Map 那些事儿
1. map 的基本结构
Go 的 map 是一种哈希表,其核心思想是通过哈希函数将键映射到某个位置(桶)以存储对应的值。它主要包含以下关键部分:
•桶(bucket):存储键值对的容器,map 中的元素被分散到多个桶中。
•哈希函数:用于计算键的哈希值,从而确定键应存放在哪个桶中。
•键值对存储:每个桶可以存储多个键值对,并通过链表或其他结构处理哈希冲突。
2. map 的实现细节
(1) hmap 结构
在 Go 源码中,map 是通过一个名为 hmap 的结构体实现的(定义在 runtime/map.go 中)。主要字段包括:
• count: map 中存储的键值对总数。
• buckets: 指向桶的指针,每个桶存储多个键值对。
• hash0: 用于防止哈希冲突的种子(随机数),在程序启动时初始化。
• B: 桶的数量为 2^B,B 是桶数的对数。
(2) 桶的结构
每个桶是一个固定大小的数组,存储若干个键值对。此外,每个桶还有一个位图,用于快速定位某个槽位是否已被占用。
• 键值对数组:存储键和值。
• 溢出桶:当一个桶满时,会使用额外的溢出桶存储新插入的键值对。
(3) 哈希冲突处理
当两个键通过哈希函数映射到同一个桶时,就会发生哈希冲突。Go 使用以下方法处理冲突:
• 链式处理:如果一个桶已满,则创建溢出桶。
• 线性探测:在桶中通过位图快速找到空闲槽位。
3. 操作原理
(1) 插入操作
1. 计算键的哈希值。
2. 根据哈希值定位到一个桶。
3. 在桶中查找空闲槽位,存储键值对。
4. 如果桶满,则分配溢出桶并存储新数据。
(2) 查找操作
1. 计算键的哈希值。
2. 定位到桶后,在桶内逐一检查键是否存在。
3. 如果未找到,继续在溢出桶中查找。
(3) 删除操作
1. 定位到桶。
2. 在桶中找到对应的键值对,将其标记为空。
4. 动态扩容
当 map 的负载因子(存储的键值对数与桶数的比值)超过某个阈值时,map 会进行扩容(rehash):
1. 增加桶的数量(桶数翻倍)。
2. 将现有键值对重新分配到新的桶中。
3. 新的桶结构更加稀疏,减少冲突。
扩容是一项耗时操作,因此频繁的插入操作可能会导致性能抖动。
Map迁移执行过程
(1) 扩容时分配新桶
• 新的桶数量为旧桶数量的两倍。
• 新桶的内存被初始化,但数据尚未迁移。
(2) 增量迁移
迁移操作是增量完成的,而非一次性迁移:
• 当 map 被访问(插入、查找或删除)时,Go 运行时会在后台逐步迁移旧桶中的数据到新桶。
• 每次访问会触发部分桶的迁移。
(3) 数据重新分布
迁移过程中:
1. 计算新哈希值:对每个键重新计算哈希值。
2. 分配到新桶:新哈希值根据新的桶数决定键值对的位置。
哈希值的高位用来区分数据是留在旧桶还是移动到新桶:
• 如果 (hash >> B) & 1 == 0,则数据保留在旧桶。
• 如果 (hash >> B) & 1 == 1,则数据迁移到新桶。
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