0. 前序

slice,map,channl是我们Go语言中最最常用的几个数据结构,对于这些做到知根知底,对于我们建立知识体系以及优化代码都有着很重要的意义,所以本文,我们深入这三个数据结构的底层,剖析其设计思想。

1. slice

1.1 slice的创建

slice的创建主要有两种方式,第一种方式是直接创建

另一种方式是借助array创建:

1.2 数据结构

slice底层数据结构如下:

在Go语言中,所有的参数传递都是值传递,slice也是如此,不过由于其底层的指针,在其传递到另一个函数后,仍能对其地址对应位置的值做修改,然而,当发生扩容操作时,由于会重新分配地址,就会导致问题的发生,下面我们就来介绍slice的扩容机制。

1.3 扩容机制

在进行append()并且cap不够用的时候,会触发扩容操作(copy()操作不会触发扩容)。

容量的确定:

  • 如果期望容量大于当前容量的两倍就会使用期望容量;
  • 如果当前切片的长度小于 1024 就会将容量翻倍;
  • 如果当前切片的长度大于 1024 就会每次增加 25% 的容量,直到新容量大于期望容量;

上面所说的是一个容量的初步确定步骤,当数据类型size为1字节,8字节,或者2的倍数时,会根据内存大小进行向上取整,进行内存对齐,之后返回新的扩容大小。

内存对齐的一个重要原因是因为Go进行内存分配时是类似于伙伴系统的固定的内存块,对齐这个内存可以最大化的人利用分配到的空间。

2. map

2.1 map创建

2.2 数据结构

Go中的map的数据都是存在bmap的数据结构中的,最多放8个kv对,溢出桶的设计与GC有关系,如果map为内联数据类型时,map数据结构里的指针就只有溢出桶了,这个时候就可以避免遍历map。

2.3 扩容机制

当我们插入一个k-v对时,需要确定他应该插入到bucket数组的哪一个槽中。bucket数组的长度为2^B,即2的次幂数,而2^B-1转换成二进制后一定是低位全1,高位全0的形式,因此在进行按位与操作后,一定能求得一个在[0,2^B-1]区间上的任意一个数,也就是数组中的下标位置,相较之下,能获得比取模更加优秀的执行效率。

涉及到扩容,每一次bucket数组都会变为现在的两倍,方便我们进行hash迁移。

map触发扩容的条件有两种:

  • 负载因子大于6.5时(负载因子 = 键数量 / bucket数量)
  • overflow的数量达到2^min(15,B)

等量扩容 所谓等量扩容,并不是扩大容量,而是bucket数量不变,重新做一遍类似增量扩容的搬迁动作,把松散的键值对重新排列一次,以使bucket的使用率更高,从而保证更快的存取速度。

3. channl

3.1 数据结构

3.2 过程详解

channl的入队与出队操作都是都是加锁的,以此来保证并发安全。当队列满了再插入数据时,插入线程g会进入wait状态并且挂在sendq队列上,等取出元素时会将其唤醒,空队取元素同理。