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的原因-Go-Map-语言不支持并发读写 (的原因英语)

admin4周前 (04-22)数码15

在Go语言的设计中,为了防止数据竞态,不同于一些其他语言,map并没有提供内置的锁机制。这样设计的目的是为了鼓励开发者使用更加精细的同步措施,以适应不同的并发场景。

Map的数据结构

的原因

Go语言中的map是一个无序的键值对集合。它使用哈希表来实现,这意味着可以通过键快速查找值。map的底层数据结构是一个切片数组,其中每个元素都是一个桶。桶是一个键值对的链表。当向map中插入一个新键值对时,它会被哈希到一个桶中。如果桶中已经存在一个具有相同键的键值对,则旧值会被新值替换。

Map的并发问题

map并不是线程安全的,这意味着如果多个goroutine同时访问同一个map,可能会发生数据竞态。例如,如果两个goroutine同时向map中插入一个具有相同键的新键值对,其中一个键值对可能会被另一个覆盖。

为了防止数据竞态,开发者必须使用同步机制来保护map的并发访问。有两种主要的方法来实现这一点:

  • 使用读写锁
  • 使用通道

使用读写锁

读写锁是一种同步机制,它允许多个goroutine同时读取map,但一次只有一个goroutine可以写入map。要使用读写锁,可以调用sync.RWMutex类型的NewRWMutex函数来创建读写锁。可以使用RLock和RUnlock方法来锁定和解锁map的读取访问,可以使用Lock和Unlock方法来锁定和解锁map的写入访问。

```go package main import ( "sync" ) func main() { var m sync.Map // 获取读写锁 m.Lock() // 写入数据 m.Store("key", "value") // 释放写锁 m.Unlock() // 获取读锁 m.RLock() // 读取数据 value, ok := m.Load("key") if ok { println(value) } // 释放读锁 m.RUnlock() } ```

使用通道

通道是一种同步机制,它允许goroutine之间发送和接收数据。要使用通道来保护map的并发访问,可以创建两个通道:一个用于发送写请求,另一个用于接收写请求。goroutine可以向写请求通道发送请求,主goroutine可以从写请求通道接收请求并执行写操作。这确保了同一时间只有一个goroutine可以写入map。

```go package main import ( "sync" ) func main() { var m sync.Map // 创建写请求通道 writeReqCh := make(chan string) // 创建主goroutine来处理写请求 go func() { for { // 从写请求通道接收请求 req := <-writeReqCh // 解析请求并执行写操作 key, value := parseRequest(req) m.Store(key, value) } }() // 获取读锁 m.RLock() // 读取数据 value, ok := m.Load("key") if ok { println(value) } // 释放读锁 m.RUnlock() // 向写请求通道发送写请求 writeReqCh <- "key=value" }

goland map底层原理

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? 总体来说golang的map是hashmap,是使用数组+链表的形式实现的,使用拉链法消除hash冲突。 golang的map由两种重要的结构,hmap和bmap(下文中都有解释),主要就是hmap中包含一个指向bmap数组的指针,key经过hash函数之后得到一个数,这个数低位用于选择bmap(当作bmap数组指针的下表),高位用于放在bmap的[8]uint8数组中,用于快速试错。 然后一个bmap可以指向下一个bmap(拉链)。 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 bmap (a bucket for a Go map,通常叫其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(内存对齐)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:(hash结果的低位用于选择把KV放在bmap数组中的哪一个bmap中,高位用于key的快速预览,用于快速试错)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(这是代表bmap数组的长度,B是取的低位的位数)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 2 3 4 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。

Go语言——sync.Map详解

是1.9才推荐的并发安全的map,除了互斥量以外,还运用了原子操作,所以在这之前,有必要了解下 Go语言——原子操作

go1.10\src\sync\

entry分为三种情况:

从read中读取key,如果key存在就tryStore。

注意这里开始需要加锁,因为需要操作dirty。

条目在read中,首先取消标记,然后将条目保存到dirty里。(因为标记的数据不在dirty里)

最后原子保存value到条目里面,这里注意read和dirty都有条目。

总结一下Store:

这里可以看到dirty保存了数据的修改,除非可以直接原子更新read,继续保持read clean。

有了之前的经验,可以猜测下load流程:

与猜测的 区别 :

由于数据保存两份,所以删除考虑:

先看第二种情况。加锁直接删除dirty数据。思考下貌似没什么问题,本身就是脏数据。

第一种和第三种情况唯一的区别就是条目是否被标记。标记代表删除,所以直接返回。否则CAS操作置为nil。这里总感觉少点什么,因为条目其实还是存在的,虽然指针nil。

看了一圈貌似没找到标记的逻辑,因为删除只是将他变成nil。

之前以为这个逻辑就是简单的将为标记的条目拷贝给dirty,现在看来大有文章。

p == nil,说明条目已经被delete了,CAS将他置为标记删除。然后这个条目就不会保存在dirty里面。

这里其实就跟miss逻辑串起来了,因为miss达到阈值之后,dirty会全量变成read,也就是说标记删除在这一步最终删除。这个还是很巧妙的。

真正的删除逻辑:

很绕。。。。

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标签: 语言Go

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