Golang底层原理剖析之map

哈希表

前言

关于map的使用与map的陷阱，请点击这篇博文浅谈Golang map使用与陷阱

名词理解

负载因子

存储的键值对的数目与桶的数目的比值陈为负载因子。

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

在这里插入图片描述
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

在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。

在这里插入图片描述
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

在这里插入图片描述

翻倍扩容

在这里插入图片描述
变量a本质上是一个hmap的指针，目前存储了一个键值对，只有一个桶，也没有预分配的溢出桶。下面把唯一的这个桶展开来看一下，目前这个map就长这样。

在这里插入图片描述

如果我们把这个桶存满，接下来再继续存储新的键值对时，这个哈希表是会创建溢出桶，还是谁发生扩容呢？

在这里插入图片描述

这就要看map的扩容规则了，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。

在这里插入图片描述
buckets指向新分配的两个桶，oldbuckets指向旧桶，nevacuate=0，表示接下来要迁移编号为0的旧桶

在这里插入图片描述

每个旧桶的键值对都会分流到两个新桶中，例如如果旧桶数量为4，新桶就是8.如果一个哈希值选择0号旧桶，那么哈希值的二进制低两位一定为0，所以选择新桶的结果只有两种，取决于哈希值的第三位是0还是1，如果第三位是0，则选择编号为0的新桶，如果是1，则会选择编号为4的新桶。
在这里插入图片描述
因为桶的数量一定是2的整数次幂，所以无论容量是多少，翻倍扩容后，每个旧桶都会按照这样的规律分流到两个新桶中。

等量扩容

在这里插入图片描述
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215,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215，那么使用溢出桶数目一旦超过2^15就算是多了。

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

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。

posted @ 2021-11-03 22:11  cheems~  阅读(309)  评论(0)  编辑  收藏  举报