解剖Go语言map底层实现

``map``是Go语言中基础的数据结构，在日常的使用中经常被用到。但是它底层是如何实现的呢？ # ``map``的整体结构图 Golang中``map``的底层实现是一个散列表，因此实现``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如下所示： hmap:  图中有很多字段，但是便于理解``map``的架构，你只需要关心的只有一个，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”，我们使用的``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会形成一个链表结构。例如下图：  由此看出``hmap``和``bucket``的关系是这样的：  而bucket又是一个链表，所以，整体的结构应该是这样的：  哈希表的特点是会有一个哈希函数，对你传来的key进行哈希运算，得到唯一的值，一般情况下都是一个数值。Golang的``map``中也有这么一个哈希函数，也会算出唯一的值，对于这个值的使用，Golang也是很有意思。 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。 然后低位用于寻找当前key属于``hmap``中的哪个bucket，而高位用于寻找bucket中的哪个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。 需要特别指出的一点是：我们``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:  并不是key0/value0/key1/value1的形式，这样做的好处是：在key和value的长度不同的时候，可以消除padding带来的空间浪费。 现在，我们可以得到Go语言``map``的整个的结构图了：  以上，就是Go语言map的整体结构了。 # ``map``的扩容 当以上的哈希表增长的时候，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，一般表示为：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，但是``加载因子``越大，说明空间利用率上去了，但是“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``可以理解为已扩容的次数。 当Go的``map``长度增长到大于``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，然后把旧的bucket数组移到一个属性字段``oldbucket``中。注意：并不是立刻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。 如下图所示：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  上面部分代表旧的有数据的bucket，下面部分代表新生成的新的bucket。蓝色代表存有数据的bucket，橘黄色代表空的bucket。 扩容时``map``并不会立即把新数据做迁移，而是当访问原来旧bucket的数据的时候，才把旧数据做迁移，如下图：  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 如果理解了``map``的整体结构，那么查找、更新、删除的基本步骤应该都很清楚了。这里不再赘述。 值得注意的是，找到了``map``中的数据之后，针对key和value分别做如下操作： ``` 1、如果``key``是一个指针类型的，则直接将其置为空，等待GC清除； 2、如果是值类型的，则清除相关内存。 3、同理，对``value``做相同的操作。 4、最后把key对应的高位值对应的数组index置为空。 ```