Golang sync.Map 原理（两个map实现读写分离、适用读多写少场景）

dreamer'~

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分类专栏： Golang 文章标签： golang map 线程安全

于 2022-12-05 17:24:01 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_37102984/article/details/128154924

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参考：

由浅入深聊聊Golang的sync.Map 通过对源码的逐行分析，清晰易懂
Golang sync.Map原理通过向 sync.Map 中增删改查来介绍sync.Map的底层原理
Golang中sync.Map的实现原理是什么很好的概括了sync.Map的原理
手摸手Go 深入理解sync.Map 知乎大佬

大家都知道go中的原生map是非线程安全的，多个协程并发读写map常常会出现这样的问题 fatal error: concurrent map writes，所以一般为了使map能够做到线程安全，都会采取以下两种方式实现：

map + mutex （读多写少的场景下，锁的粒度太大存在效率问题：影响其他的元素操作）
sync.Map（减少加锁时间：读写分离，降低锁粒度，空间换时间，降低影响范围）

那么问题来了，sync.Map是如何做到线程安全的呢？一起来了解下~

sync.Map原理解析：

原理

sync.Map底层使用了两个原生map，一个叫read，仅用于读；一个叫dirty，用于在特定情况下存储最新写入的key-value数据：
在这里插入图片描述
read好比整个sync.Map的一个“高速缓存”，当goroutine从sync.Map中读数据时，sync.Map会首先查看read这个缓存层是否有用户需要的数据（key是否命中），如果有（key命中），则通过原子操作将数据读取并返回，这是sync.Map推荐的快路径(fast path)，也是sync.Map的读性能极高的原因。

写操作：直接写入dirty（负责写的map）
读操作：先读read（负责读操作的map），没有再读dirty（负责写操作的map）

sync.Map 的实现原理可概括为：

通过 read 和 dirty 两个字段实现数据的读写分离，读的数据存在只读字段 read 上，将最新写入的数据则存在 dirty 字段上
读取时会先查询 read，不存在再查询 dirty，写入时则只写入 dirty
读取 read 并不需要加锁，而读或写 dirty 则需要加锁
另外有 misses 字段来统计 read 被穿透的次数（被穿透指需要读 dirty 的情况），超过一定次数则将 dirty 数据更新到 read 中（触发条件：misses=len(dirty)）

优缺点

优点：Go官方所出；通过读写分离，降低锁时间来提高效率；
缺点：不适用于大量写的场景，这样会导致 read map 读不到数据而进一步加锁读取，同时dirty map也会一直晋升为read map，整体性能较差，甚至没有单纯的 map+metux 高。
适用场景：读多写少的场景。

可见，通过这种读写分离的设计，解决了并发场景下的写入安全，又使读取速度在大部分情况可以接近内建 map，非常适合读多写少的情况。

以上就是sync.Map的基本实现原理了，如果想要从源码角度去了解更多的底层实现细节，就继续往下学习~

如果有上述情况，那么会直接修改read中的值，而不是修改dirty中的值。所以不会出现read与dirty中数据不一致的情况。

补充：

问：原本Go sync.Map在misses计数器达到阈值时，会同步dirty到read，以保证读操作获取最新数据。但如果写操作update更新了dirty中的对应key1，而随后的大量读请求都只读取到read中的旧数据，且misses不会增加，导致新数据无法同步到read。这时，如果读请求总是命中read，dirty中的新数据又无法更新到read，会不会存在read和write数据不一致的问题？

答：在Store方法中，如果read中存在对应key，那么sync.Map会直接更新read中的值，而不是更新dirty。所以此时读read时，读到的就已经是最新的值。
func (m *Map) Store(key, value interface{
    }) {
    
    // 如果m.read存在这个key，并且没有被标记删除，则尝试更新。
    read, _ := m.read.Load().(readOnly)
    if e, ok := read.m[key]; ok && e.tryStore(&value) {
    
        return
    } 

sync.Map的核心数据结构及源码解析

// sync.Map的核心数据结构
type Map struct {
   
	mu Mutex						// 对 dirty 加锁保护，线程安全
	read atomic.Value 				// readOnly 只读的 map，充当缓存层
	dirty map[interface{
   }]*entry 	// 负责写操作的 map，当misses = len(dirty)时，将其赋值给read
	misses int						// 未命中 read 时的累加计数，每次+1
}

// 上面read字段的数据结构
type readOnly struct {
   
    m  map[interface{
   }]*entry // 
    amended bool // Map.dirty的数据和这里read中 m 的数据不一样时，为true
}

// 上面m字段中的entry类型
type entry struct {
   
    // 可见value是个指针类型，虽然read和dirty存在冗余情况（amended=false），但是由于是指针类型，存储的空间应该不是问题
    p unsafe.Pointer // *interface{}
}