golang基础篇(三)【map应用与原理解析】基础使用原理解析（runtime）

基础使用

定义：拥有键值对元素的无序集合，键具有唯一性，类型是map[key]value,其中键值都具有相同的数据类型
特点：高性能，低复杂度，无序

初始化

1. 默认声明
2. 通过内置函数make初始化
3. 通过map字面量初始化

func main() {
	// 默认声明
	var map1 map[string]string // 此时map1是零值nil
	//向未初始化的map赋值引起宕机: assign to entry in nil map
	// map1["java"] = "大数据"

	// make初始化
	map2 := make(map[string]string)
	map2["golang"] = "web，容器"
	map2["python"] = "人工智能"

	// 字面量初始化
	map3 := map[string]string{
		"golang": "容器",
		"python": "人工智能",
	}

	// map是安全的，即使map没有引用，或者key不存在，也不会报错
	fmt.Printf(" java 适合做什么：%v n", map1["java"])
	fmt.Printf(" golang 适合做什么：%v n", map2["golang"])
	fmt.Printf(" python 适合做什么：%v n", map3["python"])
}

out

 java 适合做什么： 
 golang 适合做什么：web，容器 
 python 适合做什么：人工智能 

map增删改查

根据上面初始化的方法，接下来我们对map进行常规操作
注意：map是无序的，如果想要顺序输出，需要对map的键手动排序，再下面最后的demo中会有示例

func main() {

	/*
		1. 先初始化一个map
		2. 循环加入10个元素
		3. 删除指定的元素
		4. 对指定key的元素值进行重置
		5. 读取操作后的map和遍历map
	*/
	map1 := make(map[int]string)
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		map1[i] = strconv.Itoa(i)
	}
	fmt.Printf("原始map：%v n", map1)
	// 删除key 5的元素
	delete(map1, 5)
	delete(map1, 20) // 删除一个不存在的key，不会报错，map不进行操作
	fmt.Printf("删除后的map：%v n", map1)
	// 重置20，40 的值
	map1[2] = "20"
	map1[4] = "40"

	//获取值
	fmt.Printf(" map key 5 ,value is %v n", map1[2])
	// range 遍历map,map的结果是无序的
	for key, value := range map1 {
		fmt.Printf(" map key is %v  ,value is %v n", key, value)
	}

	// 手动排序
	keys := make([]int, 0, len(map1))
	// 把key单独抽取出来，放在切片中
	for key := range map1 {
		keys = append(keys, key)
	}
	// 进行数组的排序
	sort.Ints(keys)
	// 遍历数组就是有序的了
	for _, key := range keys {
		fmt.Printf(" map key is %v  ,value is %v n", key, map1[key])
	}
}

out

原始map：map[1:1 2:2 3:3 4:4 5:5 6:6 7:7 8:8 9:9 10:10] 

删除后的map：map[1:1 2:2 3:3 4:4 6:6 7:7 8:8 9:9 10:10] 

 map key 5 ,value is 20 
 
 map key is 7  ,value is 7 
 map key is 9  ,value is 9 
 map key is 10  ,value is 10 
 map key is 3  ,value is 3 
 map key is 2  ,value is 20 
 map key is 4  ,value is 40 
 map key is 6  ,value is 6 
 map key is 8  ,value is 8 
 map key is 1  ,value is 1 

 map key is 1  ,value is 1 
 map key is 2  ,value is 20 
 map key is 3  ,value is 3 
 map key is 4  ,value is 40 
 map key is 6  ,value is 6 
 map key is 7  ,value is 7 
 map key is 8  ,value is 8 
 map key is 9  ,value is 9 
 map key is 10  ,value is 10 

map的两种取值逻辑

1. 直接取value，忽略bool判断
2. 获取bool判断和value

对于两套取值方式，使用情况下区别不大，但是对于底层实现还是有区分的，取值的不同对应的不同原理,双参数返回适用于if流程判断

func main() {

	map1 := make(map[int]string)
	for i := 1; i <= 10; i++ {
		map1[i] = strconv.Itoa(i)
	}
	// fmt.Printf(" 原始map：%v n", map1)

	// 1. 直接获取value
	value1 := map1[2]
	fmt.Printf(" value is  %v n", value1)

	// 2. 获取判断bool，和value
	value2, ok := map1[2]
	fmt.Printf(" is has :%v ,value is  %v n", ok, value2)

	// 双参数返回适用于if流程判断，以下示例
	if value2, ok := map1[2]; ok {
		fmt.Printf(" map1 has  %v n", value2)
	}
}

out

 value is  2 
 is has :true ,value is  2 
 map1 has  2 

并发中的map

func main() {
	map1 := make(map[int]int)
	go func() {
		// 死循环，类似while true
		// 不停的赋值
		for {
			map1[0] = 1
		}
	}()
	go func() {
		// 不停的读取值
		for {
			_ = map1[1]
		}
	}()

	// 控制程序不断调，其实这里可以用通道控制，
	// 通道的基础，后面会涉及
	for {
	}
}

out

并发读写后报错了
fatal error: concurrent map read and map write

sync.Map
golang在1.9版本中加入了并发安全的map，和其他语言的区别在于，并发安全的map并不是语言原生支持的，需要借助内置包sync使用

sync.Map 特点

1. 存储方式的变更，通过函数的形式
2. range遍历时， 需要用回调函数来配合使用，用bool类型标记是否需要继续操作

缺点：
1.  没有提供获取数量的方法，需要在遍历时自行获取
2.  性能不如map

func main() {

	var scene sync.Map
	go func() {
		// 死循环，类似while true
		// 不停的赋值
		for {
			scene.Store("java", "大数据")
		}
	}()
	go func() {
		// 不停的读取值
		for {
			fmt.Println(scene.Load("java"))
		}
	}()

	// 控制程序不断调，其实这里可以用通道控制，
	// 通道的基础，后面会涉及
	for {
	}
}

out

大数据 true
大数据 true
大数据 true
大数据 true
...

sync.Map的遍历

func main() {
	var scene sync.Map
	// 将键值对保存到sync.Map
	scene.Store("java", "大数据")
	scene.Store("golang", "容器")
	scene.Store("python", "人工智能")
	// 从sync.Map中根据键取值
	fmt.Println(scene.Load("java"))
	// 根据键删除对应的键值对
	scene.Delete("golang")
	// 遍历所有sync.Map中的键值对
	scene.Range(func(k, v interface{}) bool {
		fmt.Println("item :", k, v)
		return true
	})
}

out

大数据 true
item : java 大数据
item : python 人工智能

原理解析（runtime）

存储属性

// A header for a Go map.
type hmap struct {
    count     int // # live cells == size of map.  Must be first (used by len() builtin)
    flags     uint8
    B         uint8  // log_2 of # of buckets (can hold up to loadFactor * 2^B items)
    noverflow uint16 // approximate number of overflow buckets; see incrnoverflow for details
    hash0     uint32 // hash seed

    buckets    unsafe.Pointer // array of 2^B Buckets. may be nil if count==0.
    oldbuckets unsafe.Pointer // previous bucket array of half the size, non-nil only when growing
    nevacuate  uintptr        // progress counter for evacuation (buckets less than this have been evacuated)

    extra *mapextra // optional fields
}

1. count ：Map中元素的数量
2. flags ： 表示当前Map的状态
3. B：map的bucket数组长度的对数
4. noverflow 为Map中溢出桶的数量.当溢出桶太多的时候，Map会进行same-size map growth.其实质是为了避免溢出桶过大导致的内存泄露问题
5. hash0 代表生成hash的随机数种子
6. buckets 指向了当前Map对应的桶的指针
7. oldbuckets 是在Map进行扩容的时候存储旧桶的，当所有的旧桶中的数据都已经转移到了新桶,则清空
8. nevacuate 在扩容的时候使用。用于标记当前旧桶中小于nevacuate的桶都已经转移到了新桶
9. extra存储Map中的溢出桶

上述中buckets是一个指针，指向实际存储的bucket数组的首个字段: 即一个固定长度为8的数组。此字段顺序存储key的哈希值的前8位.

type bmap struct {
    tophash [bucketCnt]uint8
}

运行时仅仅通过指针操作即可找到特定位置的元素，所以以上结构并不是golang在运行时，在编译阶段编译器会动态的创建一个新的结构

type bmap struct {
    topbits  [8]uint8
    keys     [8]keytype
    values   [8]valuetype
    pad      uintptr
    overflow uintptr
}

在golang中，map的存储并不是key/value形式的存储，而key和value分开存储是为了更好的在存储过程中进行空间的压缩对齐，如下图（参考gocn）

溢出桶

当指定桶中的数据超过了8个，并不会直接就新开辟一个新桶,而是会将数据放置到溢出桶中，每个桶的最后还存储了overflow 即溢出桶的指针

如果一开始初始化map的数量比较大。则map提前创建好一些溢出桶存储在extra *mapextra 字段
正常操作，数据是很少会跑到溢出桶里面去的，在查找操作时，tophash数组没有制定的可以，还会去遍历溢出桶的数组

负载因子

负载因子 = 哈希表中元素数量 / 桶的数量

• 负载因子越大，说明每个桶的元素越多，效率越低
• golang的负载因子为6.5 ，超过临界值，则map会以2倍大小进行扩容
• 旧桶的数据会首先存到oldbuckets中，后分散的转移到新桶中，数据转移完毕后，旧桶会被清除

Map重建

• 当Map超过了负载因子大小
• 当溢出桶的数量过多

负载因子过大重建

针对上述负载因子，大于6.5后，map重建扩容，扩容后负载因子会降到额定值以下
数据也会从oldbuckets转移到buckets，此过程称为双倍重建

溢出桶过多重建

溢出桶重建不是太好理解，正常来说，数据是很少会跑到溢出桶里面去的，但是在频繁操作插入和删除的情况下，还没有触发负载过大重建，元素已经被删掉了，会导致分配的buckets很多，同时也会创建大量的overflow bucket，这种情况下key 会很分散，查找插入效率非常低，但是此时的负载因子却没达到临界值（每个桶中的元素比较少）

针对这种特殊情况，golang有了第二个重建机制，新开一个bucket，将老 bucket 中的元素移动到新 bucket并重新排列key，原本overflow bucket 中的 key 也移动到新的bucket中来，减少溢出桶的数量，节省内存空间，提高查询和插入效率

Map-delete

与赋值操作类似，会找先到指定的桶，如果存在指定的key,那么就释放掉key与value引用的内存。同时tophash中指定位置会存储emptyOne,代表当前位置是空的，同时在删除操作，会探测到是否当前要删除的元素之后都是空的。如果是，tophash会存储为emptyRest. 这样做的好处是在做查找操作时，遇到emptyRest 可以直接退出，因为后面的元素都是空的

原理解析，参考GoCN

最后

以上就是舒服衬衫为你收集整理的golang基础篇(三)【map应用与原理解析】基础使用原理解析（runtime）的全部内容，希望文章能够帮你解决golang基础篇(三)【map应用与原理解析】基础使用原理解析（runtime）所遇到的程序开发问题。

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