Go中Map的实现原理
一 什么是Map
key，value存储
最通俗的话说Map是一种通过key来获取value的一个数据结构，其底层存储方式为数组，在存储时key不能重复，当key重复时，value进行覆盖，我们通过key进行hash运算（可以简单理解为把key转化为一个整形数字）然后对数组的长度取余，得到key存储在数组的哪个下标位置，最后将key和value组装为一个结构体，放入数组下标处，看下图：
length = len(array) = 4
hashkey1 = hash(xiaoming) = 4
index1 = hashkey1% length= 0
hashkey2 = hash(xiaoli) = 6
index2 = hashkey2% length= 2
二 Go中Map的使用
直接用代码描述，直观，简单，易理解
//直接创建初始化一个mao
var mapInit = map[string]string {"xiaoli":"湖南", "xiaoliu":"天津"}
//声明一个map类型变量,
//map的key的类型是string，value的类型是string
var mapTemp map[string]string
//使用make函数初始化这个变量,并指定大小(也可以不指定)
mapTemp = make(map[string]string,10)
//存储key ，value
mapTemp["xiaoming"] = "北京"
mapTemp["xiaowang"]= "河北"
//根据key获取value,
//如果key存在，则ok是true，否则是flase
//v1用来接收key对应的value,当ok是false时，v1是nil
v1,ok := mapTemp["xiaoming"]
fmt.Println(ok,v1)
//当key=xiaowang存在时打印value
if v2,ok := mapTemp["xiaowang"]; ok{
fmt.Println(v2)
}
//遍历map,打印key和value
for k,v := range mapTemp{
fmt.Println(k,v)
}
//删除map中的key
delete(mapTemp,"xiaoming")
//获取map的大小
l := len(mapTemp)
fmt.Println(l)
看了上面的map创建，初始化，增删改查等操作，我们发现go的api其实挺简单易学的
三 Go中Map的实现原理
go底层map到底怎么存储呢?接下来我们一探究竟。map的源码位于 src/runtime/map.go中 ，map同样也是数组存储的的，每个数组下标处存储的是一个bucket,这个bucket的类型见下面代码，每个bucket中可以存储8个kv键值对，当每个bucket存储的kv对到达8个之后，会通过overflow指针指向一个新的bucket，从而形成一个链表,看bmap的结构，我想大家应该很纳闷，没看见kv的结构和overflow指针啊，事实上，这两个结构体并没有显示定义，是通过指针运算进行访问的。
//bucket结构体定义 b就是bucket
type bmap{
// tophash generally contains the top byte of the hash value
// for each key in this bucket. If tophash[0] < minTopHash,
// tophash[0] is a bucket evacuation state instead.
//翻译：top hash通常包含该bucket中每个键的hash值的高八位。
如果tophash[0]小于mintophash，则tophash[0]为桶疏散状态 //bucketCnt 的初始值是8
tophash [bucketCnt]uint8
// Followed by bucketCnt keys and then bucketCnt values.
// NOTE: packing all the keys together and then all the values together makes the // code a bit more complicated than alternating key/value/key/value/... but it allows // us to eliminate padding which would be needed for, e.g., map[int64]int8.// Followed by an overflow pointer. //翻译：接下来是bucketcnt键，然后是bucketcnt值。
注意：将所有键打包在一起，然后将所有值打包在一起， 使得代码比交替键/值/键/值/更复杂。但它允许//我们消除可能需要的填充， 例如map[int64]int8./后面跟一个溢出指针}
看上面代码以及注释，我们能得到bucket中存储的kv是这样的，tophash用来快速查找key值是否在该bucket中，而不同每次都通过真值进行比较；还有kv的存放，为什么不是k1v1，k2v2..... 而是k1k2...v1v2...，我们看上面的注释说的 map[int64]int8,key是int64（8个字节），value是int8（一个字节），kv的长度不同，如果按照kv格式存放，则考虑内存对齐v也会占用int64，而按照后者存储时，8个v刚好占用一个int64,从这个就可以看出go的map设计之巧妙。
最后我们分析一下go的整体内存结构，阅读一下map存储的源码，如下图所示，当往map中存储一个kv对时，通过k获取hash值，hash值的低八位和bucket数组长度取余，定位到在数组中的那个下标，hash值的高八位存储在bucket中的tophash中，用来快速判断key是否存在，key和value的具体值则通过指针运算存储，当一个bucket满时，通过overfolw指针链接到下一个bucket。
go的map存储源码如下，省略了一些无关紧要的代码
func mapassign(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
//获取hash算法
alg := t.key.alg
//计算hash值
hash := alg.hash(key, uintptr(h.hash0))
//如果bucket数组一开始为空，则初始化
if h.buckets == nil {
h.buckets = newobject(t.bucket) // newarray(t.bucket, 1)
}
again:
// 定位存储在哪一个bucket中
bucket := hash & bucketMask(h.B)
//得到bucket的结构体
b := (*bmap)(unsafe.Pointer(uintptr(h.buckets) +bucket*uintptr(t.bucketsize)))
//获取高八位hash值
top := tophash(hash)
var inserti *uint8
var insertk unsafe.Pointer
var val unsafe.Pointer
bucketloop:
//死循环
for {
//循环bucket中的tophash数组
for i := uintptr(0); i < bucketCnt; i++ {
//如果hash不相等
if b.tophash[i] != top {
//判断是否为空，为空则插入
if isEmpty(b.tophash[i]) && inserti == nil {
inserti = &b.tophash[i]
insertk = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
val = add( unsafe.Pointer(b),
dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize) )
}
//插入成功，终止最外层循环
if b.tophash[i] == emptyRest {
break bucketloop
}
continue
}
//到这里说明高八位hash一样，获取已存在的key
k := add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+i*uintptr(t.keysize))
if t.indirectkey() {
k = *((*unsafe.Pointer)(k))
}
//判断两个key是否相等，不相等就循环下一个
if !alg.equal(key, k) {
continue
}
// 如果相等则更新
if t.needkeyupdate() {
typedmemmove(t.key, k, key)
}
//获取已存在的value
val = add(unsafe.Pointer(b), dataOffset+bucketCnt*uintptr(t.keysize)+i*uintptr(t.valuesize))
goto done
}
//如果上一个bucket没能插入，则通过overflow获取链表上的下一个bucket
ovf := b.overflow(t)
if ovf == nil {
break
}
b = ovf
}
if inserti == nil {
// all current buckets are full, allocate a new one.
newb := h.newoverflow(t, b)
inserti = &newb.tophash[0]
insertk = add(unsafe.Pointer(newb), dataOffset)
val = add(insertk, bucketCnt*uintptr(t.keysize))
}
// store new key/value at insert position
if t.indirectkey() {
kmem := newobject(t.key)
*(*unsafe.Pointer)(insertk) = kmem
insertk = kmem
}
if t.indirectvalue() {
vmem := newobject(t.elem)
*(*unsafe.Pointer)(val) = vmem
}
typedmemmove(t.key, insertk, key)
//将高八位hash值存储
*inserti = top
h.count++
return val
}
