goland map底层原理map 是Go语言中基础的数据结构,在日常的使用中经常被用到 。但是它底层是如何实现的呢?
总体来说golang的map是hashmap , 是使用数组+链表的形式实现的,使用拉链法消除hash冲突 。
golang的map由两种重要的结构,hmap和bmap(下文中都有解释) , 主要就是hmap中包含一个指向bmap数组的指针,key经过hash函数之后得到一个数 , 这个数低位用于选择bmap(当作bmap数组指针的下表),高位用于放在bmap的[8]uint8数组中,用于快速试错 。然后一个bmap可以指向下一个bmap(拉链) 。
Golang中map的底层实现是一个散列表,因此实现map的过程实际上就是实现散表的过程 。在这个散列表中,主要出现的结构体有两个,一个叫 hmap (a header for a go map) , 一个叫 bmap (a bucket for a Go map,通常叫其bucket) 。这两种结构的样子分别如下所示:
hmap :
图中有很多字段,但是便于理解map的架构,你只需要关心的只有一个,就是标红的字段: buckets数组。Golang的map中用于存储的结构是bucket数组 。而bucket(即bmap)的结构是怎样的呢?
bucket :
相比于hmap,bucket的结构显得简单一些,标红的字段依然是“核心” , 我们使用的map中的key和value就存储在这里 。“高位哈希值”数组记录的是当前bucket中key相关的“索引”,稍后会详细叙述 。还有一个字段是一个指向扩容后的bucket的指针,使得bucket会形成一个链表结构 。例如下图:
由此看出hmap和bucket的关系是这样的:
而bucket又是一个链表 , 所以,整体的结构应该是这样的:
哈希表的特点是会有一个哈希函数,对你传来的key进行哈希运算 , 得到唯一的值,一般情况下都是一个数值 。Golang的map中也有这么一个哈希函数,也会算出唯一的值 , 对于这个值的使用,Golang也是很有意思 。
Golang把求得的值按照用途一分为二:高位和低位 。
如图所示,蓝色为高位 , 红色为低位 。然后低位用于寻找当前key属于hmap中的哪个bucket , 而高位用于寻找bucket中的哪个key 。上文中提到:bucket中有个属性字段是“高位哈希值”数组,这里存的就是蓝色的高位值,用来声明当前bucket中有哪些“key”,便于搜索查找 。需要特别指出的一点是:我们map中的key/value值都是存到同一个数组中的 。数组中的顺序是这样的:
并不是key0/value0/key1/value1的形式,这样做的好处是:在key和value的长度不同的时候,可 以消除padding(内存对齐)带来的空间浪费。
现在,我们可以得到Go语言map的整个的结构图了:(hash结果的低位用于选择把KV放在bmap数组中的哪一个bmap中,高位用于key的快速预览,用于快速试错)
map的扩容
当以上的哈希表增长的时候,Go语言会将bucket数组的数量扩充一倍 , 产生一个新的bucket数组,并将旧数组的数据迁移至新数组 。
加载因子
判断扩充的条件,就是哈希表中的加载因子(即loadFactor) 。
加载因子是一个阈值,一般表示为:散列包含的元素数 除以 位置总数 。是一种“产生冲突机会”和“空间使用”的平衡与折中:加载因子越?。?说明空间空置率高,空间使用率小,但是加载因子越大,说明空间利用率上去了 , 但是“产生冲突机会”高了 。
每种哈希表的都会有一个加载因子,数值超过加载因子就会为哈希表扩容 。
Golang的map的加载因子的公式是:map长度 / 2^B(这是代表bmap数组的长度 , B是取的低位的位数)阈值是6.5 。其中B可以理解为已扩容的次数 。
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