Golang 语言中 map 的键值类型选择，它是并发安全的吗？

最新推荐文章于 2025-03-26 18:33:31 发布

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原创 frank Golang语言开发栈昨天

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大家好，我是 frank。
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介绍

关于 golang 语言的 map，已经在「Go 基础」系列文章中介绍过，文末会附上文章链接，建议还没有阅读的读者阅读。我们知道 map 的键必须支持判等操作，本文我们主要讨论的话题是 golang 语言的 map 键类型怎么选择，和 map 是并发安全的吗？

golang 原生 map 键类型选择

在 golang 语言中，map 可以看作是一个 hash 表，其中 hash 的 key 的类型是受限的，而 val 的类型可以是任意类型。hash 表持有一定数量的 hash 桶， hash 桶均匀存储 hash 表的 key-val 键值对。

在 hash 表中查找某个 key 的 val，我们需要传递 key 给这个 hash 表，在 golang 语言的 map 中，hash 表会先使用 hash 函数把 key 转换为 hash 值，hash 表通过 hash 值的低几位去查找 hash 桶，然后在去查找到的 hash 桶中查找 key，因为 key-val 键值对是成对存储的，所以找到 key 就找到了 val。

现在我们知道，key 是由转换的 hash 值代表的，所以在 golang 语言的 map 中，存储的是 hash 值。

有了上面知识的铺垫，我们回到 map 的键为什么必须支持判等操作的问题上，这是因为我们前面提到的，golang 的 key 是被转换为 hash 值，和 val 成对存储在 hash 桶中，也就是说 golang 需要先定位到一个 hash 桶，然后使用 key 转换的 hash 值与该 hash 桶中存储的 hash 值逐一比对，如果没有相等的，直接返回结果，如果有相等的，就再用 key 本身去比对一次，原因是为了避免 hash 碰撞，只有 hash 值和 key 比对都相等，证明查找到了 key-val 键值对。所以，大家应该明白为什么 golang 语言中 map 的 key 必须支持判等了吧。

接下来，我们讨论一下在 golang 语言中，哪些类型不支持判等操作呢？golang 语言的func、map和slice不支持判等操作，所以它们不能用作 map 的 key。

此外，在 golang 中还有一个空接口类型interface{}，它可以保存任意类型的值，所以如果空接口类型保存上述三种不支持判等操作的类型，会发生什么问题呢？

func main() {
 m1 := map[interface{}]string{
  1:       "A",
  "2":     "B",
  []int{}: "C",
 }
 fmt.Println(m1)
}

Output:

go run main.go 
panic: runtime error: hash of unhashable type []int

goroutine 1 [running]:
main.main()
        /Users/frank/Desktop/go-concurrent/lesson09/map-key/main.go:8 +0x145
exit status 2

阅读上面的代码，我们将 slice 作为 interface{} 的值，用作 map 的 key，golang 编译器并没有提示错误，但是在运行时引发 panic。我们知道，golang 作为静态语言，其中一个好处就是可以在编译期间及时发现错误，而空接口类型作为 map 的 key 时，即使使用不支持判等操作的类型作为空接口的值，也不会引发编译器错误，而是在运行时引发 panic，这就失去了 golang 编译错误检查的优势，所以我们尽量不要使用空接口类型作为 map 的 key 类型，或者我们可以确保空接口保存的值的类型是支持判等操作的。

此外，数组类型也和空接口类型存在相同的问题，即如果 map 的 key 的类型是数组类型，我们需要确保数组元素的类型不是func、map 和 slice。

构建并发安全的 map

golang 语言的 map 不是并发安全的，即在同一段时间，使用多个 goroutine 操作同一个 map是不安全的。

var m = make(map[int]int)

func main () {
 for i := 0; i < 3; i++ {
  go store(i, i)
  go load(i)
 }
 time.Sleep(time.Millisecond * 100)
 fmt.Println(m)
}

func store(key,val int) {
 m[key] = val
}

func load(key int) int {
 return m[key]
}

Output:

go run main.go 
fatal error: concurrent map writes

goroutine 8 [running]:
runtime.throw(0x10ca6a2, 0x15)
        /usr/local/go/src/runtime/panic.go:1117 +0x72 fp=0xc000055760 sp=0xc000055730 pc=0x10327f2
runtime.mapassign_fast64(0x10b1f80, 0xc000100180, 0x1, 0x0)
        /usr/local/go/src/runtime/map_fast64.go:101 +0x33e fp=0xc0000557a0 sp=0xc000055760 pc=0x1010c3e
main.store(0x1, 0x1)
        /Users/frank/Desktop/go-concurrent/lesson09/map/main.go:24 +0x45 fp=0xc0000557d0 sp=0xc0000557a0 pc=0x10a3525
runtime.goexit()
        /usr/local/go/src/runtime/asm_amd64.s:1371 +0x1 fp=0xc0000557d8 sp=0xc0000557d0 pc=0x10645c1
created by main.main
        /Users/frank/Desktop/go-concurrent/lesson09/map/main.go:16 +0x4c

goroutine 1 [sleep]:
time.Sleep(0x5f5e100)
        /usr/local/go/src/runtime/time.go:193 +0xd2
main.main()
        /Users/frank/Desktop/桌面 - 魏如博的MacBook Pro/go-concurrent/lesson09/map/main.go:19 +0x89
exit status 2

阅读上面这段代码，我们发现通过多个 goroutine 操作同一 map，运行时引发致命错误 fatal error: concurrent map writes，并且 goroutine 数量越多，出错几率越大。

我们可以使用原生 map，配合 sync 包的 Mutex 和 RWMutex 构建并发安全的 map。

// 构建并发安全的 map
type safeMap struct {
 m map[int]int
 sync.RWMutex
}

// 构造函数
func newSafeMap() *safeMap {
 sm := new(safeMap)
 sm.m = make(map[int]int)
 return sm
}

// 写
func (s *safeMap) store (key, val int) {
 s.Lock()
 s.m[key] = val
 s.Unlock()
}

// 读
func (s *safeMap) load (key int) int {
 s.RLock()
 val := s.m[key]
 s.RUnlock()
 return val
}

func main () {
 sm := newSafeMap()
 for i := 0; i < 10; i++ {
  go sm.store(i, i)
  go sm.load(i)
 }
 time.Sleep(time.Millisecond * 100)
 fmt.Println(sm.m)
}

Output:

go run main.go 
map[0:0 1:1 2:2 3:3 4:4 5:5 6:6 7:7 8:8 9:9]

阅读上面这段代码，我们通过 RWMutext 和原生 map，实现并发安全的 map。

golang 并发安全 map

即便可以通过使用锁和原生 map，构建并发安全的 map。golang 用户还是希望官方可以发布一个标准的并发安全 map，经过 golang 用户多年在社区的吐槽，官方在 golang 1.9 版本加入了并发安全 map - sync.Map。

type Map
    func (m *Map) Delete(key interface{})
    func (m *Map) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool)
    func (m *Map) LoadAndDelete(key interface{}) (value interface{}, loaded bool)
    func (m *Map) LoadOrStore(key, value interface{}) (actual interface{}, loaded bool)
    func (m *Map) Range(f func(key, value interface{}) bool)
    func (m *Map) Store(key, value interface{})

sync.Map 提供了一些读写操作方法，并且时间复杂度都是 O(1)，它与使用锁构建并发安全 map 的区别是，它通过尽可能避免使用锁，从而减少了锁的争用。

通过阅读 sync.Map 的源码，可以发现它的方法的参数都是 interface{} 空接口类型的，我们在前面也提到了，map 的 key 类型需要支持判等操作，不能使用 func、map 和 slice 用作 map 的 key 类型。因为这些类型不能被编译器提示错误，只能在运行时引发 panic，所以我们仍然要特别注意 sync.Map 类型的 key 类型。

var m sync.Map

func main () {
 for i := 0; i < 10; i++ {
  go store(i, i)
  go load(i)
 }
 time.Sleep(time.Millisecond * 100)
 m.Range(list)
}

func store (key, val int) {
 m.Store(key, val)
}

func load (key int) interface{} {
 if val, ok := m.Load(key); ok {
  return val
 }
 return nil
}

func list (key, val interface{}) bool {
 fmt.Printf("key:%d=>val:%d\n", key, val)
 return true
}

Output:

key:2=>val:2
key:3=>val:3
key:0=>val:0
key:6=>val:6
key:1=>val:1
key:4=>val:4
key:5=>val:5
key:7=>val:7
key:8=>val:8
key:9=>val:9

阅读上面的代码，我们可以发现使用官方提供的 sync.Map，可以更方便地实现并发安全的 map。

总结

本文我们讨论了 map 的键类型怎么选择，和 map 是并发安全的吗？介绍了 map 的键类型为什么需要支持判等操作，通过示例代码，证明原生 map 不是并发安全的，并且介绍怎么通过使用 sync 包的锁和原生 map 构建并发安全的 map，还介绍了官方提供的并发安全的 map - sync.Map。而且强调了 sync.Map 的键类型也需要支持判等操作。