【Go】 map 精髓理解

map

go map 的底层结构 hmap，的四个元素
然后再讲一下 buckets 的元素，讲一下 hash 冲突，和解决方法
再讲一下，增量扩容和等量扩容
再讲一下增删改查的过程，就查询过程

map 基础

向值为 nil 的 map 添加元素会发生 panic，说白了就是给声明但是没初始化的map添加元素
查询时候，如果没这个元素，会返回对应的零值，例如 int 的零值 0
一开始用 make 初始化时候，指定容量，可以有效的减少内存分配的次数，提升性能
查询语法if v, ok := m[“apple”]；ok {}
删除语法：delete(m，“apple”) 空也不报错
添加和修改是一样的就是：m[“apple”] = “red”
len 也可以查长度
不是原子性的，并发不安全，多个协程同时操作一个 map 会产生读写冲突，panic，不过可以通过加锁或者 sync.map 实现并发安全

实现原理

1、数据结构

使用 Hash 表作为底层实现，一个 Hash 表可以有多个 bucket，每个 bucket 保存了一个或多个键值对，像，redis 是默认一个，go 是6.5个，多了会扩容
我们常说的 hash 桶就是 bucket，

type Map struct {
	Key  *Type
	Elem *Type
	Bucket *Type
	Hmap   *Type
	Hiter  *Type
}

// hmap 简化版本
type hmap struct {
	count     int   // 元素个数，kv个数
	B         uint8 // bucket 数组大小，其实就是 bmap
	buckets    unsafe.Pointer // 指针指向 bucket 数组，数组长 2 的 B 次方
	oldbuckets unsafe.Pointer // 老旧 bucket 数组，用于扩容
  ......
}

type bmap struct {
  tophash [bucketCnt]uint8 // 存储 hash 值的高 8 位，就是长度为 8 的整型数组
  date []byte // kkkkkkvvvvvv数据，这样可以节省内存，避免了内存对齐
  overflow *bmap // 溢出 bucket 的地址，指向了下一个 bucket 将冲突的键连接起来
}

2、hash 冲突

当两个或以上数量的键被 hash 到同一个 bucket 时候，我们称这些键发生了冲突
Go 使用了链地址法解决冲突
因为每个 bucket 可以存放八个键值对，当同一个 bucket 存放超过 8 个键值对时候就会创建一个 bucket,用类似链表的方式将 bucket 连接起来，使用 *bucket 指向溢出的那部分

3、负载因子

负载因子 = 键数量 / bucket 数量
负载因子过大过小都不好
-过小，空间利用率较小
-过大，冲突严重，存取效率低

当负载因子过大，需要申请更多的 bucket 并且对所有的键值对重新排列，使其均匀的分配在 bucket，这个过程叫 rehash
每个 hash 表对负载因子的容忍度大小不一样，go 6.5 因为go的 bucket 可以存八个，redis 是1个

4、扩容

扩容有增量扩容，和等量扩容，都是对于负载因子过大的情况，对 go 就是当一个 bucket 有7/8个元素时候
增量扩容：
会新建一个 bucket ，新的 bucket 大小是原来两倍，然后把旧的 bucket 数组中的数据逐渐的搬迁到新的 bucket 数组
不过可能出现一个情况，当有数亿个元素时候，考虑到一次性搬迁会有很大延时，所有 go 用逐级搬迁策略，就是每次访问 map 都会搬迁一下，两个键值对
那它是如何处理数组指针呢？就是让 hmap 中 oldbuckets 指针指向原 buckets 数组，然后申请新的 buckets 数组，长度为原来两倍，之后的迁移工作就是将 oldbuckets 元素逐渐搬迁到新的 buckets ，搬迁完毕就可以释放 oldbuckets 数组
等量扩容：
这个不扩容，甚至内存释放了一些，意思是，不扩容的情况下，实行了类似增量扩容中搬迁的动作
因为在某些情况下，极端情况，我们删除了一些元素，很多哈，导致最后的元素集中于一个 bucket ，而这个 bucket 有很多的溢出 bucket 桶，删除后这些桶都空了，这时候等量扩容，就是使得 bucket 数量不变，但是重新组织后的 overflow 的 Bucket 数量减少，节省了空间，提高了查询效率

5、查询

查询就是：根据键的 Hash 值确定一个 bucket ，查它看有没有该元素
查询：
根据 key 值计算 Hash 值
取 Hash 值低位与 hmap.B 取模确定 bucket 位置
取 Hash 值高位，在 tophash 数组查询，如果tophash[i]的hash值与计算的一样，就去获取 tophash[i] 的key值
当前 bucket 没找到就去溢出bucket找
如果当前处于搬迁中，优先从 oldbucket 找
那么添加删除都差不多了，就不赘述了

参考自：《Go 专家编程》