Go語言map的底層實現

map是Go語言中基礎的數據結構，在平常的使用中常常被用到。可是它底層是如何實現的呢？

map的總體結構圖

Golang中map的底層實現是一個散列表，所以實現map的過程實際上就是實現散表的過程。在這個散列表中，主要出現的結構體有兩個，一個叫hmap(a header for a go map)，一個叫bucket。這兩種結構的樣子分別以下所示：

hmap:

圖中有不少字段，可是便於理解map的架構，你只須要關心的只有一個，就是標紅的字段：buckets數組。Golang的map中用於存儲的結構是bucket數組。而bucket(即bmap)的結構是怎樣的呢？

bucket：

相比於hmap，bucket的結構顯得簡單一些，標紅的字段依然是「核心」，咱們使用的map中的key和value就存儲在這裏。「高位哈希值」數組記錄的是當前bucket中key相關的「索引」，稍後會詳細敘述。還有一個字段是一個指向擴容後的bucket的指針，使得bucket會造成一個鏈表結構。例以下圖：

由此看出hmap和bucket的關係是這樣的：

而bucket又是一個鏈表，因此，總體的結構應該是這樣的：

哈希表的特色是會有一個哈希函數，對你傳來的key進行哈希運算，獲得惟一的值，通常狀況下都是一個數值。Golang的map中也有這麼一個哈希函數，也會算出惟一的值，對於這個值的使用，Golang也是頗有意思。

Golang把求得的值按照用途一分爲二：高位和低位。

如圖所示，藍色爲高位，紅色爲低位。 而後低位用於尋找當前key屬於hmap中的哪一個bucket，而高位用於尋找bucket中的哪一個key。上文中提到：bucket中有個屬性字段是「高位哈希值」數組，這裏存的就是藍色的高位值，用來聲明當前bucket中有哪些「key」，便於搜索查找。 須要特別指出的一點是：咱們map中的key/value值都是存到同一個數組中的。數組中的順序是這樣的:

並非key0/value0/key1/value1的形式，這樣作的好處是：在key和value的長度不一樣的時候，能夠消除padding帶來的空間浪費。

如今，咱們能夠獲得Go語言map的整個的結構圖了：

以上，就是Go語言map的總體結構了。

map的擴容

當以上的哈希表增加的時候，Go語言會將bucket數組的數量擴充一倍，產生一個新的bucket數組，並將舊數組的數據遷移至新數組。

加載因子

判斷擴充的條件，就是哈希表中的加載因子(即loadFactor)。

加載因子是一個閾值，通常表示爲：散列包含的元素數 除以 位置總數。是一種「產生衝突機會」和「空間使用」的平衡與折中：加載因子越小，說明空間空置率高，空間使用率小，可是加載因子越大，說明空間利用率上去了，可是「產生衝突機會」高了。

每種哈希表的都會有一個加載因子，數值超過加載因子就會爲哈希表擴容。 Golang的map的加載因子的公式是：map長度 / 2^B閾值是6.5。其中B能夠理解爲已擴容的次數。

當Go的map長度增加到大於加載因子所需的map長度時，Go語言就會將產生一個新的bucket數組，而後把舊的bucket數組移到一個屬性字段oldbucket中。注意：並非馬上把舊的數組中的元素轉義到新的bucket當中，而是，只有當訪問到具體的某個bucket的時候，會把bucket中的數據轉移到新的bucket中。

以下圖所示：當擴容的時候，Go的map結構體中，會保存舊的數據，和新生成的數組

上面部分表明舊的有數據的bucket，下面部分表明新生成的新的bucket。藍色表明存有數據的bucket，橘黃色表明空的bucket。 擴容時map並不會當即把新數據作遷移，而是當訪問原來舊bucket的數據的時候，才把舊數據作遷移，以下圖：

注意：這裏並不會直接刪除舊的bucket，而是把原來的引用去掉，利用GC清除內存。

map中數據的刪除

若是理解了map的總體結構，那麼查找、更新、刪除的基本步驟應該都很清楚了。這裏再也不贅述。 值得注意的是，找到了map中的數據以後，針對key和value分別作以下操做：

一、若是``key``是一個指針類型的，則直接將其置爲空，等待GC清除；
二、若是是值類型的，則清除相關內存。
三、同理，對``value``作相同的操做。
四、最後把key對應的高位值對應的數組index置爲空。
複製代碼

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