详解Go语言Map的奥秘，揭示优化思想和底层设计原理

后端

2023-01-01 02:00:37

Go语言中的Map优化

在Go语言中，map是一种至关重要的数据结构，用于高效存储和检索键值对。它的幕后秘密是一个精心设计的哈希表，结合了巧妙的优化，以实现卓越的性能。

哈希表的魔力

哈希表是map的核心，它通过利用哈希函数将键映射到特定位置，从而实现快速查找和插入。Go语言的map使用哈希表来处理键，使用称为哈希桶的数组来存储键值对。每个哈希桶都包含一个链表，用于解决冲突，即当多个键哈希到同一桶时的情况。

链式寻址：避免碰撞

链式寻址是Go语言map解决哈希表冲突的秘密武器。当发生冲突时，它会将冲突的键值对链接到一个链表中，该链表附加到哈希桶上。这有效地避免了哈希桶变得过于拥挤，从而保持了map的查找速度。

mapextra：存储额外信息

mapextra是map结构中的一个重要字段，它存储了有关map状态的重要附加信息。这些信息包括map的大小、键值对的数量、溢出桶的数量等。mapextra字段可帮助Go语言运行时优化map，例如，当map中的键值对数量超过一定阈值时，运行时会自动扩展map，以防止其变得过于密集。

源码解读：揭开内幕

让我们深入研究Go语言运行时中的map实现，以揭示其内在的工作原理：

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 this many elements)
    noverflow uint16
    hash0     uint32 // hash seed

    buckets unsafe.Pointer // array of B*bucket
    oldbuckets unsafe.Pointer // previous bucket array (or nil)
    nevacuate uint32        // evacuation count

    extra *mapextra // optional fields
}

hmap结构表示map的底层实现，包含各种字段来存储有关map状态的信息，包括计数、标志、桶数、溢出计数和哈希种子。

type mapextra struct {
    // Note: the following 4 fields are not exported.

    // next free bucket for CreateBucket
    freebucket unsafe.Pointer

    // number of elements not in the main table.
    // When entries are being evacuated, extra contains the
    // elements that have been rehashed but not yet placed
    // in their final buckets.  (This is part of the implementation
    // of map growth; see map.go:grow.)
    overflow    uint16

    // number of elements for which the key is known to
    // have been evacuated to an overflow bucket.
    overflowused uint16

    // number of elements stored in overflow buckets.
    // this can be > overflowused, because elements that
    // are being inserted may go through a brief "evacuated"
    // state where they're in the overflow area but haven't
    // been assigned a bucket yet.
    overflowElems uint16
}