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goland map底層原理

map 是Go語言中基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在日常的使用中經(jīng)常被用到。但是它底層是如何實現(xiàn)的呢？

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總體來說golang的map是hashmap，是使用數(shù)組+鏈表的形式實現(xiàn)的，使用拉鏈法消除hash沖突。

golang的map由兩種重要的結(jié)構(gòu)，hmap和bmap(下文中都有解釋)，主要就是hmap中包含一個指向bmap數(shù)組的指針，key經(jīng)過hash函數(shù)之后得到一個數(shù)，這個數(shù)低位用于選擇bmap(當作bmap數(shù)組指針的下表)，高位用于放在bmap的[8]uint8數(shù)組中，用于快速試錯。然后一個bmap可以指向下一個bmap(拉鏈)。

Golang中map的底層實現(xiàn)是一個散列表，因此實現(xiàn)map的過程實際上就是實現(xiàn)散表的過程。在這個散列表中，主要出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體有兩個，一個叫 hmap (a header for a go map)，一個叫 bmap (a bucket for a Go map，通常叫其bucket)。這兩種結(jié)構(gòu)的樣子分別如下所示：

hmap :

圖中有很多字段，但是便于理解map的架構(gòu)，你只需要關(guān)心的只有一個，就是標紅的字段： buckets數(shù)組 。Golang的map中用于存儲的結(jié)構(gòu)是bucket數(shù)組。而bucket(即bmap)的結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？

bucket ：

相比于hmap，bucket的結(jié)構(gòu)顯得簡單一些，標紅的字段依然是“核心”，我們使用的map中的key和value就存儲在這里?！案呶还Ｖ怠睌?shù)組記錄的是當前bucket中key相關(guān)的“索引”，稍后會詳細敘述。還有一個字段是一個指向擴容后的bucket的指針，使得bucket會形成一個鏈表結(jié)構(gòu)。例如下圖：

由此看出hmap和bucket的關(guān)系是這樣的：

而bucket又是一個鏈表，所以，整體的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是這樣的：

哈希表的特點是會有一個哈希函數(shù)，對你傳來的key進行哈希運算，得到唯一的值，一般情況下都是一個數(shù)值。Golang的map中也有這么一個哈希函數(shù)，也會算出唯一的值，對于這個值的使用，Golang也是很有意思。

Golang把求得的值按照用途一分為二：高位和低位。

如圖所示，藍色為高位，紅色為低位。 然后低位用于尋找當前key屬于hmap中的哪個bucket，而高位用于尋找bucket中的哪個key。上文中提到：bucket中有個屬性字段是“高位哈希值”數(shù)組，這里存的就是藍色的高位值，用來聲明當前bucket中有哪些“key”，便于搜索查找。 需要特別指出的一點是：我們map中的key/value值都是存到同一個數(shù)組中的。數(shù)組中的順序是這樣的:

并不是key0/value0/key1/value1的形式，這樣做的好處是：在key和value的長度不同的時候，可 以消除padding(內(nèi)存對齊)帶來的空間浪費 。

現(xiàn)在，我們可以得到Go語言map的整個的結(jié)構(gòu)圖了：(hash結(jié)果的低位用于選擇把KV放在bmap數(shù)組中的哪一個bmap中，高位用于key的快速預覽，用于快速試錯)

map的擴容

當以上的哈希表增長的時候，Go語言會將bucket數(shù)組的數(shù)量擴充一倍，產(chǎn)生一個新的bucket數(shù)組，并將舊數(shù)組的數(shù)據(jù)遷移至新數(shù)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，一般表示為：散列包含的元素數(shù) 除以 位置總數(shù)。是一種“產(chǎn)生沖突機會”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，但是加載因子越大，說明空間利用率上去了，但是“產(chǎn)生沖突機會”高了。

每種哈希表的都會有一個加載因子，數(shù)值超過加載因子就會為哈希表擴容。

Golang的map的加載因子的公式是：map長度 / 2^B(這是代表bmap數(shù)組的長度，B是取的低位的位數(shù))閾值是6.5。其中B可以理解為已擴容的次數(shù)。

當Go的map長度增長到大于加載因子所需的map長度時，Go語言就會將產(chǎn)生一個新的bucket數(shù)組，然后把舊的bucket數(shù)組移到一個屬性字段oldbucket中。注意：并不是立刻把舊的數(shù)組中的元素轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新的bucket中。

如下圖所示：當擴容的時候，Go的map結(jié)構(gòu)體中，會保存舊的數(shù)據(jù)，和新生成的數(shù)組

上面部分代表舊的有數(shù)據(jù)的bucket，下面部分代表新生成的新的bucket。藍色代表存有數(shù)據(jù)的bucket，橘黃色代表空的bucket。

擴容時map并不會立即把新數(shù)據(jù)做遷移，而是當訪問原來舊bucket的數(shù)據(jù)的時候，才把舊數(shù)據(jù)做遷移，如下圖：

注意：這里并不會直接刪除舊的bucket，而是把原來的引用去掉，利用GC清除內(nèi)存。

map中數(shù)據(jù)的刪除

如果理解了map的整體結(jié)構(gòu)，那么查找、更新、刪除的基本步驟應(yīng)該都很清楚了。這里不再贅述。

值得注意的是，找到了map中的數(shù)據(jù)之后，針對key和value分別做如下操作：

1

2

3

4

1、如果``key``是一個指針類型的，則直接將其置為空，等待GC清除；

2、如果是值類型的，則清除相關(guān)內(nèi)存。

3、同理，對``value``做相同的操作。

4、最后把key對應(yīng)的高位值對應(yīng)的數(shù)組index置為空。

講講go語言的結(jié)構(gòu)體

作為C語言家族的一員，go和c一樣也支持結(jié)構(gòu)體。可以類比于java的一個POJO。

在學習定義結(jié)構(gòu)體之前，先學習下定義一個新類型。

新類型 T1 是基于 Go 原生類型 int 定義的新自定義類型，而新類型 T2 則是 基于剛剛定義的類型 T1，定義的新類型。

這里要引入一個底層類型的概念。

如果一個新類型是基于某個 Go 原生類型定義的， 那么我們就叫 Go 原生類型為新類型的底層類型

在上面的例子中，int就是T1的底層類型。

但是T1不是T2的底層類型，只有原生類型才可以作為底層類型，所以T2的底層類型還是int

底層類型是很重要的，因為對兩個變量進行顯式的類型轉(zhuǎn)換，只有底層類型相同的變量間才能相互轉(zhuǎn)換。底層類型是判斷兩個類型本質(zhì)上是否相同的根本。

這種類型定義方式通常用在 項目的漸進式重構(gòu)，還有對已有包的二次封裝方面

類型別名表示新類型和原類型完全等價，實際上就是同一種類型。只不過名字不同而已。

一般我們都是定義一個有名的結(jié)構(gòu)體。

字段名的大小寫決定了字段是否包外可用。只有大寫的字段可以被包外引用。

還有一個點提一下

如果換行來寫

Age: 66,后面這個都好不能省略

還有一個點，觀察e3的賦值

new返回的是一個指針。然后指針可以直接點號賦值。這說明go默認進行了取值操作

e3.Age 等價于 (*e3).Age

如上定義了一個空的結(jié)構(gòu)體Empty。打印了元素e的內(nèi)存大小是0。

有什么用呢？

基于空結(jié)構(gòu)體類型內(nèi)存零開銷這樣的特性，我們在日常 Go 開發(fā)中會經(jīng)常使用空 結(jié)構(gòu)體類型元素，作為一種“事件”信息進行 Goroutine 之間的通信

這種以空結(jié)構(gòu)體為元素類建立的 channel，是目前能實現(xiàn)的、內(nèi)存占用最小的 Goroutine 間通信方式。

這種形式需要說的是幾個語法糖。

語法糖1：

對于結(jié)構(gòu)體字段，可以省略字段名，只寫結(jié)構(gòu)體名。默認字段名就是結(jié)構(gòu)體名

這種方式稱為 嵌入字段

語法糖2：

如果是以嵌入字段形式寫的結(jié)構(gòu)體

可以省略嵌入的Reader字段，而直接訪問ReaderName

此時book是一個各個屬性全是對應(yīng)類型零值的一個實例。不是nil。這種情況在Go中稱為零值可用。不像java會導致npe

結(jié)構(gòu)體定義時可以在字段后面追加標簽說明。

tag的格式為反單引號

tag的作用是可以使用[反射]來檢視字段的標簽信息。

具體的作用還要看使用的場景。

比如這里的tag是為了幫助 encoding/json 標準包在解析對象時可以利用的規(guī)則。比如omitempty表示該字段沒有值就不打印出來。

Go語言設(shè)計與實現(xiàn)（上）

基本設(shè)計思路：

類型轉(zhuǎn)換、類型斷言、動態(tài)派發(fā)。iface，eface。

反射對象具有的方法：

編譯優(yōu)化：

內(nèi)部實現(xiàn)：

實現(xiàn) Context 接口有以下幾個類型（空實現(xiàn)就忽略了）：

互斥鎖的控制邏輯：

設(shè)計思路：

（以上為寫被讀阻塞，下面是讀被寫阻塞）

總結(jié)，讀寫鎖的設(shè)計還是非常巧妙的：

設(shè)計思路：

WaitGroup 有三個暴露的函數(shù):

部件：

設(shè)計思路：

結(jié)構(gòu)：

Once 只暴露了一個方法：

實現(xiàn)：

三個關(guān)鍵點：

細節(jié)：

讓多協(xié)程任務(wù)的開始執(zhí)行時間可控（按順序或歸一）。（Context 是控制結(jié)束時間）

設(shè)計思路： 通過一個鎖和內(nèi)置的 notifyList 隊列實現(xiàn)，Wait() 會生成票據(jù)，并將等待協(xié)程信息加入鏈表中，等待控制協(xié)程中發(fā)送信號通知一個（Signal()）或所有（Boardcast()）等待者（內(nèi)部實現(xiàn)是通過票據(jù)通知的）來控制協(xié)程解除阻塞。

暴露四個函數(shù)：

實現(xiàn)細節(jié)：

部件：

包： golang.org/x/sync/errgroup

作用：開啟 func() error 函數(shù)簽名的協(xié)程，在同 Group 下協(xié)程并發(fā)執(zhí)行過程并收集首次 err 錯誤。通過 Context 的傳入，還可以控制在首次 err 出現(xiàn)時就終止組內(nèi)各協(xié)程。

設(shè)計思路：

結(jié)構(gòu)：

暴露的方法：

實現(xiàn)細節(jié)：

注意問題：

包： "golang.org/x/sync/semaphore"

作用：排隊借資源（如錢，有借有還）的一種場景。此包相當于對底層信號量的一種暴露。

設(shè)計思路：有一定數(shù)量的資源 Weight，每一個 waiter 攜帶一個 channel 和要借的數(shù)量 n。通過隊列排隊執(zhí)行借貸。

結(jié)構(gòu)：

暴露方法：

細節(jié)：

部件：

細節(jié)：

包： "golang.org/x/sync/singleflight"

作用：防擊穿。瞬時的相同請求只調(diào)用一次，response 被所有相同請求共享。

設(shè)計思路：按請求的 key 分組（一個 *call 是一個組，用 map 映射存儲組），每個組只進行一次訪問，組內(nèi)每個協(xié)程會獲得對應(yīng)結(jié)果的一個拷貝。

結(jié)構(gòu)：

邏輯：

細節(jié)：

部件：

如有錯誤，請批評指正。

如何學習GO語言？

Go語言也稱 Golang，兼具效率、性能、安全、健壯等特性。這套Go語言教程（Golang教程）通俗易懂，深入淺出，既適合沒有基礎(chǔ)的讀者快速入門，也適合工作多年的程序員查閱知識點。

Go 語言

這套教程在講解一些知識點時，將 Go 語言和其他多種語言進行對比，讓掌握其它編程語言的讀者能迅速理解 Go 語言的特性。Go語言從底層原生支持并發(fā)，無須第三方庫、開發(fā)者的編程技巧和開發(fā)經(jīng)驗就可以輕松搞定。

Go語言（或 Golang）起源于 2007 年，并在 2009 年正式對外發(fā)布。Go 是非常年輕的一門語言，它的主要目標是“兼具 Python 等動態(tài)語言的開發(fā)速度和 C/C++ 等編譯型語言的性能與安全性”。

Go語言是編程語言設(shè)計的又一次嘗試，是對類C語言的重大改進，它不但能讓你訪問底層操作系統(tǒng)，還提供了強大的網(wǎng)絡(luò)編程和并發(fā)編程支持。Go語言的用途眾多，可以進行網(wǎng)絡(luò)編程、系統(tǒng)編程、并發(fā)編程、分布式編程。

Go語言的推出，旨在不損失應(yīng)用程序性能的情況下降低代碼的復雜性，具有“部署簡單、并發(fā)性好、語言設(shè)計良好、執(zhí)行性能好”等優(yōu)勢，目前國內(nèi)諸多 IT 公司均已采用Go語言開發(fā)項目。Go語言有時候被描述為“C 類似語言”，或者是“21 世紀的C語言”。Go 從C語言繼承了相似的表達式語法、控制流結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型、調(diào)用參數(shù)傳值、指針等很多思想，還有C語言一直所看中的編譯后機器碼的運行效率以及和現(xiàn)有操作系統(tǒng)的無縫適配。

因為Go語言沒有類和繼承的概念，所以它和 Java 或 C++ 看起來并不相同。但是它通過接口（interface）的概念來實現(xiàn)多態(tài)性。Go語言有一個清晰易懂的輕量級類型系統(tǒng)，在類型之間也沒有層級之說。因此可以說Go語言是一門混合型的語言。

此外，很多重要的開源項目都是使用Go語言開發(fā)的，其中包括 Docker、Go-Ethereum、Thrraform 和 Kubernetes。Go 是編譯型語言，Go 使用編譯器來編譯代碼。編譯器將源代碼編譯成二進制（或字節(jié)碼）格式；在編譯代碼時，編譯器檢查錯誤、優(yōu)化性能并輸出可在不同平臺上運行的二進制文件。要創(chuàng)建并運行 Go 程序，程序員必須執(zhí)行如下步驟。

使用文本編輯器創(chuàng)建 Go 程序；

保存文件；編譯程序；運行編譯得到的可執(zhí)行文件。

這不同于 Python、Ruby 和 JavaScript 等語言，它們不包含編譯步驟。Go 自帶了編譯器，因此無須單獨安裝編譯器。

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go語言可以做什么

1、服務(wù)器編程：以前你如果使用C或者C++做的那些事情，用Go來做很合適，例如處理日志、數(shù)據(jù)打包、虛擬機處理、文件系統(tǒng)等。

2、分布式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫代理器、中間件：例如Etcd。

3、網(wǎng)絡(luò)編程：這一塊目前應(yīng)用最廣，包括Web應(yīng)用、API應(yīng)用、下載應(yīng)用，而且Go內(nèi)置的net/http包基本上把我們平常用到的網(wǎng)絡(luò)功能都實現(xiàn)了。

4、開發(fā)云平臺：目前國外很多云平臺在采用Go開發(fā)，我們所熟知的七牛云、華為云等等都有使用Go進行開發(fā)并且開源的成型的產(chǎn)品。

5、區(qū)塊鏈：目前有一種說法，技術(shù)從業(yè)人員把Go語言稱作為區(qū)塊鏈行業(yè)的開發(fā)語言。如果大家學習區(qū)塊鏈技術(shù)的話，就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在有很多很多的區(qū)塊鏈的系統(tǒng)和應(yīng)用都是采用Go進行開發(fā)的，比如ehtereum是目前知名度最大的公鏈，再比如fabric是目前最知名的聯(lián)盟鏈，兩者都有g(shù)o語言的版本，且go-ehtereum還是以太坊官方推薦的版本。

自1.0版發(fā)布以來，go語言引起了眾多開發(fā)者的關(guān)注，并得到了廣泛的應(yīng)用。go語言簡單、高效、并發(fā)的特點吸引了許多傳統(tǒng)的語言開發(fā)人員，其數(shù)量也在不斷增加。

使用 Go 語言開發(fā)的開源項目非常多。早期的 Go 語言開源項目只是通過 Go 語言與傳統(tǒng)項目進行C語言庫綁定實現(xiàn)，例如 Qt、Sqlite 等。

后期的很多項目都使用 Go 語言進行重新原生實現(xiàn)，這個過程相對于其他語言要簡單一些，這也促成了大量使用 Go 語言原生開發(fā)項目的出現(xiàn)。

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