本文在golang map 数据结构的基础上,学习一个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。
1 | example1Map := make(map[int64]string) |
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:
1 | // hint 就是 make 初始化map 的第二个参数 |
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
1 | func makemap_small() *hmap { |
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
1 | func makemap64(t *maptype, hint int64, h *hmap) *hmap { |
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:
1 | type maptype struct { |
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:
1 |
|
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:
1 | 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:
1 | func makeBucketArray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.Pointer) |
这里用到了比较多的指针计算,需要细细品读。
- 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:
1 | nbuckets += bucketShift(b - 4) |
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.
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。
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:
1 | // 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 |
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。
今天的作业就交完了。下一篇将学习golang map的数据初始化实现。