**並修改
map
是go語言中基礎的資料結構,在日常的使用中經常被用到。但是它底層是如何實現的呢?
總體來說golang的map是hashmap,是使用陣列+鍊錶的形式實現的,使用拉鍊法消除hash衝突。
golang的map由兩種重要的結構,hmap和bmap(下文中都有解釋),主要就是hmap中包含乙個指向bmap陣列的指標,key經過hash函式之後得到乙個數,這個數低位用於選擇bmap(當作bmap陣列指標的下表),高位用於放在bmap的[8]uint8陣列中,用於快速試錯。然後乙個bmap可以指向下乙個bmap(拉鍊)。
golang中map
的底層實現是乙個雜湊表,因此實現map
的過程實際上就是實現散表的過程。在這個雜湊表中,主要出現的結構體有兩個,乙個叫hmap
(a header for a go map
),乙個叫bmap
(a bucket for a go map
,通常叫其bucket
)。這兩種結構的樣子分別如下所示:
圖中有很多字段,但是便於理解map
的架構,你只需要關心的只有乙個,就是標紅的字段:buckets陣列。golang的map中用於儲存的結構是bucket陣列。而bucket(即bmap
)的結構是怎樣的呢?
相比於hmap
,bucket的結構顯得簡單一些,標紅的字段依然是「核心」,我們使用的map
中的key和value就儲存在這裡。「高位雜湊值」陣列記錄的是當前bucket中key相關的「索引」,稍後會詳細敘述。還有乙個欄位是乙個指向擴容後的bucket的指標,使得bucket會形成乙個鍊錶結構。例如下圖:
由此看出hmap
和bucket
的關係是這樣的:
而bucket又是乙個鍊錶,所以,整體的結構應該是這樣的:
雜湊表的特點是會有乙個雜湊函式,對你傳來的key進行雜湊運算,得到唯一的值,一般情況下都是乙個數值。golang的map
中也有這麼乙個雜湊函式,也會算出唯一的值,對於這個值的使用,golang也是很有意思。
golang把求得的值按照用途一分為二:高位和低位。
如圖所示,藍色為高位,紅色為低位。 然後低位用於尋找當前key屬於hmap
中的哪個bucket,而高位用於尋找bucket中的哪個key。上文中提到:bucket中有個屬性欄位是「高位雜湊值」陣列,這裡存的就是藍色的高位值,用來宣告當前bucket中有哪些「key」,便於搜尋查詢。 需要特別指出的一點是:我們map
中的key/value值都是存到同乙個陣列中的。陣列中的順序是這樣的:
並不是key0/value0/key1/value1的形式,這樣做的好處是:在key和value的長度不同的時候,可以消除padding(記憶體對齊)帶來的空間浪費。
現在,我們可以得到go語言map
的整個的結構圖了:(hash結果的低位用於選擇把kv放在bmap陣列中的哪乙個bmap中,高位用於key的快速預覽,用於快速試錯)
map的擴容
當以上的雜湊表增長的時候,go語言會將bucket陣列的數量擴充一倍,產生乙個新的bucket陣列,並將舊陣列的資料遷移至新陣列。
載入因子
判斷擴充的條件,就是雜湊表中的載入因子(即loadfactor)。
載入因子是乙個閾值,一般表示為:雜湊包含的元素數 除以 位置總數。是一種「產生衝突機會」和「空間使用」的平衡與折中:載入因子越小,說明空間空置率高,空間使用率小,但是載入因子越大,說明空間利用率上去了,但是「產生衝突機會」高了。
每種雜湊表的都會有乙個載入因子,數值超重載入因子就會為雜湊表擴容。
golang的map的載入因子的公式是:map長度 / 2^b(這是代表bmap陣列的長度,b是取的低位的位數)閾值是6.5。其中b可以理解為已擴容的次數。
當go的map長度增長到大於載入因子所需的map長度時,go語言就會將產生乙個新的bucket陣列,然後把舊的bucket陣列移到乙個屬性欄位oldbucket中。注意:並不是立刻把舊的陣列中的元素轉義到新的bucket當中,而是,只有當訪問到具體的某個bucket的時候,會把bucket中的資料轉移到新的bucket中。
如下圖所示:當擴容的時候,go的map結構體中,會儲存舊的資料,和新生成的陣列
上面部分代表舊的有資料的bucket,下面部分代表新生成的新的bucket。藍色代表存有資料的bucket,橘黃色代表空的bucket。
擴容時map並不會立即把新資料做遷移,而是當訪問原來舊bucket的資料的時候,才把舊資料做遷移,如下圖:
注意:這裡並不會直接刪除舊的bucket,而是把原來的引用去掉,利用gc清除記憶體。
map中資料的刪除
如果理解了map的整體結構,那麼查詢、更新、刪除的基本步驟應該都很清楚了。這裡不再贅述。
值得注意的是,找到了map中的資料之後,針對key和value分別做如下操作:
1、如果``key``是乙個指標型別的,則直接將其置為空,等待gc清除;2、如果是值型別的,則清除相關記憶體。
3、同理,對``value``做相同的操作。
4、最後把key對應的高位值對應的陣列index置為空。
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