golang map的實作講解

Golang是一門新興的程式語言，它的map是基於哈希表實現的。在這篇文章中，我們將討論Golang中map的實作方式。具體來說，我們將介紹哈希表的概念、Golang map的結構和效能最佳化。

哈希表的概念

哈希表是一種以鍵值對儲存資料的資料結構。它透過雜湊函數將鍵映射到陣列索引，使得對操作雜湊表內資料的存取變得更加有效率。

雜湊函數將傳遞給它的值計算為一個較小的固定長度值，這個值唯一地標識了這個鍵（這種稱為雜湊碼）。這個哈希碼被使用作為數組索引。

雜湊函數存在一些問題。一是哈希碰撞，即不同的鍵映射到相同的數組索引，需要採用解決哈希碰撞的方式來解決。另一種問題是雜湊函數的不足，它可能無法準確地計算值的雜湊碼，導致雜湊表中的資料分佈不均。

Golang map的結構

在Golang中，map是一種結構，它的底層資料結構是哈希表。具體來說，map由以下三個欄位組成：

type hmap struct {
    count int                                 
    flags uint32                              
    B     uint8                               
    hash0 uint32                              
    buckets unsafe.Pointer // 指向一个桶数组
    oldbuckets unsafe.Pointer // 用于扩容时的桶数组
    nevacuate uintptr // 当前将要被载入到oldbuckets的指针位置
    extra *mapextra
}

其中，count表示map中的元素數量；flags用於記錄map的狀態，包括是否刪除、是否迭代中等；B表示桶數組的長度，即2的B次方；hash0記錄的是哈希種子，用於雜湊函數的計算。

buckets是一個指針，它指向一個桶數組。桶數組的格式如下：

type bmap struct {
    tophash [bucketCnt]uint8
    data    [1]struct{ key, value interface{} }
}

其中，tophash是一個長度為bucketCnt的數組，每個元素表示bmap中的一個元素，它的值是一個整數，用於定位data中的鍵值對。 data是一個長度為1的數組，其中包含一個鍵值對。鍵值對的格式如下：

type iface struct {
    tab  *itab
    data unsafe.Pointer
}

type itab struct {
    inter  *interfacetype
    _type  *_type
    link   *itab
    bad    int32
    inhash int32 // 是否在哈希表中
    funcbucket uintptr
    __hash uintptr // 哈希函数（方法）
    __eq   uintptr // 判断是否相等的函数（方法）
}

其中，data欄位是一個指向iface結構體的指針，iface結構體包含一個指向儲存鍵值對的指標和一個指向型別資訊的指標。

Golang map的效能最佳化

Golang map實作的效能最佳化主要分為以下兩個面向：

1. 桶數組擴容

當map中的元素數量超過桶數組的容量時，桶數組需要進行擴容。擴容的方式是增加一個新的桶數組。在下一次訪問map的時候，所有的鍵值對會被重新計算，然後被逐個移動到新的桶數組中。這個過程叫做rehash。

桶數組擴容過程中，Golang使用了一個叫做randomized-hashing的技術。這個技術透過調整哈希種子，使得在rehash的時候鍵值對能夠更均勻地分佈在新的桶數組中，從而減少哈希碰撞。

2. 內建的偏向鎖定

Golang在map中使用了一種叫做偏向鎖定的鎖定機制。偏向鎖是一種最佳化技術，當鎖只被一個go例程存取時，它將使用這個goroutine的執行緒ID進行加鎖。這樣，當這個go例程需要對鎖進行解鎖或重新加鎖時，不需要進行線程切換，因為任何其他的go例程都不會訪問這個鎖。

總結

Golang中map的底層資料結構是雜湊表，它的桶數組使用randomized-hashing技術對鍵值對進行rehash，並使用偏向鎖定機制進行加鎖和解鎖。這些實作細節使得Golang中的map在一些常見的資料結構操作中表現出了非常出色的效能。

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