go专家编程系列（4）常见数据结构 mapmap

map

hash与buckets

说到键值对的存储，我们就会想到哈希表，哈希表通常会有一堆桶来存储键值对，一个键值对来了自然要存到一个桶中。首先将key通过hash()处理一下得到一个hash值，现在要利用这个hash值从m个桶中选择一个，桶的编号区间 [0,m-1] 。

取模法

hash%m

与运算法

hash & (m-1)

想要使用与运算法就要限制桶的个数 m 必须是2 的整数次幂，这样 m 的二进制表示一定只有一位为1，(m-1) 就是除了最高为其他均为 1 ，避免一些桶绝对不会被选中的情况

如果之后有其他键值对也选择了同一个桶，就是发生了哈希冲突，解决方案一般是 开放地址法 和 拉链法

• 开放地址法 就是在发生冲突的桶后找没有被占用的桶来存放键值对，查找时定位到桶后hash不匹配，就继续向下找直到遇到空桶。
• 如图
  

解决hash冲突

• 发生hash冲突会影响hash表的读写效率，选择散列均匀的 hash() 可以减少hash冲突的发生
• 适时对hash表进行扩容意识保障读写效率的有效手段，通常会把（count of key : value） / m作为是否需要扩容的判断依据，这个比值被称作负载因子

当需要扩容时，就要分配更多的桶，将旧桶中的数据迁移时，为了避免一次性迁移大量数据带来的性能损耗，通常会在hash表扩容时先分配足够多的新桶，然后用一个字段记录旧桶的位置，再加一个字段记录旧桶迁移的进度(记录下一个要迁移的旧桶编号)，在每次hash表读写操作时，如果检测到当前正处于扩容阶段就完成一部分键值对迁移任务，直到所有的键值对迁移完成，旧桶不再使用，算完成了一次扩容操作，这就是所谓渐进式扩容

map in golang

src/runtime/map.go:hmap

type hmap struct {
	count     int // 已经存储的键值对数目
	flags     uint8
	B         uint8  // 桶的数目是 2^B golang使用了与运算法
	noverflow uint16 // 溢出桶数量
	hash0     uint32 // hash seed

	buckets    unsafe.Pointer // 桶在哪儿
	oldbuckets unsafe.Pointer // 扩容阶段的旧桶位置记录
	nevacuate  uintptr        // 扩容时，下一个要迁移的旧桶编号

	extra *mapextra // optional fields
}

再来看看map用的桶长什么样。也就是 bmap

• 一个桶中可以存放8个键值对，但是为了让内存排列更加紧凑，采用 8个键+8个值 的存放方式，在键值对之上是8个 tophash 每个tophash都是对应hash值的高8位，最后的 voerflowbmap指针指向溢出桶，溢出桶的结构与常规桶相同，是为了减少扩容次数而引入的。当一个桶存满了，还有可用的溢出桶是时，就会在同种桶后链接一个溢出桶，实际上，如果哈希表要分配的桶的数目大于2^4时就认为使用到溢出桶的几率较大，就会预分配 2^(B-4)个溢出桶备用，这些溢出桶和常规桶在内存中是连续的 ，前 2^B用作常规桶，后面的用于溢出桶

type mapextra struct {

	overflow    *[]*bmap   // 目前已经被使用的溢出桶的地址
	oldoverflow *[]*bmap // 扩容阶段存储存储旧桶用到的那些溢出桶的地址

	nextOverflow *bmap  //下一个空闲溢出桶
}

如果将这个桶存满的话，接下来再继续存储新的键值对时，这个hash表是会创建溢出桶还是会发生扩容呢?

map的扩容规则

Go语言的map默认负载因子(count / (2^B))是 6.5 （即平均每个buckets存储的键值对达到6.5个以上）,超过这个值就会发生翻倍扩容，分配新桶的数目是旧桶的两倍

• hamp中的buckets指向新分配的两个桶
• oldbuckets指向旧桶，bevacuate为0表示接下来要迁移编号为0的旧桶
• 过程如图所示
  
  还有一种情况也会触发扩容，就是负载因子没有超标，但是溢出桶使用较多。
• B <= 15 noveflow > 2^B
• B > 15 neverflow >= 2^15

这种情况针对的是在某些极端情况下，例如经过大量的元素增删后，兼职对刚好集中在一小部分buckets中，这时会发生等量扩容，即buckets不变，重新做一次类似增量扩容的迁移动作，将松散的键值对重新排列一次。

最后

以上就是迷你月亮为你收集整理的go专家编程系列（4）常见数据结构 mapmap的全部内容，希望文章能够帮你解决go专家编程系列（4）常见数据结构 mapmap所遇到的程序开发问题。

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