.key.size)
    }
    if h == nil || h.count == 0 {
        return unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
    }    
    // 并發(fā)訪問檢查
    if h.flags&hashWriting != 0 {
        throw("concurrent map read and map write")
    }
    
    // 計(jì)算key的hash值
    alg := t.key.alg
    hash := alg.hash(key, uintptr(h.hash0)) // alg.hash

    // hash值對(duì)m取余數(shù)得到對(duì)應(yīng)的bucket
    m := uintptr(1)<<h.B - 1
    b := (*bmap)(add(h.buckets, (hash&m)*uintptr(t.bucketsize)))

    // 如果老的bucket還沒有遷移，則在老的bucket里面找
    if c := h.oldbuckets; c != nil {
        if !h.sameSizeGrow() {
            m >>= 1
        }
        oldb := (*bmap)(add(c, (hash&m)*uintptr(t.bucketsize)))
        if !evacuated(oldb) {
            b = oldb
        }
    }
    
    // 計(jì)算tophash，取高8位
    top := uint8(hash >> (sys.PtrSize*8 - 8))
    
    for {
        for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
            // 檢查top值，如高8位不一樣就找下一個(gè)
            if b.tophash[i] != top {
                continue
            }
            
            // 取key的地址
            k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
            
            if alg.equal(key, k) { // alg.equal
                // 取value得地址
                v := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
            }
        }
       
        // 如果當(dāng)前bucket沒有找到，則找bucket鏈的下一個(gè)bucket
        b = b.overflow(t)
        if b == nil {
            // 返回零值
            return unsafe.Pointer(&zeroVal[0])
        }
    }
}

先定位出bucket，如果正在擴(kuò)容，并且這個(gè)bucket還沒搬到新的hash表中，那么就從老的hash表中查找。

在bucket中進(jìn)行順序查找，使用高八位進(jìn)行快速過濾，高八位相等，再比較key是否相等，找到就返回value。如果當(dāng)前bucket找不到，就往下找overflow bucket，都沒有就返回零值。

訪問的時(shí)候，并不進(jìn)行擴(kuò)容的數(shù)據(jù)搬遷。并且并發(fā)有寫操作時(shí)拋異常。

注意，t.bucketsize并不是bmap的size，而是bmap加上存儲(chǔ)key、value、overflow指針，所以查找bucket的時(shí)候時(shí)候用的不是bmap的szie。

3.3 更新/插入過程

// 與mapaccess類似，但是如果map中不存在密鑰，則為該密鑰分配一個(gè)插槽
func mapassign(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
    ...
    //設(shè)置hashWriting調(diào)用alg.hash，因?yàn)閍lg.hash可能出現(xiàn)緊急情況后，在這種情況下，我們實(shí)際上并沒有進(jìn)行寫操作.
    h.flags |= hashWriting

    if h.buckets == nil {
        h.buckets = newobject(t.bucket) // newarray(t.bucket, 1)
    }

again:
    bucket := hash & bucketMask(h.B)
    if h.growing() {
        growWork(t, h, bucket)
    }
    b := (*bmap)(unsafe.Pointer(uintptr(h.buckets) + bucket*uintptr(t.bucketsize)))
    top := tophash(hash)

    var inserti *uint8
    var insertk unsafe.Pointer
    var val unsafe.Pointer
    for {
        for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
            if b.tophash[i] != top {
                if b.tophash[i] == empty && inserti == nil {
                    inserti = &b.tophash[i]
                    insertk = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
                    val = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
                }
                continue
            }
            k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
            if t.indirectkey {
                k = *((*unsafe.Pointer)(k))
            }
            if !alg.equal(key, k) {
                continue
            }
            // 已經(jīng)有一個(gè) mapping for key. 更新它.
            if t.needkeyupdate {
                typedmemmove(t.key, k, key)
            }
            val = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
            goto done
        }
        ovf := b.overflow(t)
        if ovf == nil {
            break
        }
        b = ovf
    }
    //// 如果已經(jīng)達(dá)到了load factor的最大值，就繼續(xù)擴(kuò)容。
    //找不到鍵的映射。分配新單元格并添加條目。
    //如果達(dá)到最大負(fù)載系數(shù)或溢出桶過多，并且我們還沒有處于成長的中間，就開始擴(kuò)容。
    if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) ||     
        tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) {
        hashGrow(t, h)
        goto again // //擴(kuò)大表格會(huì)使所有內(nèi)容無效， so try again
    }
    if inserti == nil {
        // 當(dāng)前所有存儲(chǔ)桶已滿，請(qǐng)分配一個(gè)新的存儲(chǔ)桶
        newb := h.newoverflow(t, b)
        inserti = &newb.tophash[0]
        insertk = add(unsafe.Pointer(newb), dataOffset)
        val = add(insertk, bucketCnt*uintptr(t.keysize))
    }

    // 在插入的位置，存儲(chǔ)鍵值
    if t.indirectkey {
        kmem := newobject(t.key)
        *(*unsafe.Pointer)(insertk) = kmem
        insertk = kmem
    }
    if t.indirectvalue {
        vmem := newobject(t.elem)
        *(*unsafe.Pointer)(val) = vmem
    }
    typedmemmove(t.key, insertk, key)
    *inserti = top
    h.count++

done:
    if h.flags&hashWriting == 0 {
        throw("concurrent map writes")
    }
    h.flags &^= hashWriting
    if t.indirectvalue {
        val = *((*unsafe.Pointer)(val))
    }
    return val
}

hash表如果正在擴(kuò)容，并且這次要操作的bucket還沒搬到新hash表中，那么先進(jìn)行搬遷（擴(kuò)容細(xì)節(jié)下面細(xì)說）。

在buck中尋找key，同時(shí)記錄下第一個(gè)空位置，如果找不到，那么就在空位置中插入數(shù)據(jù)；如果找到了，那么就更新對(duì)應(yīng)的value；

找不到key就看下需不需要擴(kuò)容，需要擴(kuò)容并且沒有正在擴(kuò)容，那么就進(jìn)行擴(kuò)容，然后回到第一步。

找不到key，不需要擴(kuò)容，但是沒有空slot，那么就分配一個(gè)overflow bucket掛在鏈表結(jié)尾，用新bucket的第一個(gè)slot放存放數(shù)據(jù)。

3.5 刪除的過程

func mapdelete(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) {
    ...
    // Set hashWriting after calling alg.hash, since alg.hash may panic,
    // in which case we have not actually done a write (delete).
    h.flags |= hashWriting

    bucket := hash & bucketMask(h.B)
    if h.growing() {
        growWork(t, h, bucket)
    }
    b := (*bmap)(add(h.buckets, bucket*uintptr(t.bucketsize)))
    top := tophash(hash)
search:
    for ; b != nil; b = b.overflow(t) {
        for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
            if b.tophash[i] != top {
                continue
            }
            k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
            k2 := k
            if t.indirectkey {
                k2 = *((*unsafe.Pointer)(k2))
            }
            if !alg.equal(key, k2) {
                continue
            }
            // 如果其中有指針，則僅清除鍵。
            if t.indirectkey {
                *(*unsafe.Pointer)(k) = nil
            } else if t.key.kind&kindNoPointers == 0 {
                memclrHasPointers(k, t.key.size)
            }
            v := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
            if t.indirectvalue {
                *(*unsafe.Pointer)(v) = nil
            } else if t.elem.kind&kindNoPointers == 0 {
                memclrHasPointers(v, t.elem.size)
            } else {
                memclrNoHeapPointers(v, t.elem.size)
            }
        // 若找到把對(duì)應(yīng)的tophash里面的打上空的標(biāo)記
            b.tophash[i] = empty
            h.count--
            break search
        }
    }

    if h.flags&hashWriting == 0 {
        throw("concurrent map writes")
    }
    h.flags &^= hashWriting
}

如果正在擴(kuò)容，并且操作的bucket還沒搬遷完，那么搬遷bucket。

找出對(duì)應(yīng)的key，如果key、value是包含指針的那么會(huì)清理指針指向的內(nèi)存，否則不會(huì)回收內(nèi)存。

3.6 map的擴(kuò)容

通過上面的過程我們知道了，插入、刪除過程都會(huì)觸發(fā)擴(kuò)容，判斷擴(kuò)容的函數(shù)如下：

// overLoadFactor 判斷放置在1 << B個(gè)存儲(chǔ)桶中的計(jì)數(shù)項(xiàng)目是否超過loadFactor。
func overLoadFactor(count int, B uint8) bool {
    return count > bucketCnt && uintptr(count) > loadFactorNum*(bucketShift(B)/loadFactorDen)  
    //return 元素個(gè)數(shù)>8 && count>bucket數(shù)量*6.5,其中l(wèi)oadFactorNum是常量13，loadFactorDen是常量2,所以是6.5,bucket數(shù)量不算overflow bucket.
}

// tooManyOverflowBuckets 判斷noverflow存儲(chǔ)桶對(duì)于1 << B存儲(chǔ)桶的map是否過多。
// 請(qǐng)注意，大多數(shù)這些溢出桶必須稀疏使用。如果使用密集，則我們已經(jīng)觸發(fā)了常規(guī)map擴(kuò)容。
func tooManyOverflowBuckets(noverflow uint16, B uint8) bool {
    // 如果閾值太低，我們會(huì)做多余的工作。如果閾值太高，則增大和縮小的映射可能會(huì)保留大量未使用的內(nèi)存。
    //“太多”意味著（大約）溢出桶與常規(guī)桶一樣多。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參見incrnoverflow。
    if B > 15 {
        B = 15
    }
    // 譯器在這里看不到B <16;掩碼B生成較短的移位碼。
    return noverflow >= uint16(1)<<(B&15)
}

{
    ....
    // 如果我們達(dá)到最大負(fù)載率或溢流桶過多，并且我們還沒有處于成長的中間，就開始成長。
    if !h.growing() && (overLoadFactor(h.count+1, h.B) || tooManyOverflowBuckets(h.noverflow, h.B)) {
        hashGrow(t, h)
        goto again // 擴(kuò)大表格會(huì)使所有內(nèi)容失效，so try again
    }
    //if (不是正在擴(kuò)容 && (元素個(gè)數(shù)/bucket數(shù)超過某個(gè)值 || 太多overflow bucket)) {
    進(jìn)行擴(kuò)容
    //}
    ....
}

每次map進(jìn)行更新或者新增的時(shí)候，會(huì)先通過以上函數(shù)判斷一下load factor。來決定是否擴(kuò)容。如果需要擴(kuò)容，那么第一步需要做的，就是對(duì)hash表進(jìn)行擴(kuò)容：

//僅對(duì)hash表進(jìn)行擴(kuò)容，這里不進(jìn)行搬遷
func hashGrow(t *maptype, h *hmap) {
    // 如果達(dá)到負(fù)載系數(shù)，則增大尺寸。否則，溢出bucket過多，因此，保持相同數(shù)量的存儲(chǔ)桶并橫向“增長”。
    bigger := uint8(1)
    if !overLoadFactor(h.count+1, h.B) {
        bigger = 0
        h.flags |= sameSizeGrow
    }
    oldbuckets := h.buckets
    newbuckets, nextOverflow := makeBucketArray(t, h.B+bigger, nil)

    flags := h.flags &^ (iterator | oldIterator)
    if h.flags&iterator != 0 {
        flags |= oldIterator
    }
    // 提交增長（atomic wrt gc）
    h.B += bigger
    h.flags = flags
    h.oldbuckets = oldbuckets
    h.buckets = newbuckets
    h.nevacuate = 0
    h.noverflow = 0

    if h.extra != nil && h.extra.overflow != nil {
        // 將當(dāng)前的溢出bucket提升到老一代。
        if h.extra.oldoverflow != nil {
            throw("oldoverflow is not nil")
        }
        h.extra.oldoverflow = h.extra.overflow
        h.extra.overflow = nil
    }
    if nextOverflow != nil {
        if h.extra == nil {
            h.extra = new(mapextra)
        }
        h.extra.nextOverflow = nextOverflow
    }

    //哈希表數(shù)據(jù)的實(shí)際復(fù)制是增量完成的，通過growWork（）和evacuate（）。
}

如果之前為2^n ，那么下一次擴(kuò)容是2^(n+1),每次擴(kuò)容都是之前的兩倍。擴(kuò)容后需要重新計(jì)算每一項(xiàng)在hash中的位置，新表為老的兩倍，此時(shí)前文的oldbacket用上了，用來存同時(shí)存在的兩個(gè)新舊map，等數(shù)據(jù)遷移完畢就可以釋放oldbacket了。擴(kuò)容的函數(shù)hashGrow其實(shí)僅僅是進(jìn)行一些空間分配，字段的初始化，實(shí)際的搬遷操作是在growWork函數(shù)中：

func growWork(t *maptype, h *hmap, bucket uintptr) {
    //確保我們遷移了了對(duì)應(yīng)的oldbucket，到我們將要使用的存儲(chǔ)桶。
    evacuate(t, h, bucket&h.oldbucketmask())

    // 疏散一個(gè)舊桶以在生長上取得進(jìn)展
    if h.growing() {
        evacuate(t, h, h.nevacuate)
    }
}

evacuate是進(jìn)行具體搬遷某個(gè)bucket的函數(shù)，可以看出growWork會(huì)搬遷兩個(gè)bucket，一個(gè)是入?yún)ucket；另一個(gè)是h.nevacuate。這個(gè)nevacuate是一個(gè)順序累加的值?？梢韵胂肴绻看蝺H僅搬遷進(jìn)行寫操作（賦值/刪除）的bucket，那么有可能某些bucket就是一直沒有機(jī)會(huì)訪問到，那么擴(kuò)容就一直沒法完成，總是在擴(kuò)容中的狀態(tài)，因此會(huì)額外進(jìn)行一次順序遷移，理論上，有N個(gè)old bucket，最多N次寫操作，那么必定會(huì)搬遷完。在advanceEvacuationMark中進(jìn)行nevacuate的累加，遇到已經(jīng)遷移的bucket會(huì)繼續(xù)累加，一次最多加1024。

優(yōu)點(diǎn)：均攤擴(kuò)容時(shí)間，一定程度上縮短了擴(kuò)容時(shí)間（和gc的引用計(jì)數(shù)法類似，都是均攤）overLoadFactor函數(shù)中有一個(gè)常量6.5（loadFactorNum/loadFactorDen）來進(jìn)行影響擴(kuò)容時(shí)機(jī)。這個(gè)值的來源是測(cè)試取中的結(jié)果。

4. map的并發(fā)安全性

map的并發(fā)操作不是安全的。并發(fā)起兩個(gè)goroutine，分別對(duì)map進(jìn)行數(shù)據(jù)的增加：

func main() {
    test := map[int]int {1:1}
    go func() {
        i := 0
        for i < 10000 {
            test[1]=1
            i++
        }
    }()

    go func() {
        i := 0
        for i < 10000 {
            test[1]=1
            i++
        }
    }()

    time.Sleep(2*time.Second)
    fmt.Println(test)
}

//fatal error: concurrent map read and map write

并發(fā)讀寫map結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)引起了錯(cuò)誤。

解決方案1：加鎖

func main() {
    test := map[int]int {1:1}
    var s sync.RWMutex
    go func() {
        i := 0
        for i < 10000 {
            s.Lock()
            test[1]=1
            s.Unlock()
            i++
        }
    }()

    go func() {
        i := 0
        for i < 10000 {
            s.Lock()
            test[1]=1
            s.Unlock()
            i++
        }
    }()

    time.Sleep(2*time.Second)
    fmt.Println(test)
}

特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單粗暴，好理解。但是鎖的粒度為整個(gè)map，存在優(yōu)化空間。適用場(chǎng)景：all。

解決方案2：sync.Map

func main() {
    test := sync.Map{}
    test.Store(1, 1)
    go func() {
        i := 0
        for i < 10000 {
            test.Store(1, 1)
            i++
        }
    }()

    go func() {
        i := 0
        for i < 10000 {
            test.Store(1, 1)
            i++
        }
    }()

    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(test.Load(1))
}

sync.Map的原理：sync.Map里頭有兩個(gè)map一個(gè)是專門用于讀的read map，另一個(gè)是才是提供讀寫的dirty map；優(yōu)先讀read map，若不存在則加鎖穿透讀dirty map，同時(shí)記錄一個(gè)未從read map讀到的計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)一定值，就將read map用dirty map進(jìn)行覆蓋。

特點(diǎn)：官方出品，通過空間換時(shí)間的方式，讀寫分離；不適用于大量寫的場(chǎng)景，會(huì)導(dǎo)致read map讀不到數(shù)據(jù)而進(jìn)一步加鎖讀取，同時(shí)dirty map也會(huì)一直晉升為read map，整體性能較差。適用場(chǎng)景：大量讀，少量寫。

解決方案3：分段鎖

這也是數(shù)據(jù)庫常用的方法，分段鎖每一個(gè)讀寫鎖保護(hù)一段區(qū)間。sync.Map其實(shí)也是相當(dāng)于表級(jí)鎖，只不過多讀寫分了兩個(gè)map，本質(zhì)還是一樣的。

優(yōu)化方向：將鎖的粒度盡可能降低來提高運(yùn)行速度。思路：對(duì)一個(gè)大map進(jìn)行hash，其內(nèi)部是n個(gè)小map，根據(jù)key來來hash確定在具體的那個(gè)小map中，這樣加鎖的粒度就變成1/n了。例如

5. map的GC內(nèi)存回收

golang里的map是只增不減的一種數(shù)組結(jié)構(gòu)，他只會(huì)在刪除的時(shí)候進(jìn)行打標(biāo)記說明該內(nèi)存空間已經(jīng)empty了，不會(huì)回收。

var intMap map[int]int

func main() {
    printMemStats("初始化")

    // 添加1w個(gè)map值
    intMap = make(map[int]int, 10000)
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        intMap[i] = i
    }

    // 手動(dòng)進(jìn)行g(shù)c操作
    runtime.GC()
    // 再次查看數(shù)據(jù)
    printMemStats("增加map數(shù)據(jù)后")

    log.Println("刪除前數(shù)組長度：", len(intMap))
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        delete(intMap, i)
    }
    log.Println("刪除后數(shù)組長度：", len(intMap))

    // 再次進(jìn)行手動(dòng)GC回收
    runtime.GC()
    printMemStats("刪除map數(shù)據(jù)后")

    // 設(shè)置為nil進(jìn)行回收
    intMap = nil
    runtime.GC()
    printMemStats("設(shè)置為nil后")
}

func printMemStats(mag string) {
    var m runtime.MemStats
    runtime.ReadMemStats(&m)
    log.Printf("%v：分配的內(nèi)存 = %vKB, GC的次數(shù) = %v\n", mag, m.Alloc/1024, m.NumGC)
}

//初始化：分配的內(nèi)存 = 65KB, GC的次數(shù) = 0
//增加map數(shù)據(jù)后：分配的內(nèi)存 = 381KB, GC的次數(shù) = 1
//刪除前數(shù)組長度： 10000
//刪除后數(shù)組長度： 0
//刪除map數(shù)據(jù)后：分配的內(nèi)存 = 381KB, GC的次數(shù) = 2
//設(shè)置為nil后：分配的內(nèi)存 = 68KB, GC的次數(shù) = 3

可以看到delete是不會(huì)真正的把map釋放的，所以要回收map還是需要設(shè)為nil

以上就是go中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-字典map詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多請(qǐng)關(guān)注億速云其它相關(guān)文章！