map是Go語(yǔ)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(shí)現(xiàn)的呢？

總體來(lái)說(shuō)golang的map是hashmap，是使用數(shù)組+鏈表的形式實(shí)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(gè)指向bmap數(shù)組的指針，key經(jīng)過(guò)hash函數(shù)之后得到一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)低位用于選擇bmap(當(dāng)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(cuò)。然后一個(gè)bmap可以指向下一個(gè)bmap(拉鏈)。

Golang中map的底層實(shí)現(xiàn)是一個(gè)散列表，因此實(shí)現(xiàn)map的過(guò)程實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)散表的過(guò)程。在這個(gè)散列表中，主要出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)體有兩個(gè)，一個(gè)叫hmap(a header for a go map)，一個(gè)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(gè)，就是標(biāo)紅的字段：buckets數(shù)組。Golang的map中用于存儲(chǔ)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(jiǎn)單一些，標(biāo)紅的字段依然是“核心”，我們使用的map中的key和value就存儲(chǔ)在這里?！案呶还Ｖ怠睌?shù)組記錄的是當(dāng)前bucket中key相關(guān)的“索引”，稍后會(huì)詳細(xì)敘述。還有一個(gè)字段是一個(gè)指向擴(kuò)容后的bucket的指針，使得bucket會(huì)形成一個(gè)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(gè)鏈表，所以，整體的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是這樣的：

哈希表的特點(diǎn)是會(huì)有一個(gè)哈希函數(shù)，對(duì)你傳來(lái)的key進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到唯一的值，一般情況下都是一個(gè)數(shù)值。Golang的map中也有這么一個(gè)哈希函數(shù)，也會(huì)算出唯一的值，對(duì)于這個(gè)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(lán)色為高位，紅色為低位。 然后低位用于尋找當(dāng)前key屬于hmap中的哪個(gè)bucket，而高位用于尋找bucket中的哪個(gè)key。上文中提到：bucket中有個(gè)屬性字段是“高位哈希值”數(shù)組，這里存的就是藍(lán)色的高位值，用來(lái)聲明當(dāng)前bucket中有哪些“key”，便于搜索查找。 需要特別指出的一點(diǎn)是：我們map中的key/value值都是存到同一個(gè)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(zhǎng)度不同的時(shí)候，可以消除padding(內(nèi)存對(duì)齊)帶來(lái)的空間浪費(fèi)。

現(xiàn)在，我們可以得到Go語(yǔ)言map的整個(gè)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(gè)bmap中，高位用于key的快速預(yù)覽，用于快速試錯(cuò))

map的擴(kuò)容

當(dāng)以上的哈希表增長(zhǎng)的時(shí)候，Go語(yǔ)言會(huì)將bucket數(shù)組的數(shù)量擴(kuò)充一倍，產(chǎn)生一個(gè)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(kuò)充的條件，就是哈希表中的加載因子(即loadFactor)。

加載因子是一個(gè)閾值，一般表示為：散列包含的元素?cái)?shù) 除以 位置總數(shù)。是一種“產(chǎn)生沖突機(jī)會(huì)”和“空間使用”的平衡與折中：加載因子越小，說(shuō)明空間空置率高，空間使用率小，但是加載因子越大，說(shuō)明空間利用率上去了，但是“產(chǎn)生沖突機(jī)會(huì)”高了。

每種哈希表的都會(huì)有一個(gè)加載因子，數(shù)值超過(guò)加載因子就會(huì)為哈希表擴(kuò)容。

Golang的map的加載因子的公式是：map長(zhǎng)度 / 2^B(這是代表bmap數(shù)組的長(zhǎng)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(kuò)容的次數(shù)。

當(dāng)Go的map長(zhǎng)度增長(zhǎng)到大于加載因子所需的map長(zhǎng)度時(shí)，Go語(yǔ)言就會(huì)將產(chǎn)生一個(gè)新的bucket數(shù)組，然后把舊的bucket數(shù)組移到一個(gè)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(dāng)中，而是，只有當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)到具體的某個(gè)bucket的時(shí)候，會(huì)把bucket中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到新的bucket中。

如下圖所示：當(dāng)擴(kuò)容的時(shí)候，Go的map結(jié)構(gòu)體中，會(huì)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(lán)色代表存有數(shù)據(jù)的bucket，橘黃色代表空的bucket。

擴(kuò)容時(shí)map并不會(huì)立即把新數(shù)據(jù)做遷移，而是當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)原來(lái)舊bucket的數(shù)據(jù)的時(shí)候，才把舊數(shù)據(jù)做遷移，如下圖：

注意：這里并不會(huì)直接刪除舊的bucket，而是把原來(lái)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(duì)key和value分別做如下操作：

1

2

3

4

1、如果``key``是一個(gè)指針類(lèi)型的，則直接將其置為空，等待GC清除；

2、如果是值類(lèi)型的，則清除相關(guān)內(nèi)存。

3、同理，對(duì)``value``做相同的操作。

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