Golang Map 底层实现

Golang Map 底层概述

Golang 中 map 的底层实现是一个散列表，因此实现 map 的过程实际上就是实现散表的过程。在这个散列表中，主要出现的结构体有两个，一个叫 hmap(a header for a go map)，一个叫 bmap(a bucket for a Go map，通常叫其bucket)。

Golang Map 查找

Go 语言中 map 采用的是哈希查找表，由一个 key 通过哈希函数得到哈希值，64位系统中就生成一个 64bit 的哈希值，由这个哈希值将 key 对应到不同的桶 (bucket)中，当有多个哈希映射到相同的的桶中时，使用链表解决哈希冲突。key 经过 hash 后共 64 位，根据 hmap 中 B 的值，计算它到底要落在哪个桶 时，桶的数量为 2^B，如 B=5，那么用 64 位最后 5 位表示第几号桶，在用 hash值的高 8 位确定在 bucket 中的存储位置，当前 bmap 中的 bucket 未找到，则查询对应的 overflow bucket，对应位置有数据则对比完整的哈希值，确定是否 是要查找的数据。

Golang Map 底层

负载因子

存储的键值对的数目与桶的数目的比值称为负载因子，默认为6.5。

渐进式扩容

如果哈希表存储的键值对较多，一次性迁移所有桶花费的时间就比较久，所以通常在哈希表扩容时，先分配足够多的新桶，然后用一个字段记录旧桶的位置，一个字段记录旧桶迁移的进度，在哈希表每次读写操作时，如果检测到当前处于扩容阶段，就完成一部分键值对迁移任务，直接所有旧桶迁移完成，旧桶不再使用，才算真正完成一次哈希表的扩容，像这样把键值对迁移的时间分摊到多次哈希表操作中的方式，就是渐进式扩容，可以避免一次性扩容带来的性能瞬时抖动。

hmap

Go语言中map类型的底层实现就是哈希表，map类型的变量本质是是一个指针，指向hmap结构体。

cout记录键值对的数目
B记录桶的数目是2的多少次幂
noverflow记录使用的溢出桶的数量
buckets记录桶在哪
oldbuckets用于扩容阶段记录旧桶在哪
nevacuate记录渐进式扩容阶段下一个要要迁移的旧桶编号

bmap

map使用的桶就是bmap，一个桶里可以放8个键值对，但是为了让内存排列更加紧凑，8个key放一起，8个value放一起，8个key的前面则是8个tophash，每个tophash都是对应哈希值的高8位。最后这里是一个bmap型指针，指向一个溢出桶overflow，溢出桶的内存布局与常规桶相同，是为了减少扩容次数而引入的，当一个桶存满了，还有空用的溢出桶时，就会在桶后面链一个溢出桶，继续往这里面存。
实际上如果哈希表要分配的桶的数目大于2的4次（16）就认为使用到溢出桶的几率较大，就会预分配2的（B-4）个溢出桶备用，这些溢出桶与常规同在内存中是连续的，只是前面2的B次个用做常规桶， 后面的用做溢出桶。

hmap结构体最后有一个extra字段，指向一个mapextra结构体，里面记录的都是溢出桶相关的信息

overflow是一个slice，记录目前已经使用的溢出桶的地址
oldoverfolw也是一个slice，用于在扩容阶段存储旧桶用到的那些溢出桶的地址
nextoverflow指向下一个空闲溢出桶

扩容规则

翻倍扩容

Go语言中map的默认负载因子是6.5，超过这个数就会触发翻倍扩容。

等量扩容

如果负载因子没有超标，但是使用的溢出桶很多，也会触发扩容。不过这一次是等量扩容。
如果常规桶数目不大于2^15,那么使用溢出桶数目超过常规同就算是多了。
如果常规桶数目大于2 ^ 15,那么使用溢出桶数目一旦超过2^15就算是多了。
所谓等量扩容，就是创建和旧桶数目一样多的新桶，然后把原来的键值对迁移到新桶中，但是既然等量，迁移来迁移去有什么用？那我们就要想想什么情况下，桶的负载因子没有超过上限值，却偏偏使用了很多溢出桶呢？自然是由很多键值对被删除的情况， 就像这里编号为0的情况。

如果此时满足等量扩容的触发条件，就会分配等量的新桶，编号为0的旧桶依然会迁移到同样编号的新桶中，同样数目的键值对迁移到新桶中，能够排列的更加紧凑，从而减少溢出桶的使用，这就是等量扩容的意义所在。

参考视频：链接