Go语言map的底层实现

map是Go语言中基础的数据结构，在平常的使用中常常被用到。可是它底层是如何实现的呢？

map的总体结构图

Golang中map的底层实现是一个散列表，所以实现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bucket。这两种结构的样子分别以下所示：

hmap:

图中有不少字段，可是便于理解map的架构，你只须要关心的只有一个，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”，咱们使用的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会造成一个链表结构。例以下图：

由此看出hmap和bucket的关系是这样的：

而bucket又是一个链表，因此，总体的结构应该是这样的：

哈希表的特色是会有一个哈希函数，对你传来的key进行哈希运算，获得惟一的值，通常状况下都是一个数值。Golang的map中也有这么一个哈希函数，也会算出惟一的值，对于这个值的使用，Golang也是颇有意思。

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。 而后低位用于寻找当前key属于hmap中的哪一个bucket，而高位用于寻找bucket中的哪一个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。 须要特别指出的一点是：咱们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:

并非key0/value0/key1/value1的形式，这样作的好处是：在key和value的长度不一样的时候，能够消除padding带来的空间浪费。

如今，咱们能够获得Go语言map的整个的结构图了：

以上，就是Go语言map的总体结构了。

map的扩容

当以上的哈希表增加的时候，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，通常表示为：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：加载因子越小，说明空间空置率高，空间使用率小，可是加载因子越大，说明空间利用率上去了，可是“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阈值是6.5。其中B能够理解为已扩容的次数。

当Go的map长度增加到大于加载因子所需的map长度时，Go语言就会将产生一个新的bucket数组，而后把旧的bucket数组移到一个属性字段oldbucket中。注意：并非马上把旧的数组中的元素转义到新的bucket当中，而是，只有当访问到具体的某个bucket的时候，会把bucket中的数据转移到新的bucket中。

以下图所示：当扩容的时候，Go的map结构体中，会保存旧的数据，和新生成的数组

上面部分表明旧的有数据的bucket，下面部分表明新生成的新的bucket。蓝色表明存有数据的bucket，橘黄色表明空的bucket。 扩容时map并不会当即把新数据作迁移，而是当访问原来旧bucket的数据的时候，才把旧数据作迁移，以下图：

注意：这里并不会直接删除旧的bucket，而是把原来的引用去掉，利用GC清除内存。

map中数据的删除

若是理解了map的总体结构，那么查找、更新、删除的基本步骤应该都很清楚了。这里再也不赘述。 值得注意的是，找到了map中的数据以后，针对key和value分别作以下操做：

一、若是``key``是一个指针类型的，则直接将其置为空，等待GC清除；
二、若是是值类型的，则清除相关内存。
三、同理，对``value``作相同的操做。
四、最后把key对应的高位值对应的数组index置为空。
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