Go语言核心手册-3.字典

3.1 基本用法

字典属于引用类型，初始化方式主要有2种，分别为：

m1 := make(map[string]int)
m2 := map[string]int {
    "lvmenglou": 32,
    "litinajie": 28,
}

字典是被设计成“not addressable”，所以不能直接修改value成员，如果需要修改value成员，需要对元素整体替换：

type user struct {
    name string
    age byte
}
m := map[int]user {
    1: {"lvmenglou": 32}
}
m[1].age += 1 // 错误：cannot assign to m[1].age

不能对nil字典进行写操作，否则会触发panic，但是可以读。

var m map[string]int
m["a"] = 1 // panic: assignment to entry in nil map

nil与空字典，这个需要注意：

var m1 map[string]int  // nil字典
m2 := map[string]int{} // 空字典，不等于nil

map属于非线程安全，如果多个线程同时对一个map进行读、写、删除操作，会触发panic，可以使用支持线程安全的sync.Map。

3.2 内存模型

先看一下map的数据结构：

type hmap struct {
    count     int 
    B         uint8  // bucket的数量是2^B, 最多可以放 loadFactor * 2^B 个元素，再多就要 hashGrow 了
    hash0     uint32 // hash seed
    buckets    unsafe.Pointer //2^B 大小的数组，如果 count == 0 的话，可能是 nil
    oldbuckets unsafe.Pointer // 扩容的时候，buckets 长度会是 oldbuckets 的两倍,只有在 growing 时候为空。
    // 其它省略...
}
type bmap struct {
    topbits  [8]uint8
    keys     [8]keytype
    values   [8]valuetype
    pad      uintptr
    overflow uintptr
}

B是map的bmap数组长度的对数，每个bmap里面存储了kv对，buckets是一个指针，指向实际存储的bmap数组的首地址，存储结构如下图：

每个bmap里面最多存储 8 个key，下图是bmap的内存模型，HOB Hash 指的就是top hash字段，每个 bucket 设计成最多只能放 8个key-value对，如果有第9个key-value落入当前的bucket，那就需要再构建一个bucket ，通过overflow指针连接起来（可以查看上图）。

3.3 查找数据

key经过哈希计算后得到哈希值，哈希值是64个bit 位（针对64位机），假如一个 key 经过哈希函数计算后，得到的哈希结果是：

10010111 | 000011110110110010001111001010100010010110010101010 │ 01010

其中最后5位是01010，值为10，表示10号桶。最前面8位10010111，值是151，用来在bmap中找数据用的，详见下图：

3.4 扩容缩容

一个map最多只能装8*2^B个数据，当数据量快满时，为了减少查询Hash冲突，就需要进行扩容。当bucket数量过多，然后数据又非常少时，就需要进行缩容（之前情况一般出现在数据大量删除的情况）。判断需要扩容和缩容的临界值，需要引入“装载因子”，感兴趣的同学可以自行百度。

当进行扩容时，比如B=5扩容到B=6，最低位需要扩到6位，然后重新Hash，找到在[]bmap对应的hash值，最高位不变。缩容的话，就是相反的方式。（因为最低位的第6位是0或者1，所以第6位为0的数据，因为值不变，所以不会重新进行Hash，第6位为1的数据，需要被Hash到扩容后的桶中）

为了更好举例，扩容前B=2，共有4个bmap，示例图如下：

假设overflow太多，触发了等量扩容，需要将数据变得更紧凑，操作如下：

假设针对上面情况，触发了2倍扩容，将B=2扩容到B=3，操作如下：

3.5 迭代遍历

本来map的遍历过程比较简单：遍历所有的bucket以及它后面挂的overflow bucket，然后挨个遍历 bucket中的所有 cell。每个bucket中包含8个cell，从有key的cell中取出 key和value，完成遍历。但是遍历如果发生在扩容的过程中，就会涉及到遍历新老 bucket 的过程。

所以在遍历过成功，如果map在库容，需要对新旧数据同时进行遍历，下面是扩容过程示例，图中进行二倍扩容后，*oldbuckets中的1已经全部搬迁到了*buckets中，所以遍历时，需要对*oldbuckets和*buckets都进行遍历。

3.6 总结

对于map的使用，大家肯定都会，所以基础的知识讲解的不多，主要是对map的底层结构进行了详细的讲解，正所谓知其然，必知其所以然！对于map的底层结构设计，感觉有些意思，特别是对于它的hash方式（取前N位和后M位），再结合它的扩容和缩容，其实可以从中提炼一些共性的东西。然后对于Rehash，这个和Redis的Rehash原因一样，这块应该是业内的通用设计方法，感兴趣的同学可以看看redis的字典结构和它rehash的方法。