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go-map+sync.map的底层原理

news 来源：原创 2025/8/7 6:05:03

map

哈希冲突解决方式

1.拉链法

2.开放地址法

底层结构

        Go 的 map 在源码中由 runtime.hmap 结构体表示，buckets-指向桶数组的指针(常规桶)，oldbuckets-扩容时指向旧桶数组的指针。

type hmap struct {count     int    // 当前元素个数（len(map) 直接返回此值）flags     uint8  // 状态标志（是否正在扩容、迭代等）B         uint8  // 桶的数量为 2^B（哈希桶数量的对数）noverflow uint16 // 溢出桶的大致数量hash0     uint32 // 哈希种子，用于计算键的哈希值buckets    unsafe.Pointer // 指向桶数组的指针（常规桶）oldbuckets unsafe.Pointer // 扩容时指向旧桶数组的指针nevacuate  uintptr        // 扩容时记录下一个要迁移的桶编号extra *mapextra // 可选字段，用于管理溢出桶
}

bmap结构 

type bmap struct {// 1. 哈希值的高8位数组（快速比较）tophash [bucketCnt]uint8    // bucketCnt默认为8，每个桶最多存8个键值对// 2. 键数组（具体类型由map定义决定）keys    [bucketCnt]KeyType  // 例如int、string等// 3. 值数组（具体类型由map定义决定）values  [bucketCnt]ValueType// 4. 溢出桶指针（链表结构，处理哈希冲突）overflow *bmap
}

tophash [bucketCnt]uint8    // bucketCnt默认为8，每个桶最多存8个键值对

作用​​：存储每个键哈希值的前8位，用于快速过滤不匹配的键。一个key会通过哈希函数得到一个哈希值(高八位就是tophash )，哈希值再对map的数量取模得到桶下标，找到自己存放的位置。

keys    [bucketCnt]KeyType  // 例如int、string等

values  [bucketCnt]ValueType

  • ​​容量​​：每个bmap最多存储​​8个键值对​​。
  • ​​内存排列​​：
    • ​​键和值分开存储​​：键数组（keys）和值数组（values）在内存中连续分布。
    • ​​对齐优化​​：根据键和值的大小调整内存对齐，减少碎片。

overflow *bmap

  • ​​作用​​：当桶已满时，新键值对存入溢出桶，形成链表。
  • ​​示例​​：
    • 插入第9个键值对时，创建新的bmap，链接到overflow指针。
    • 查找时需遍历链表直到找到匹配项或链表末尾。

为什么键和值要分开存放？

  • ​​键和值分开存储​​：键数组（keys）和值数组（values）在内存中连续分布。
  • ​​对齐优化​​：根据键和值的大小调整内存对齐，减少碎片。

map中一个key的查找过程？

1. ​​哈希计算与桶定位​​

  1. 计算键的哈希值 hash := hashFunc(key, h.hash0)。
  2. 通过掩码运算定位桶：bucketIndex := hash & (2^B - 1)（B为桶数量的指数）。
  3. 确定目标桶 bmap。

2. ​​桶内查找与插入​

​遍历tophash数组，寻找空槽或匹配的高8位：

  • ​​空槽​​：tophash[i] == 0，表示可插入新键值对。
  • ​​匹配​​：tophash[i] == hashHigh，需进一步比较键是否相等。如果key不相等说明槽位被占了，那么查找下一个为空的槽位，如果找到最后发现槽位被占满那么就通过overflow 创建新的bmap插入数据。

go语言中的map怎么解决哈希冲突的？

利用了两种方法拉链法和开放法，看上面的题目回答。

map中一个key的删除过程？

        通过哈希值的高八位查找到一个桶的tophash位置，然后把tophash标记为emptyOne的状态，如果当前tophash位置后面所有的位置为空，那么就将当前位置标记为emptyReset状态，这样如果下一次遍历到了emptyReset就不会往后进行查找，提高了查询的效率。

map的扩容

扩容时机

        负载因子超标​​，负载因子超过为 ​​6.5​​触发双倍扩容。一个桶能存放八个元素，负载因子为6.5的时候表示一个桶中位置快被分配完了，一个桶快满了，很有可能需要遍历溢出桶，那么就会触发双倍扩容。

        溢出桶的数量过多的话就触发等量扩容。插入元素过多就会有溢出桶，然后又删除元素，但是map的删除元素不会释放内存，再进行元素的插入，这样会导致元素的排列很松散。所以需要等量扩容重新排列元素位置，让内存更加紧密。

等量扩容

        等量扩容:并不扩大容量，buckets数量维持不变，重新做一遍搬迁动作，把松散的键值对重新排列一次，使得同一个 bucket 中的 key 排列地更紧密，节省空间，提高 bucket 利用率，进而保证更快的存取。

双倍扩容

双倍扩容:新建一个buckets数组，新的buckets数量大小是原来的2倍，然后I日buckets数据搬迁到新的buckets.

扩容方式？

        map采用渐进式扩容的方式，再插入修改key的时候，会进行元素的搬迁，每一次搬迁1-2个元素，从旧桶中找到一个当前访问的key-value，还有一个是通过迁移编号找到的key-value值，每次移动两个元素，再到新桶中做哈希运算重新放入新桶。

syncmap

        Go 语言中的 sync.Map 是专为并发场景设计的线程安全 map，其底层结构通过 ​​读写分离​​ 和 ​​无锁原子操作​​ 优化性能，尤其适合读多写少的场景。

底层结构

type Map struct {mu     sync.Mutex          // 互斥锁，保护 dirty 的并发写操作read   atomic.Value        // 存储只读数据（readOnly 结构），通过原子操作访问dirty  map[interface{}]*entry  // 存储可写数据，访问时需要加锁misses int                 // 记录从 read 读取失败的次数，触发 dirty 提升为 read
}
type readOnly struct {m       map[interface{}]*entry  // 存储键值对的指针（entry）amended bool                     // 标记 dirty 中是否有 read 中不存在的键
}

 如果amend为true那么就从dirty当中操作.

type entry struct {p unsafe.Pointer  // 指向实际值的指针（可能为 nil、expunged 标记或具体值）
}

entry 的状态管理，​p有三种状态， ​

  • ​​正常值​​：entry.p 指向实际值。
  • ​​删除标记​​：entry.p = nil（逻辑删除）。
  • ​​完全删除​​：entry.p = expunged（一个特殊标记指针），表示键已从 dirty 移除。

有几种方法

Store()，更新插入一个key-value

Load()，返回对应的value

Delete()，删除

Range()，对map进行遍历

sync.map插入流程

  • 如果read当中不包含这个元素的话，那么就对dirty进行操作，获取锁操作dirty。
  • 如果read当中有这个元素并且对应entry指向的状态为nil或者为正常值，直接修改read的值
  • 如果read当中有这个元素并且对应entry指向的状态为expunged的状态的话，那么不光要在read当中进行修改，还要在dirty当中插入新值。

sync.map删除流程

从read当中找到对应的数据，然后通过entry指针把指向的value置为nil。

如果read当中找不到对应的值，但是存在于dirty，就把dirty当中对应的entry指针指向expunged状态，表示键已从 dirty 移除。

read map和dirty map怎么互相转换的？

dirty->read

​从 read 无锁读取​​：

  • 通过原子操作获取 read.m，查找键对应的 entry。
  • 若找到且 entry.p != nil，直接返回值

如果没有找到，那么加锁访问 dirty​​，从 dirty 读取，并增加 misses 计数。

        当 misses >= len(dirty) 时，将 dirty 提升为 read，重置 dirty把dirty置空 和 misses。

read->dirty 

     考虑到dirty->read的情况，在最后将 dirty 提升为 read后，会重置 dirty 把dirty置空。此时dirty为空，read不为空。

  如果要插入新的数据那么只能从dirty中进行插入，但此时dirty为空，所以dirty需要复制read当中的数据(这个过程就是dirty的重塑)，把read当中value的状态=nil的值都标记成expunged状态，那么dirty不会对expunged状态的值进行复制。

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文章目录 引言1.卷积神经网络&#xff08;CNN&#xff09;的诞生背景2.卷积神经网络&#xff08;CNN&#xff09;介绍2.1 什么是卷积神经网络&#xff1f;2.2 卷积神经网络&#xff08;CNN&#xff09;的基本特征2.2.1 局部感知&#xff08;Local Connectivity&#xff09;2.2.…...

编程日记 2025/7/30 11:28:57