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哈希表的概念
哈希表是一种以键值对存储数据的数据结构。它通过哈希函数将键映射到一个数组索引,使得对操作哈希表内数据的访问变得更加高效。
哈希函数将传递给它的值计算为一个较小的固定长度值,这个值唯一地标识了这个键(这种称作哈希码)。这个哈希码被使用作为数组索引。
哈希函数存在一些问题。一是哈希碰撞,即不同的键映射到相同的数组索引,需要采用解决哈希碰撞的方式来解决。另一种问题是哈希函数的不足,它可能无法准确地计算值的哈希码,导致哈希表中的数据分布不均。
Golang map的结构
在Golang中,map是一种结构,它的底层数据结构是哈希表。具体来说,map由以下三个字段组成:
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中的元素数量;flags用于记录map的状态,包括是否删除、是否迭代中等;B表示桶数组的长度,即2的B次方;hash0记录的是哈希种子,用于哈希函数的计算。
buckets是一个指针,它指向一个桶数组。桶数组的格式如下:
type bmap struct { tophash [bucketCnt]uint8 data [1]struct{ key, value interface{} } }
其中,tophash是一个长度为bucketCnt的数组,每个元素表示bmap中的一个元素,它的值是一个整数,用于定位data中的键值对。data是一个长度为1的数组,其中包含一个键值对。键值对的格式如下:
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字段是一个指向iface结构体的指针,iface结构体包含一个指向存储键值对的指针和一个指向类型信息的指针。
Golang map的性能优化
Golang map实现的性能优化主要分为以下两个方面:
桶数组扩容
当map中的元素数量超过桶数组的容量时,桶数组需要进行扩容。扩容的方式是增加一个新的桶数组。在下一次访问map的时候,所有的键值对会被重新计算,然后被逐个移动到新的桶数组中。这个过程叫做rehash。
桶数组扩容过程中,Golang使用了一个叫做randomized-hashing的技术。这个技术通过调整哈希种子,使得在rehash的时候键值对能够更加均匀地分布在新的桶数组中,从而减少哈希碰撞。
内置的偏向锁
Golang在map中使用了一种叫做偏向锁的锁机制。偏向锁是一种优化技术,当锁只被一个go例程访问时,它将使用这个goroutine的线程ID进行加锁。这样,当这个go例程需要对锁进行解锁或重新加锁时,不需要进行线程切换,因为任何其他的go例程都不会访问这个锁。