Golang Map 实现创建,make是如何构造的
map 创建示例
在golang 中,初始化一个map 算是有两种方式。
example1map := make(map[int64]string) example2map := make(map[int64]string, 100)
第一种方式默认不指定map的容量,第二种会指定后续map的容量估计为100,希望在创建的时候把空间就分配好。
当make创建map时,底层做了什么
对于不同的初始化方式,会使用不同的方式。下面是提供的几种初始化方法:
// hint 就是 make 初始化map 的第二个参数 func makemap(t *maptype, hint int, h *hmap) *hmap func makemap64(t *maptype, hint int64, h *hmap) *hmap func makemap_small() *hmap
区别在于:
如果不指定 hint,就调用makemap_small;
如果make 第二个参数为int64, 则调用makemap64;
其他情况调用makemap方法。下面我们逐一学习。
makemap_small
func makemap_small() *hmap { h := new(hmap) h.hash0 = fastrand() return h }
fastrand 是创建一个seed,在生成hash值时使用。
所以在makemap_small 时,只是创建了一个hmap 的结构体,并没有初始化buckets.
makemap64
func makemap64(t *maptype, hint int64, h *hmap) *hmap { if int64(int(hint)) != hint { hint = 0 } return makemap(t, int(hint), h) }
makemap64 是对于传入的第二个参数为int64 的变量使用的。 如果hint的值大于int最大值,就将hint赋值为0,否则和makemap 初始化没有差别。为什么不把大于2^31 - 1 的map 直接初始化呢?因为在hmap 中 count 的值就是int,也就是说map最大就是 2^31 - 1 的大小。
makemap
这个是初始化map的核心代码了,需要我们慢慢品味。
一开始,我们需要了解下maptype这个结构, maptype 标识一个map 数据类型的定义,当然还有其他的类型,比如说interfacetype,slicetype,chantype 等。maptype 的定义如下:
type maptype struct { typ _type // type 类型 key *_type // key 的type elem *_type // value 的type bucket *_type // internal type representing a hash bucket keysize uint8 // key 的大小 valuesize uint8 // value 的大小 bucketsize uint16 // size of bucket flags uint32 }
maptype 里面存储了kv的对象类型,bucket类型,以及kv占用内存的大小。以及bucketsize的大小,还有一些标记字段(flags)。在map 实现时,需要用到这些字段做偏移计算等。
下面是 makemap 的代码:
// hint 需要创建的 map 大小(预计要添加多少元素) func makemap(t *maptype, hint int, h *hmap) *hmap { mem, overflow := math.muluintptr(uintptr(hint), t.bucket.size) if overflow || mem > maxalloc { hint = 0 } // initialize hmap if h == nil { h = new(hmap) } // xorshift64+ 算法, 可以研究下 h.hash0 = fastrand() // 计算b 的值 // 如果大于8,就先申请好。 // 申请规则就是刚好满足 hint < 6.5 * 2 ^ b 的时候 (b 最大是63) // 其中6.5 相当于每个bucket 链表中,平均有6.5个bucket // 所以最长的map,应该是 6.5 * 2^63 (正常用肯定不会溢出) b := uint8(0) for overloadfactor(hint, b) { b++ } h.b = b // 接着数据初始化, 如果 容量小于等于8的,就在用的时候初始化, b 为0 if h.b != 0 { var nextoverflow *bmap // 申请一个buckets 数组 h.buckets, nextoverflow = makebucketarray(t, h.b, nil) if nextoverflow != nil { h.extra = new(mapextra) h.extra.nextoverflow = nextoverflow } } return h }
首先,通过bucketsize 和hint 的值,计算出需要分配的内存大小mem, 以及是否会overflow (大于指针的最大地址范围),如果溢出或者申请的内存大于最大可以申请的内存时,就设置hint为0了,直接不初始化buckets了。
接着,和makemap_small 一样,初始化一个随机的种子。
然后,计算b的值. 在overloadfactor 中,判断了hint 的大小。如果小于等于8,那b就不再赋值,直接不初始化数据。如果b大于8,那就计算b了。这里涉及到一个填充因子的概念。大概意思就是说,每个hash值(也就是pos)中,平均放多少个kv数据,默认是6.5;所以判断标准就是hint 必须满足如下的条件:
hint < 6.5 * (1 << b)
通过增加b的值,直到上面的表达式满足为止。这样b就初始化好了。
最后,申请一个bucket数组,赋值给buckets,如果有多申请出来的buckets,那就赋值给extra.nextoverflow, 当溢出之后,从多申请出来的buckets 里面取(也是为了避免内存分配)。
下面就详细看下初始化一个buckets的构建。
makebucketarray
makebucketarray 用于初始化一个bucket 数组。也就是hmap 中的buckets,下面是相关代码:
func makebucketarray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.pointer) (buckets unsafe.pointer, nextoverflow *bmap) { base := bucketshift(b) nbuckets := base // 为了防止溢出的迁移,加一点冗余的bucket if b >= 4 { // ... 修改nbuckets } // 如果之前没有分配过,那直接分配 if dirtyalloc == nil { buckets = newarray(t.bucket, int(nbuckets)) } else { // 使用以前分配好的 buckets = dirtyalloc size := t.bucket.size * nbuckets if t.bucket.kind&kindnopointers == 0 { memclrhaspointers(buckets, size) } else { memclrnoheappointers(buckets, size) } } if base != nbuckets { // 处理多申请出来的bucket } return buckets, nextoverflow }
这里用到了比较多的指针计算,需要细细品读。
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首先,就是就是通过b计算一个base值,base = 1 << b (2 ^ b)
nbuckets 是需要申请的数组的长度,正常情况下 base 值就是数组长度。但是,如果 base 大于16时,会预分配一些需要后期做overflow的bucket。这个overflow的计算规则如下:
nbuckets += bucketshift(b - 4) sz := t.bucket.size * nbuckets up := roundupsize(sz) if up != sz { nbuckets = up / t.bucket.size }
在base 的基础上,多分配 base / 16 长度的bucket。然后根据内存的分配规则(包括了页大小和内存对齐等规则),计算出合适的分配内存的大小,然后计算出 bucket 的分配个数 nbuckets.
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其次,如果有之前未分配内存,那就初始化一个数组(终于等到了这一步),如过有dirtyalloc, 那就使用dirtyalloc 的内存(其实是用来清除map中数据使用的),然后把dirtyalloc中不需要的数据清除引用。
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最后,如果除了需要申请的base 长度的bucket外,还多申请了一些bucket,下面是对多申请的数据做的处理:
// 上面添加了一些nbuckets 防止溢出,所以b 值取模就不太合理了,所以有一个mapextra 的数据节点 // 数据分配也很有趣,从刚申请的buckets数组中,取出后面的一段分给mapextra // nextoverflow 分配给mapextra nextoverflow = (*bmap)(add(buckets, base*uintptr(t.bucketsize))) // 取nextoverflow 里面的最后一个元素,并把最后一个buckets 的末尾偏移的指针指向空闲的bucket (目前就是第一个buckets 了) last := (*bmap)(add(buckets, (nbuckets-1)*uintptr(t.bucketsize))) last.setoverflow(t, (*bmap)(buckets))
先计算出多申请出来的内存地址 nextoverflow,然后计算出 申请的最后一块bucket的地址,然后将最后一块bucket的overflow指针(指向链表的指针)指向buckets 的首部。 原因呢,是为了将来判断是否还有空的bucket 可以让溢出的bucket空间使用。
原文链接:https://www.cnblogs.com/-lee/p/12777254.html